Tecnologias de Bateria
Nisso, precisamos entender um pouco das duas tecnologias (não vamos nos especializar na parte química, mas sim na parte elétrica!)
Baterias de Chumbo (AGM VRLA)
As baterias de chumbo são as baterias que o mercado está mais acostumado. E apesar de ter diversas variações, aqui vamos considerar que estamos falando apenas das baterias de chumbo do tipo VRLA AGM fabricadas para uso com UPS*.
Essas baterias são robustas, usualmente em formato 12V (6 células de 2V por monobloco) e é necessário um cuidado com temperatura. Elas precisam estar em ambiente controlado com temperatura contante (e entre 20ºC e 25ºC).
Para ambientes que sofrem variações de temperatura, os sistemas UPS precisam estar equipados com sensor de temperatura que realize o ajuste automático das tensões de flutuação.
As baterias de chumbo devem monitoradas para evitar condições de avalanche térmica.
* Baterias para UPS são fabricadas de forma especial! Elas são feitas para trabalharem em bancos com muitas baterias em série e paralelo, sem comprometer a sua vida útil. São baterias que precisam estar disponíveis mesmo ficando muito tempo sem ciclar!
Baterias de Lítio
As baterias de lítio também possuem diversas variações. E novamente, aqui estamos falando apenas de baterias de Lítio para aplicação em UPS* do tipo LiFePo4.
As baterias de lítio são muito menos robustas do que as baterias de Chumbo, são compostas por pilhas naturalmente instáveis! Isso significa que qualquer pequena variação de tensão ou temperatura pode causar danos graves a bateria. Mas isso não é o fim do mundo!
Para controlar esse problema, TODAS as baterias de lítio possuem BMS (Battery Management System) integrado, que nada mais é do que um sistema que está MONITORANDO e EQUALIZANDO cada célula individualmente (não cada monobloco, cada célula mesmo!). Isso permite que pequenas correções de tensão sejam feitas e o sistema possa funcionar com segurança. Esse sistema precisa sempre comunicar com o UPS para fazer os ajustes de tensão de acordo com as medições de temperatura os outros parâmetros.
O desenvolvimento de BMS foi o grande gargalo das baterias de lítio, mas tem demonstrado grandes avanços nos últimos anos.
Os sistemas de Lítio precisam de alguns cuidados muito maiores do que as baterias de chumbo, pois possuem riscos maiores. Isso significa que todos os sistemas de bateria de lítio PRECISAM ser equipados com diversos tipos de proteção. Desde sistema de extinção de incêndio dedicado (para mitigar, não para resolver!), como disjuntores/contatores disparados remotamente. O próprio BMS precisa de alimentação redundante, não podendo depender apenas da energia provinda das próprias baterias para alimentar seu controle, pois ele precisa estar atuante no momento de falhas das baterias!
* Baterias para UPS são fabricadas de forma especial! Elas são feitas para trabalharem em bancos com muitas baterias em série e paralelo, sem comprometer a sua vida útil. São baterias que precisam estar disponíveis mesmo ficando muito tempo sem ciclar!
Comparativo VRLA com LiFePO4
Comparar baterias de chumbo com baterias de lítio é uma comparação naturalmente injusta, pois estamos comparando: BATERIA com BATERIA+BMS.
Mas veja, existem sistemas BMS para baterias VRLA! Então vamos fazer a comparação da melhor forma possível:
| VRLA AGM | Lítio | ||
|---|---|---|---|
| sem BMS | com BMS | com BMS | |
| Ambiente | |||
| Temperatura | 20-25ºC | 10-40ºC | |
| Densidade de Energia | Médio | Alto | |
| Peso por m² | Médio | Alto | |
| Mão de Obra | |||
| Tempo de Instalação | Médio | Rápido | |
| Manutenção Preventiva (mínimo) | Trimestral | Anual | Diário |
| Monitoramento | Opcional | Obrigatório | |
| Equipe 24h para monitorar | Opcional | Obrigatório | |
| Operação | |||
| Ciclagem (Carga + Descarga) | Reduz a vida da bateria (Não é problema em sistemas UPS) |
Pode ciclar quantas vezes necessário (Não é problema em sistemas UPS) |
|
| Vida útil* (com a devida manutenção) | 3-7 anos* | 5-15 anos* | 10-20 anos* |
| Outros | |||
| Segurança (com a devida manutenção) | Alta | Baixa | |
| Sustentabilidade | Ciclo completo (Fabricação-descarte-reciclagem) |
Descarte não regulamentado, reciclagem inexistente (Ainda) |
|
| Normas | Estabelecidas | Em desenvolvimento | |
| Financeiro | |||
| Custo inicial (CapEx) | $$$ | $$$$ | $$$$$$$ |
| Custo de substituição | $$$ | $$$ | $$$$$$$ |
| TCO (normalizado) | $$$$ | $$ | $$$$$$ |
*A depender do tamanho e modelo da bateria
Vale lembrar que não estamos falando de um ou dois monoblocos, estamos falando de bancos grandes com alta densidade energética!
Essa comparação deixa muito claro que para aplicações críticas em UPS as baterias de Lítio são interessantes. Mas a melhor solução existente no mercado, seja em custo, em custo-benefício, seja em gestão de riscos, ou gestão ambiental ainda são as baterias VRLA AGM com BMS
Ora, mas então não vale a pena nunca comprar baterias de lítio? Para aplicações UPS e com as tecnologias atuais, não! Existem alternativas objetivamente melhores.
Mas de fato, para outras aplicações, as baterias de Lítio já se mostram bem mais interessantes, principalmente naquelas que a ciclagem de bateria é comum (por exemplo, para aplicações com energia fotovoltaica em off-grid!). Nessas aplicações, vale a pena gerenciar o risco em relação ao benefício.
Como opinião, acredito que no futuro, as baterias de Lítio chegarão para aplicações UPS de forma segura. Mas ainda existe um longo caminho pela frente.
Conclusão
Baterias VRLA AGM (Chumbo) com BMS são superiores e mais baratas que Lítio.
A estratégia objetivamente correta e sem enrolação é:
Bateria VRLA AGM + BMS + Ar-condicionado.
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