Existem vantagens e desvantagens associadas às duas principais químicas de baterias usadas em projetos de energia solar com armazenamento. As baterias de chumbo-ácido existem há muito mais tempo e são mais fáceis de entender, mas têm limitações em sua capacidade de armazenamento.Bateria de íon-lítioAs baterias têm ciclos de vida mais longos e são mais leves, mas inerentemente mais caras.

As instalações de armazenamento normalmente consistem em um único tipo de bateria, como no caso da LG Chem, neste exemplo. Foto cortesia da GreenBrilliance.

Será possível combinar as vantagens de cada composição química para criar um banco de baterias de alta capacidade e baixo custo?

Será que é preciso desmontar o banco de baterias de chumbo-ácido para usar as funcionalidades de uma nova bateria de íon-lítio? É possível adicionar baterias de chumbo-ácido mais baratas ao sistema de lítio para atingir uma determinada capacidade em quilowatts-hora?

Todas as perguntas importantes têm uma resposta menos definida: depende. É mais fácil e menos arriscado manter-se fiel a uma única abordagem química, mas existem algumas alternativas.

Gordon Gunn, engenheiro elétrico da Freedom Solar Power no Texas, disse que provavelmente é possível conectar baterias de chumbo-ácido e de lítio, mas apenas por meio de acoplamento CA (corrente alternada).

“Você não pode, de jeito nenhum, conectar baterias de chumbo-ácido e de lítio no mesmo barramento CC”, disse ele. “Na melhor das hipóteses, isso destruiria as baterias e, na pior… incêndio? Explosão? Uma leitura do contínuo espaço-tempo? Não sei.”

K. Fred Wehmeyer, vice-presidente sênior de engenharia da empresa de baterias de chumbo-ácido US Battery Manufacturing Co., forneceu explicações adicionais.

“É possível, mas não seria tão simples quanto adicionar baterias de chumbo-ácido ao sistema de baterias de lítio. Os dois sistemas funcionariam essencialmente de forma independente”, disse Wehmeyer. “O sistema de baterias de lítio ainda precisaria ser controlado por seu próprio BMS, com seu próprio carregador e controlador de carga. O sistema de baterias de chumbo-ácido precisaria de seu próprio carregador e/ou controlador de carga, mas não precisaria de um BMS. Os dois sistemas poderiam fornecer cargas equivalentes em paralelo, mas seria necessário algum controle para alocar a distribuição de carga com segurança entre as duas composições químicas.”

Troy Daniels, gerente de serviços técnicos da SimpliPhi Power, fabricante de baterias LFP, não recomenda misturar baterias com a mesma composição química, muito menos com composições químicas diferentes, em um mesmo sistema, mas reconhece que isso é possível.

“Algumas maneiras de combinar os sistemas seriam ter dois sistemas isolados (tanto o carregador quanto o inversor) que pudessem compartilhar uma carga comum ou até mesmo dividir as cargas elétricas necessárias”, disse ele. “Uma chave de transferência também poderia ser utilizada; no entanto, isso significaria que apenas um conjunto de baterias ou química poderia carregar ou descarregar por vez e provavelmente teria que ser uma transferência manual.”

Separar cargas e configurar dois sistemas é geralmente uma tarefa mais complicada do que muitos desejam.

“Na Freedom Solar, não trabalhamos com um sistema híbrido de lítio/chumbo-ácido porque não seria um complemento barato, e tentamos manter nossas instalações de baterias simples, usando apenas uma composição química e um produto de bateria”, disse Josh Meade, engenheiro e gerente de projetos.

Existe uma empresa que está tentando facilitar a combinação das duas químicas. A Goal Zero, fabricante de produtos de energia portáteis, possui a Yeti Portable Power Station, uma bateria de lítio que pode ser usada como backup parcial para residências. A Yeti 3000 é uma bateria de lítio NMC de 3 kWh e 31,7 kg (70 lb) que pode alimentar quatro circuitos. Se for necessária mais energia, a Goal Zero oferece o Yeti Link Expansion Module, que permite a adição de baterias de chumbo-ácido. Isso mesmo: a bateria de lítio da Yeti pode ser usada em conjunto com baterias de chumbo-ácido.

“Nosso tanque de expansão é uma bateria de chumbo-ácido de ciclo misterioso. Isso permite usar os componentes eletrônicos do Yeti [sistema baseado em lítio], mas expande a capacidade da bateria”, disse Bill Harmon, gerente geral da Goal Zero. “Com 1,25 kWh cada, você pode adicionar quantas [baterias de chumbo-ácido] quiser. O cliente pode simplesmente conectá-las. De repente, você tem a portabilidade da bateria de lítio e a praticidade das baterias de chumbo-ácido em casa.”

Os maiores problemas ao tentar interligar baterias de lítio e chumbo-ácido são as suas diferentes voltagens, perfis de carregamento e limites de carga/descarga. Se as baterias não tiverem a mesma voltagem ou estiverem descarregando a taxas incompatíveis, a energia entre elas diminuirá rapidamente. Quando a energia diminui rapidamente, surgem problemas de aquecimento e a eficiência do ciclo da bateria é reduzida.

A Goal Zero resolve essa situação com o seu dispositivo Yeti Link. O Yeti Link é essencialmente um sistema sofisticado de gerenciamento de bateria, adequado para a bateria de lítio original do Yeti, que controla as voltagens e o carregamento entre as diferentes composições químicas.

“O Yeti Link regula a transferência de energia entre as baterias”, disse Harmon. “Nós protegemos de forma segura, de modo que a bateria de lítio nem sequer percebe que está conectada a uma bateria de chumbo-ácido.”

A Yeti 3000 pode ser menor do que as baterias domésticas de lítio tradicionais – como as da LG Chem, Tesla e Sonnet –, que normalmente têm pelo menos 9,8 kWh de potência, mas esse é o seu tamanho, disse Harmon. E se alguém puder expandir a capacidade para 9 kWh com baterias de chumbo-ácido mais baratas e ainda levar a bateria de lítio consigo para acampar ou fazer piqueniques, por que não?

“Nosso sistema é para todas as pessoas no país que não têm US$ 15.000 para investir em uma instalação de armazenamento de energia. E quando eu terminar, tudo o que terei será algo instalado permanentemente em minha casa”, disse Harmon. “O Yeti é para aqueles que são vulneráveis ​​em relação aos seus gastos. Nosso sistema custa US$ 3.500, já instalado.”

A Goal Zero já está na sua quinta geração de produtos, por isso confia nas suas capacidades de combinação de lítio e chumbo. Mas para muitos outros que não se sentem confortáveis ​​em misturar diretamente a química das baterias, dois sistemas isolados e independentes podem ser instalados na mesma empresa ou residência – desde que a instalação seja feita por um profissional da área elétrica.

“Uma maneira mais simples e segura de adicionar capacidade de armazenamento de baixo custo a um sistema de lítio existente seria dividir as cargas e alocá-las separadamente aos dois sistemas de baterias”, disse Wehmeyer, da US Battery. “De qualquer forma, isso deve ser feito por um profissional treinado para garantir a segurança.”