Estudo de Caso: Análise de Baterias em Projetos Solares C&I Africanos

Uma colaboração entre AMMP Technologies, ACCURE Battery Intelligence e Pirano Energy.

Introdução

O fornecimento confiável de eletricidade em mercados emergentes é cada vez mais dependente da adoção de sistemas de armazenamento de bateria. As baterias representam uma grande parte dos custos gerais do sistema. Falhas precoces de baterias podem, portanto, ser um grande problema para operadores de sistemas e financiadores. As principais razões para a redução da vida útil são altas temperaturas da bateria e estratégias de operação inadequadas.

A baixa qualidade da rede é muito comum em mercados emergentes e pode levar à baixa qualidade dos dados. Portanto, um dos objetivos deste estudo de caso foi verificar como os algoritmos de monitoramento de saúde poderiam lidar com conjuntos de dados imperfeitos.

A provedora de serviços de energia Pirano Energy, a provedora de análise de baterias ACCURE e a provedora de monitoramento remoto AMMP Technologies colaboraram para identificar o potencial da análise avançada de baterias para estender a vida útil das baterias em aplicações reais. A análise de impacto foi realizada usando dados operacionais de 14 sistemas fotovoltaicos com bateria para aplicações C&I em toda a Nigéria.

Oportunidades para Análise de Baterias: para projetos solares C&I, as baterias frequentemente representam cerca de 40% dos custos totais de substituição.

Escopo do Estudo de Caso

ACCURE, AMMP e Pirano colaboraram para obter experiência de campo sobre como a análise avançada de baterias pode apoiar empresas de serviços de energia no mercado C&I na operação e gerenciamento de suas baterias.

Metas:

• Determinar a viabilidade da análise de baterias para projetos solares C&I africanos
• Identificar o valor da análise avançada de baterias para empresas de serviços de energia como a Pirano

Escopo: este estudo de caso utilizou dados históricos de baterias de 14 projetos C&I de pequena escala conectados à rede na Nigéria:

• 14 sistemas C&I na Nigéria
• 3 a 85 kW de capacidade fotovoltaica
• Baterias de íon-lítio de 4.8 a 57 kWh

Qualidade dos dados: os dados históricos da bateria foram adquiridos e padronizados pela AMMP durante um período de 11 meses e contêm interrupções de dados irregulares devido a quedas de energia ou conexão, com resolução de 5 minutos, cobrindo voltagem do pacote, corrente do pacote, SOC e temperatura.

Análise de Envelhecimento

Ao avaliar a voltagem e corrente históricas da bateria, a ACCURE pode derivar as capacidades restantes dos sistemas de bateria da Pirano e, assim, determinar o Estado de Saúde (SOH) em cada ponto no tempo.

Enquanto a maioria das baterias observadas envelhecem, como esperado, em uma pequena porcentagem de um único dígito por ano, o sistema 2 se destaca por ter perdido 10% de sua capacidade inicial em apenas um ano.

Assumindo que não houve alteração nas condições operacionais, isso implicaria que a bateria usada no sistema 2 poderia atingir o fim de sua vida útil em apenas dois anos no total.

Além disso, a análise permite a identificação precoce e clara de casos de garantia. Se o SOH cair abaixo de 80 por cento enquanto a bateria ainda estiver na garantia, uma substituição deve ser exigida do fornecedor. A análise da ACCURE comprova que a bateria sempre operou dentro de suas especificações. Para o Sistema 2, isso significa que ela será elegível para uma substituição em garantia em breve.

O Estado de Saúde (SOH) ajuda a identificar baterias que provavelmente falharão em breve e a identificar casos de garantia.

Análise Operacional

Dados históricos são uma grande fonte de informação que pode ser usada para estender a vida útil de uma bateria otimizando a estratégia de operação. A avaliação foca no estado de carga (SOC), voltagem e características de temperatura.

Como a bateria do sistema 2 está exposta ao envelhecimento mais acelerado, a operação desta bateria foi analisada em detalhes.

Estado de Carga (SOC): o histograma de SOC do sistema 2 mostra que o sistema está totalmente carregado na maior parte do tempo (1650 horas), enquanto raramente é descarregado. Uma estratégia de carregamento baseada em previsões pode reduzir o estresse na bateria e, assim, prolongar sua vida útil. Previsões de carga em combinação com a previsão de envelhecimento da bateria podem ser usadas para definir limites de carregamento dinâmicos sem reduzir a utilidade da bateria.

Temperatura da Bateria: outra causa para o aumento da perda de capacidade pode ser uma alta temperatura da bateria. Em termos de envelhecimento, temperaturas acima de 20°C devem ser evitadas. A distribuição de temperatura do Sistema 2 mostrou que a temperatura da bateria é excessiva durante todo o período da amostra, apresentando uma segunda causa raiz potencial do envelhecimento acelerado da bateria. Um resfriamento melhorado pode ajudar a melhorar a vida útil da bateria.

Entrevista com a Pirano Energy

Após a entrega dos resultados da análise da bateria, Jonathan Schulte da AMMP e Marc Mennekes da ACCURE entrevistaram Stephen Bello, Líder de Suporte Técnico ao Cliente da Pirano.

Conclusão

O foco deste trabalho foi ilustrar a viabilidade e os benefícios de uma solução de análise de bateria para sistemas fotovoltaicos com bateria em projetos C&I em mercados emergentes. Apesar da granularidade limitada dos dados e de várias interrupções de dados, os algoritmos da ACCURE foram capazes de realizar todas as análises perspicazes.

Através do cálculo do Estado de Saúde (SOH) e da análise da operação histórica, a análise da bateria permitiu à equipe identificar baterias expostas ao envelhecimento acelerado (bateria do Sistema 2 perdendo 10% de capacidade por ano contra um ideal de 2-4%), compreender as causas-raiz do envelhecimento acelerado (exposição a altas temperaturas) e sugerir mudanças nas estratégias de operação (uma estratégia de resfriamento revisada para o Sistema 2).

Altas temperaturas e altos SOCs levaram a maiores taxas de envelhecimento (perda de capacidade por ano). Para o sistema com a maior perda de capacidade, a principal causa raiz foi identificada como altas temperaturas de operação.

Após compartilhar esses resultados, a Pirano conseguiu confirmar que este sistema único está operando em más condições. O excesso de calor do equipamento elétrico foi responsável por aquecer a sala de operações e, consequentemente, a bateria. Com esses insights, a Pirano conseguiu mudar a estratégia de resfriamento da bateria e pode usar essas descobertas para seus futuros projetos de armazenamento.