A conversão bidirecional de energia constitui a base dos sistemas de energia modernos, uma vez que permite uma transmissão de energia flexível e eficiente entre a rede e a carga. A tecnologia é particularmente relevante para os sistemas de armazenamento de baterias, uma vez que só através de conversores bidireccionais é que os sistemas de armazenamento de baterias podem libertar todo o seu potencial. Isto deve-se ao facto de os conversores não só armazenarem energia, como também a devolverem à rede ou a várias aplicações, conforme necessário. Como resultado, os sistemas de armazenamento de baterias estão a tornar-se blocos de construção indispensáveis para a estabilidade da rede e a integração de energias renováveis no âmbito da Sociedade Totalmente Eléctrica – All Electric Society.

Os sistemas de armazenamento de baterias apoiam a estabilidade da rede, servem de reserva na indústria e permitem uma elevada potência de carregamento para veículos eléctricos, aquando da potência limitada da rede. Os sistemas móveis de armazenamento de baterias também substituem os geradores a gasóleo em estaleiros de construção ou noutros locais onde não existe ligação à rede. Para utilizar sistemas de armazenamento de baterias nestas aplicações, é necessária uma ligação entre o sistema de armazenamento e a aplicação. Neste caso, os módulos de potência tratam da conversão de energia necessária. A conversão bidirecional de energia é crucial para uma carga e descarga eficientes. A eletrónica de potência tem de adaptar o nível de tensão do sistema de armazenamento de baterias às cargas e à fonte de energia e, nos sistemas ligados à rede, converter a tensão DC em sincronização com a rede AC. Para carregar o sistema de armazenamento, o mesmo dispositivo pode também retirar energia da rede. Para o efeito, é necessário cobrir amplas gamas de tensão.

No caso dos sistemas móveis de armazenamento de baterias, a eletrónica de potência deve criar uma rede autónoma para que as cargas possam ser ligadas diretamente. Um fator-chave para estas aplicações é a robustez dos componentes, garantindo que o sistema de armazenamento móvel pode ser transportado em segurança. Uma vez que os sistemas de armazenamento e as cargas têm capacidades e saídas diferentes, a eletrónica deve ser flexível e suportar a expansão modular. A fácil integração através de protocolos de comunicação padronizados e a minimização do esforço de cablagem são outros requisitos importantes.

Potência de saída escalável, até 1,5 MW

A Phoenix Contact enfrentou os desafios da conversão de energia e desenvolveu um novo módulo de energia projetado especificamente para sistemas de armazenamento de bateria (Figura 1). O módulo de potência AC/DC bidirecional da família de produtos Trio Power possui uma potência de saída de 30 kW, que pode ser aumentada conforme necessário com o sistema modular. Ao ligar vários módulos em paralelo, é possível obter uma potência de saída de até 1,5 MW, consoante o tamanho e os requisitos de potência do sistema de armazenamento de baterias. O dispositivo cobre todas as áreas de aplicação acima mencionadas, sendo capaz de extrair energia de uma rede existente e de a alimentar de volta à rede, podendo também estabelecer uma rede autónoma para a alimentação direta de cargas AC. A sua resistência às vibrações, em conformidade com a norma marítima DNV GL, torna o módulo particularmente robusto para aplicações móveis (Figura 2).

As novas caraterísticas do módulo incluem também um novo design com maior densidade de potência e ventiladores substituíveis para facilitar a manutenção. Além disso, a nova geração também inclui um visor que permite a monitorização do estado no armário de controlo, bem como o controlo autónomo sem um controlador externo (Figura 3). O controlo flexível também é possível através da interface CAN recentemente desenvolvida. Esta baseia-se na norma CANopen, facilitando assim a integração em vários sistemas de controlo (Figura 4). A função de controlo remoto de 24 V proporciona segurança e controlo adicionais durante o funcionamento.

Eletrificação simples com a presença de terminais na face frontal

Com uma gama de tensão trifásica AC de 380 V a 480 V, o dispositivo pode ser utilizado em todo o mundo. Os certificados correspondentes para a alimentação da rede também estão disponíveis para todos os países. Devido à ampla gama de tensões do lado DC de 50 V a 1.000 V, podem ser ligados sistemas de armazenamento de baterias de vários tamanhos e tensões de bateria. No modo ligado à rede, a bateria pode ser carregada e descarregada em poucos milissegundos. Isto permite uma resposta dinâmica ao excesso de energia e aos picos de carga na rede. O isolamento elétrico incorporado proporciona maior flexibilidade e segurança na instalação de sistemas de armazenamento de baterias. Além disso, pode eliminar a necessidade de um transformador de isolamento adicional, o que reduz significativamente os custos do sistema. A moderna tecnologia de carboneto de silício é utilizada para uma conversão de energia eficiente, alcançando um nível de eficiência de até 97%, mesmo com isolamento elétrico.

Quando se trata de instalação e manutenção, o módulo de potência Trio Power destaca-se pelo seu design padrão de 19 polegadas e tecnologia de ligação frontal. Isto elimina a necessidade de um armário de tamanho personalizado, uma vez que os bastidores de 19 polegadas são parte integrante das carteiras dos principais fabricantes de armários de controlo. A cablagem do módulo é feita inteiramente pela frente. Isso facilita a instalação em contêineres de bateria, onde normalmente não há acesso à parte traseira do rack. Para uma conexão simples, a Phoenix Contact utilizou sua competência na tecnologia de conexão. A conexão Push-in permite uma ligação direta e sem ferramentas, sem a necessidade de um painel especial (Figura 5).

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O novo módulo de energia bidirecional Trio Power da Phoenix Contact atende às exigências dos atuais sistemas de armazenamento de baterias, especialmente em termos de flexibilidade, eficiência e capacidade de integração. A expansão modular e o design robusto permitem a utilização versátil numa ampla gama de aplicações. Funções como a interface CAN e o design frontal prático oferecem outras possibilidades para a operação segura e económica de sistemas de armazenamento de baterias.

A Phoenix Contact amplia continuamente sua linha de produtos e oferece um portfólio abrangente na área de sistemas de armazenamento de baterias. Além do módulo de potência bidirecional aqui descrito, estão disponíveis aparelhos unidirecionais nas versões AC/DC e DC/DC. Futuramente, estarão também disponíveis modelos com maior potência de saída.

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