Tanto as baterias de hidrogênio quanto as de íons de lítio foram identificadas como soluções promissoras de armazenamento de energia estacionária para integração com sistemas solares em telhados. No entanto, embora as baterias de íons de lítio tenham sido amplamente instaladas em residências e empresas, as baterias de hidrogênio só começaram a decolar em 2021 com as primeiras implantações comerciais do mundo pela startup australiana LAVO.
Ambas as tecnologias têm seus prós e contras. As baterias de hidrogênio têm eficiências de ida e volta cerca de 40% menores do que as de íons de lítio, traduzindo-se em mais perdas de energia que podem afetar as importações da rede e o custo da eletricidade para atender à demanda de energia. Por outro lado, as baterias de hidrogênio têm menor degradação de capacidade e maior densidade de energia do que as de íons de lítio. Isso permite que eles armazenem mais energia por um período mais longo, o que pode ter um impacto nos períodos de autossuficiência e retorno dos sistemas solares no telhado.
Abordando uma lacuna de conhecimento sobre o desempenho técnico e financeiro das baterias de hidrogênio, pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW), na Austrália, modelaram a operação de uma bateria comercial de hidrogênio acoplada a um sistema fotovoltaico no telhado, usando tarifas de Tempo de Uso (ToU) e alimentação solar, comparando o desempenho com uma bateria comercial de íons de lítio sob um esquema solar de arbitragem.
Foram avaliados os desempenhos das baterias de 13,5 kWh disponíveis comercialmente – LAVO e Tesla Powerwall 2 – e de um sistema fotovoltaico operacional de 4,5 kW no telhado em seis cenários diferentes. O modelo considerou o envelhecimento da bateria e a degradação do desempenho, com resultados sugerindo que as baterias de hidrogênio e íons de lítio podem reduzir a dependência da rede e reduzir os custos de eletricidade, minimizando as importações da rede.
Os pesquisadores descobriram que a bateria de íons de lítio supera a bateria de hidrogênio em melhor utilização de capacidade devido a menores perdas de energia de ida e volta. “A bateria de íons de lítio gera maior receita líquida, alcançando um período de retorno nove anos antes no esquema de arbitragem e um ano no esquema solar em comparação com a bateria de hidrogênio”, relataram os pesquisadores, explicando que, sob o esquema solar, as baterias são carregadas e descarregadas de acordo com a demanda de eletricidade e disponibilidade da geração fotovoltaica no telhado.
A bateria de hidrogênio consumiu mais energia do que a bateria de íons de lítio em arbitragem e sob o esquema solar, o que resultou em consumidores pagando mais aos varejistas de energia para operar baterias de hidrogênio em sistemas solares fotovoltaicos no telhado. Além disso, menos receita foi gerada sob as tarifas ToU e de alimentação solar usando uma bateria de hidrogênio em comparação com uma bateria de íons de lítio, o que contribuiu para um período de retorno mais longo para a bateria de hidrogênio.
No entanto, os pesquisadores também descobriram que a bateria de hidrogênio demonstra uma vida útil mais longa, suportando 18% mais ciclos de carga e descarga do que a bateria de íons de lítio. “Isso torna a bateria de hidrogênio adequada para aplicações remotas que exigem longa duração de armazenamento de energia”, disseram os pesquisadores. No entanto, com a água necessária para gerar hidrogênio, as baterias de hidrogênio não são adequadas para áreas que enfrentam escassez de água.
“Portanto, a escolha do sistema de bateria ideal para o sistema fotovoltaico no telhado depende da disponibilidade de recursos hídricos, dos extremos climáticos e do trade-off entre a preferência por maior lucro financeiro ou a vida útil prolongada da bateria”, explicaram os pesquisadores, observando que o esquema solar é a melhor escolha para ambos os tipos de baterias em um ambiente residencial para gerar o máximo de lucro financeiro.
Seus resultados foram discutidos no artigo “Assessment of hydrogen and lithium-ion batteries in rooftop solar PV systems“, publicado no Journal of Energy Storage.
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