Dimensionamento e avaliação de viabilidade técnica de um sistema de refrigeração doméstico fora da rede alimentado por energia solar fotovoltaica e baterias de íons de lítio de segunda vida

Abstract

Os sistemas fotovoltaicos independentes e fora da rede elétrica pública (off-grid) são uma alternativa tradicional para atender às demandas básicas de energia de comunidades sem acesso à rede elétrica, realidade enfrentada por cerca de um bilhão de pessoas em todo o mundo. Neste estudo, foi desenvolvido um sistema composto por um refrigerador de 100 litros alimentado por um gerador solar fotovoltaico off-grid e armazenamento de energia utilizando baterias de íons de lítio de segunda vida reaproveitadas de veículos elétricos. O objetivo deste trabalho é apresentar um método de dimensionamento e analisar a técnica através do projeto, construção e teste do sistema de refrigeração off-grid. O experimento foi instrumentado com sensores de corrente, tensão e temperatura, e os dados medidos no experimento prático foram analisados para comparar com resultados simulados de dimensionamento e desempenho de componentes e baterias. Os resultados mostram que uma bateria de segunda vida foi capaz de suportar o sistema sem interrupções durante 12 meses. Este método apresentado é adequado para o desenvolvimento de sistemas off-grid por meio de tecnologias mais eficientes e sustentáveis para atender às necessidades de comunidades isoladas e, ao mesmo tempo, abordar questões de sustentabilidade relacionadas ao reaproveitamento de baterias de veículos elétricos em aplicações de segunda vida, antes do descarte final destas baterias para um processo de reciclagem de elementos químicos, no contexto da economia circular.

Abstract: Off-grid, stand-alone photovoltaic systems are a traditional alternative to meet the basic energy demands of communities without access to the electricity grid, a reality faced by close to one billion people around the world. In this study a system composed of a 100 liters refrigerator powered by an off-grid solar photovoltaic generator and battery energy storage using second-life Li-ion batteries repurposed from electric vehicles was developed. The aim of this thesis is to present a sizing method and analyze the technical feasibility by designing, building, and testing the off-grid refrigeration system. The experiment was instrumented with current, voltage and temperature sensors, and the data measured in the practical experiment were analyzed to compare with sizing results and performance of components and batteries. The results show that the second life battery was able to support the system without interruptions year-round. This method demonstrated to be adequate for the development of off-grid systems through more efficient and sustainable technologies to fulfill the needs of isolated communities, and at the same time addressed sustainability issues related to electric vehicle battery repurposing in second-life applications, before the final disposal of these batteries for a recycling process of the chemical components, in the context of a circular economy.