O segundo parâmetro a ser determinado ao dimensionar o banco de baterias é a sua capacidade.
Capacidade é um indicador que permite avaliar a quantidade de energia armazenada numa bateria. É geralmente expresso em Ah. Esta unidade não é bem uma unidade de energia, mas é suficiente multiplicar-se pela voltagem para obter um número homogéneo para uma energia.
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Parâmetros de cálculo
Primeiro, devem ser definidos os 2 conceitos importantes seguintes.
=> Autonomia da reserva/>O conceito de autonomia da reserva é definido como o número desejado de dias durante os quais o banco de baterias é capaz de fornecer, sem qualquer apoio do campo fotovoltaico, todas as necessidades eléctricas. Neste documento, tomaremos nota de NJ, o número de dias de autonomia de reserva. A escolha de NJ depende das condições climáticas do local, e mais particularmente do número de dias consecutivos sem sol. Este parâmetro é definido pelo projectista da instalação.
=> Profundidade máxima de descarga/> É aconselhável evitar a repetição de descargas demasiado profundas de baterias. Isto acontece porque a descarga demasiado profunda tende a produzir sulfato de chumbo que se aglomera nos eléctrodos. Este fenómeno desenvolve-se durante os ciclos de carga/descarga, e aumenta quanto mais profunda é a descarga. Eventualmente, uma camada isolante de sulfato de chumbo aparece e impede que as reacções químicas ocorram. A bateria torna-se então inutilizável, ou pelo menos vê a sua capacidade cair drasticamente.
br>Fotografia de um banco de baterias com sulfato de chumbo nos terminaisbr>A profundidade máxima de descarga de uma bateria será notada como PD.
O parâmetro PD deve ser definido pelo projectista da instalação. Na prática, é escolhida uma profundidade máxima de descarga de 70%. escolha do parâmetro PD desempenha um papel importante em relação à vida das baterias, porque ao limitar a profundidade da descarga, evita-se o fenómeno de sulfatação dos eléctrodos, o que melhora a vida das baterias. No entanto, na concepção, é necessário escolher baterias com uma capacidade mais elevada, o que aumenta o custo. Na verdade, para escolher o valor da DP, é necessário encontrar o equilíbrio certo entre a vida das baterias, por um lado, e o custo, por outro. Para tal, é necessário analisar com que frequência as baterias podem ser descarregadas. Em geral, isto depende do intervalo de reserva necessário, como se explica no quadro seguinte.
| Gama de reserva, NJ | Profundidade máxima de descarga, PD |
|---|---|
| Gama de reserva (NJ) ≥ 8 dias Neste caso, deve ocorrer uma sucessão de 8 dias sem luz solar para que a bateria descarregue completamente (PD=100%). Isto acontece a uma taxa de 2 a 3 vezes por ano. Não há portanto necessidade de impor uma profundidade máxima de descarga demasiado baixa. |
80% ≤ PD ≤ 100% |
| 60% ≤ PD ≤ 80% | |
| Gama de reserva (NJ) ≤ 3 dias Quando a gama de reserva é curta, é altamente provável que as baterias sofram descargas profundas com bastante regularidade durante o ano. Neste sentido, é aconselhável diminuir ainda mais o parâmetro PD. |
50% ≤ PD ≤ 60% |
Fórmula de Cálculo da Capacidade Nominal
Ao dimensionar a capacidade de um banco de baterias, aplica-se a seguinte regra de dimensionamento:
=>Regra de dimensionamento da capacidade do banco de baterias
A capacidade do banco de baterias deve ser capaz de cobrir as necessidades eléctricas totais (EBesoin):
- durante a duração do intervalo de reserva (NJ),
- sem qualquer entrada de energia solar,
- nunca excedendo a profundidade máxima de descarga (PD),
- e sob as condições de temperatura do local (KT).
> De que capacidade estamos a falar?
Como detalhado no capítulo da bateria, a capacidade depende do regime de descarga da bateria. Por exemplo, a capacidade do C20 é igual à energia fornecida pela bateria quando descarregada em 20 horas (a uma corrente igual a C20/20). Do mesmo modo, a capacidade C100 é igual à energia fornecida pela bateria quando descarregada em 100 horas (a uma corrente igual a C100/100). Teoricamente (para uma bateria ideal), o C20 e o C100 devem ser idênticos. Na prática, não é este o caso e verifica-se que o C20 é inferior ao C100. Por outras palavras, quanto mais depressa uma bateria é descarregada, mais baixa é a quantidade de energia fornecida. Neste sentido, quando falamos sobre a capacidade de uma bateria, é essencial especificar o regime de descarga. Estamos a falar de C10, C20, C100, C120, C240, etc? Esta informação deve ser especificada. Por conseguinte, ao calcular a capacidade de um banco de baterias, a taxa de descarga deve ser tida em conta. Isto é feito através da faixa de reserva. O tempo de espera NJ é o tempo (em dias) após o qual as baterias serão descarregadas. Por conseguinte, é apenas necessário converter este tempo em horas multiplicando-o por 24. A capacidade que será então calculada será CNj×24.
br>Aqui, esta regra é formalizada matematicamente pela seguinte relação:
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h2>Exemplo de aplicaçãobr>Vejamos o exemplo anterior. O equipamento eléctrico que consome electricidade é o seguinte:
- Um televisor com uma potência de 80 W.
- Luz com uma potência total de 90 W.
- Um frigorífico com uma potência de 150 W.
- Um forno de microondas com uma potência de 600 W.
- Um aspirador com uma potência de 500 W.
> Determinação da energia diária consumida
A fórmula para calcular a capacidade da bateria envolve a energia diária expressa em Ah. Uma vez que a energia é o produto da potência e da duração da utilização, é portanto necessário conhecer a duração de utilização de cada equipamento.
Para o nosso exemplo, consideraremos as seguintes durações:
| Equipamento eléctrico | Duração de uso diário (em horas) | Energia diariamente (em Wh/day) | Daily energy (em Ah/day)* |
|---|---|---|---|
| Television (80 W) | 5 horas | 400 Wh/day | 16.7 Ah/dia |
| Lighting (90 W) | 6 horas | 540 Wh/day | 22.5 Ah/dia |
| Refrigerador (150 W) | 8 horas | 1,200 Wh/day | 50 Ah/dia |
| Forno de micro-ondasOnda (600 W) | 1 hora | 600 Wh/day | 25 Ah/day |
| Aspirador (500 W) | 1 hora | 500 Wh/day | 20.8 Ah/dia |
| TOTAL | 3.240 Wh/day | 135 Ah/dia | |
| *Tensão da bateria: 24 V | |||
=> Determinando o tempo de execução da reserva NJ desejada
Queremos um tempo de execução de 5 dias. Isto significa que a bateria pode fornecer, independentemente do campo fotovoltaico, o equipamento eléctrico definido na tabela anterior durante 5 dias seguidos.
=> Determinar a profundidade máxima de descarga PD
Descargas profundas são prejudiciais para a vida das baterias de chumbo-ácido. De acordo com as recomendações da tabela anterior, escolhemos uma profundidade máxima de descarga de 70%, ou seja, PD = 70%.
=> Determinando o coeficiente de temperatura
Consideramos, neste exemplo, que a bateria será feita para funcionar a 0°C (no Inverno, por exemplo), é aconselhável aplicar o coeficiente correctivo KT(C) = 0.90, de acordo com a seguinte tabela (dados do fabricante):
| Temperatura de funcionamento da bateria | -20 °C | -10°C | 0°C | 10°C | 30°C | 40°C | 50°C | |
| Coeficiente de correcção (aplicado a C120) | 0.80 | 0.85 | 0.90 | 0.95 | 1 | 1.04 | 1.1 | 1.13 |
> Calculando a capacidade nominal do banco de baterias (a 24 V)
Vamos apenas aplicar a fórmula anterior:
>br>Assim, a capacidade C120 do banco de baterias deve ser de pelo menos 1071 Ah. Podemos então deduzir o valor da capacidade nominal C10 pela relação: C10 ≈ 71% × C120, ou seja, C10 ≈ 760 Ah (a 24 V).
