1. Introdução
Em sistemas de energia solar fotovoltaica com armazenamento, as baterias desempenham um papel crítico ao armazenar a energia gerada pelos painéis durante o dia para consumo noturno ou em períodos sem sol. O dimensionamento adequado impacta diretamente na confiabilidade, vida útil do sistema, custo total e satisfação do usuário.
O objetivo deste artigo é explicar como calcular a capacidade de baterias (em kWh ou Ah) para uma casa, como determinar o número de unidades necessárias e quais fatores técnicos influenciam esse cálculo.
2. Conceitos Fundamentais
2.1 Energia vs. Potência
- Potência (W ou kW): taxa instantânea de consumo de energia.
- Energia (Wh ou kWh): total consumido ao longo do tempo — o que realmente importa para as baterias.
Exemplo: um dispositivo que consome 1 kW durante 10 h usará 10 kWh de energia.
2.2 Capacidade da Bateria
- Quilowatt-hora (kWh): energia armazenável útil.
- Ampère-hora (Ah): capacidade elétrica relacionada à tensão do banco. Exemplo: uma bateria de 48 V e 200 Ah armazena cerca de 9,6 kWh (48 V × 200 Ah).
2.3 Profundidade de Descarga — DoD
A Profundidade de Descarga (Depth of Discharge, DoD) é a porcentagem da capacidade total que pode ser efetivamente utilizada sem danificar a bateria:
| Tecnologia | DoD típico |
|---|---|
| Chumbo-ácido | ~50% |
| Lítio (LiFePO₄) | ~80–90% |
Capacidade utilizável = Capacidade nominal × DoD
Isso significa que uma bateria de 10 kWh com DoD de 80% possui 8 kWh de energia realmente disponível para uso.
3. Etapas de Dimensionamento
3.1 Determinar o Consumo de Energia da Casa
Comece somando a energia utilizada por todos os equipamentos ao longo de um dia (em kWh/dia). Utilize dados reais de consumo (conta de luz ou medição).
Exemplo:- Geladeira: 1 kWh/dia
- Iluminação: 2 kWh/dia
- Equipamentos diversos: 7 kWh/dia
3.2 Definir Autonomia Desejada
Autonomia é o número de dias que o sistema deve funcionar sem sol. Em sistemas residenciais:
- Backup diário (dias nublados): 1–2 dias
- Off-grid completo: 2–5 dias ou mais
Energia de armazenamento necessária = Consumo diário × Dias de autonomia
Exemplo: para 10 kWh/dia e 2 dias de autonomia → 20 kWh.
3.3 Aplicar Correções Técnicas
3.3.1 Profundidade de descarga (DoD)
Para uma bateria de lítio com 80% DoD:
Exemplo:
20 kWh ÷ 0.80 = 25 kWh de capacidade nominal necessária.
3.3.2 Ineficiências do Sistema
Todos os sistemas têm perdas (inversor, cabos, controlador de carga). É comum aplicar um fator adicional de 10–20%.
Exemplo com 10% extra:
25 kWh × 1.1 = 27.5 kWh
3.4 Converter para Ampère-hora (Ah)
Se seu sistema operar em tensão nominal de 48 V:
Usando 27.5 kWh:
27,500 Wh ÷ 48 V ≈ 573 Ah
4. Determinar o Número de Baterias
Uma vez estimada a capacidade necessária em Ah, determine o número de unidades físicas com base na especificação da bateria escolhida.
Exemplo: baterias de 12 V × 200 Ah (2.4 kWh nominal):
- Para um banco de 48 V, ligue 4 baterias de 12 V em série → 48 V 200 Ah = 9.6 kWh nominal.
- Para atingir 27.5 kWh, você precisaria de:
27.5 kWh / 9.6 kWh ≈ 2.86
Arredondando para cima → 3 bancos de 4 baterias = 12 baterias de 12 V 200 Ah.
5. Exemplos Práticos
Exemplo Residencial Típico
Consumo: 20 kWh/dia
Autonomia desejada: 2 dias
DoD: 80%
Tensão do sistema: 48 V
Cálculo:
- Energia necessária = 20 × 2 = 40 kWh
- Ajuste DoD: 40 ÷ 0.8 = 50 kWh
- Ajuste ineficiências (~10%): 50 × 1.1 = 55 kWh
- Ah requerido = 55,000 Wh ÷ 48 V = ~1,146 Ah
Se cada bateria de 12 V é 200 Ah:
- 4 baterias em série = 48 V 200 Ah
- Paralelo de 6 conjuntos → 200 Ah × 6 = 1,200 Ah
→ Total: 24 baterias de 12 V 200 Ah
6. Fatores que Influenciam o Dimensionamento
6.1 Tecnologia da Bateria
- Lítio (LiFePO₄): maior DoD, maior ciclo de vida, menos unidades necessárias.
- Chumbo-ácido: menor DoD, maior banco necessário.
6.2 Horas de Insolação e Produção dos Painéis
Para realmente carregar as baterias, é essencial que o sistema de painéis seja dimensionado adequadamente para sua localização — isso influencia a quantidade de energia disponível para armazenamento.
6.3 Perfil de Consumo
Appliances de alta potência (ar condicionado, bombas, aquecedores) influenciam fortemente o cálculo do banco de baterias.
6.4 Expansão Futura
Planeje espaço físico e capacidade de expansão do banco de baterias caso suas necessidades cresçam.
7. Conclusão & Recomendações
- Dimensione sempre a bateria com base no consumo real — use dados de contas ou medição dos equipamentos.
- Considere autonomia mínima de 1–2 dias para residências conectadas à rede e 3+ dias para sistemas off-grid confiáveis.
- A tecnologia da bateria (DoD) influencia diretamente a quantidade de baterias necessárias.
- Inclua margem de segurança (10–20%) para perdas e condições inesperadas.
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Referências: Tecset Eletrônica
Texto: Tecset Eletrônica
Imagens: Tecset Eletrônica
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