Tendências de desenvolvimento e perspectivas globais dos sistemas PCS de armazenamento de energia em 2025
2025-04-29
Em 2024, a indústria de conversores de armazenamento de energia (PCS) apresentou uma tendência de desenvolvimento rápido. O tamanho do mercado continua a expandir e espera-se que mantenha um crescimento acelerado nos próximos anos, graças ao apoio político dos governos à energia limpa, à ajustamento da estrutura do sistema elétrico e ao contínuo avanço da tecnologia de armazenamento de energia. Como um componente chave dos sistemas de armazenamento de energia, os conversores de armazenamento de energia possuem uma ampla gama de aplicações, abrangendo vários cenários, como usinas de energia de fontes renováveis e microredes, demonstrando um grande potencial de mercado.
O desenvolvimento futuro dos PCS de armazenamento de energia mostrará a tendência de aceleração da iteração dos PCS de alta potência, melhoria contínua da penetração no mercado de PCS de string, surgimento dos PCS com refrigeração líquida e o contínuo aprimoramento da penetração do armazenamento de energia do tipo rede.
Tendência 1: A iteração dos PCS de alta potência está acelerando
Em 2024, as células de armazenamento de energia de segunda geração, representadas pelas células de 314Ah, acelerarão a substituição das células de 280Ah. O compartimento de bateria de armazenamento de energia de 5MWh de segunda geração, equipado com células de 314Ah, está acelerando para se tornar o mainstream do mercado. Segundo estatísticas, espera-se que a taxa de penetração global das células de armazenamento de energia de 314Ah ultrapasse os 40% em 2024.
Para corresponder à demanda de potência do compartimento de baterias de 5MWh, a potência nominal do PCS também aumentou de 1,725MW para 2,5MW. O aumento da potência do PCS pode melhorar ainda mais a eficiência de carga e descarga, aumentar a densidade de potência do sistema e tornar a unidade mais compacta. Para grandes centrais de armazenamento de energia, isso também pode reduzir a área ocupada. Atualmente, os PCS de grande porte são principalmente centralizados, com as vantagens de estrutura simples, baixo custo de investimento inicial e baixos custos subsequentes de instalação, operação e manutenção.
PCS Centralizado: Arquitetura de Ramo Único vs. Duplo
Para o PCS centralizado de 2,5MW, existem atualmente duas soluções principais no setor: uma é a unidade autônoma de PCS de 2,5MW com ramo único, e a outra é a conexão paralela de duas unidades autônomas de PCS de 1,25MW com ramo único. Atualmente, a maioria dos fabricantes de PCS no mercado, como Kehua, NARI Relay Protection, Huichuan e Suoying, opta principalmente por soluções de PCS de máquina única de 2,5MW, que possuem controle relativamente simples, economizam estruturas e componentes elétricos, e têm ligeira vantagem nos custos de material. No entanto, isso também traz problemas como grande volume e peso, dificuldade no transporte e manutenção no local, e maior dificuldade de dissipação térmica em alta potência. Além disso, o número de grupos de baterias conectados em paralelo no lado CC correspondente é relativamente alto, chegando a 12 grupos (sistema de 2 horas) e 24 grupos (sistema de 4 horas), o que acarreta riscos significativos como inconsistência entre as baterias em paralelo, circulação interna e o chamado "efeito gargalo".
Diferente da solução de PCS de 2,5MW com máquina única, a Sineng Electric optou por conectar dois PCS modulares de 1,25MW em paralelo para formar uma unidade de dois ramos de 2,5MW. A conexão paralela de dois PCS de 1,25MW requer a superação de dificuldades técnicas como sincronização, distribuição de potência, circulação paralela, etc., causadas pela conexão paralela tanto no lado CA quanto no lado CC, além de exercer certa pressão sobre os custos de material. No entanto, o PCS de 1,25MW tem menor volume e peso, menores custos de transporte e manutenção no local, menor dificuldade de controle térmico e melhor compatibilidade com o lado CC. Isso permite reduzir em 50% o número de grupos de baterias conectados em paralelo, aumentando efetivamente a capacidade de carga e descarga em 0,75%, e adaptando-se melhor às necessidades de armazenamento de energia de longa duração, acima de 4 horas.
Para atender às exigências de potência dos futuros compartimentos de baterias de grande capacidade (acima de 6MWh), a Sineng Electric também pode combinar de forma flexível quatro PCS modulares de nova geração de 1,725MW em paralelo para formar uma unidade centralizada integrada de 6,9MW, correspondendo perfeitamente à próxima geração de células de bateria de grande capacidade.
Tendência 2: A taxa de penetração no mercado de PCS de string continua a crescer
Diante do pano de fundo das guerras de preços e dos frequentes acidentes de segurança em 2024, o armazenamento de energia em string voltou a se tornar o "queridinho" do mercado. Nas principais exposições de armazenamento de energia em 2024, o conceito de “um cluster, uma gestão”, trazido pelo armazenamento de energia em string, tornou-se o principal destaque técnico de muitos novos produtos e uma presença constante nas campanhas de promoção. A demanda por armazenamento de energia em string no mercado de licitações também está aumentando rapidamente. De acordo com estatísticas, o volume licitado de armazenamento de energia em string em 2024 já atingiu a escala de GWh.
Cabines de Bateria Integradas CA/CC: Oportunidades e Riscos
Comparado aos sistemas tradicionais de armazenamento de energia centralizados, a solução em string conecta cada grupo de baterias de armazenamento a um inversor de armazenamento de energia e adota uma gestão individualizada de cada grupo, o que pode superar problemas como circulação paralela e efeito gargalo, melhorando a capacidade utilizável do sistema, a eficiência geral e a vida útil. Ao mesmo tempo, possui peso e volume totais reduzidos, facilitando o transporte, instalação e manutenção no local. Adota desconexão de cluster único, proteção segmentada em múltiplas camadas e distribuição dinâmica de potência. A falha de um único PCS não afeta a saída geral, sendo particularmente adequada para mercados internacionais e aplicações industriais e comerciais que exigem eliminação rápida de falhas e operação/ manutenção convenientes.
Além da solução convencional com PCS externo, os principais fabricantes integrados do setor também lançaram sistemas com PCS incorporado, denominados “cabines de bateria integradas CA/CC”, que substituem parcialmente as funções da caixa de alta tensão do agrupamento de baterias e realizam um acoplamento profundo entre PCS e os grupos de baterias em termos de topologia elétrica, gestão térmica, estrutura etc. Com base nas vantagens do sistema string, a densidade de potência do sistema de baterias é ainda mais aprimorada, e os testes conjuntos podem ser realizados em fábrica, reduzindo significativamente a carga de trabalho e o custo da depuração no local.
É claro que, para a maioria dos fabricantes de baterias ou integradores de sistemas que não possuem capacidade própria de P&D em PCS, essa solução integrada CA/CC também apresenta problemas notáveis, como alta dificuldade e custo de desenvolvimento, menor versatilidade na aquisição e seleção, redução na manutenibilidade do PCS, responsabilidades de segurança pouco definidas e aumento dos riscos de arco elétrico ou curto-circuito. A adoção dessa solução requer uma avaliação abrangente conforme os diferentes ambientes e cenários de aplicação.
É claro que, para a maioria dos fabricantes de baterias ou integradores de sistemas que não possuem capacidade própria de P&D em PCS, essa solução integrada CA/CC também apresenta problemas notáveis, como alta dificuldade e custo de desenvolvimento, menor versatilidade na aquisição e seleção, redução na manutenibilidade do PCS, responsabilidades de segurança pouco definidas e aumento dos riscos de arco elétrico ou curto-circuito. A adoção dessa solução requer uma avaliação abrangente conforme os diferentes ambientes e cenários de aplicação.
Tendência 3: O PCS com refrigeração líquida está emergindo
À medida que a tecnologia de refrigeração líquida se torna gradualmente dominante no campo das baterias, ela também começa a ganhar espaço no setor de PCS. Fabricantes líderes de PCS, como Sineng Electric, Kehua, Sungrow Power Supply, Sowin Electric, Huichuan, entre outros, já lançaram novos produtos com refrigeração líquida.
Comparado à refrigeração a ar tradicional, a refrigeração líquida oferece maior densidade de potência, maior redundância térmica e melhor nível de proteção. Ela é especialmente adequada para PCS centralizados acima de 2MW e PCS em string acima de 250kW, sendo mais adaptável a ambientes com altas temperaturas e umidade, alta altitude, névoa salina intensa, nevascas e outras condições adversas.
No caso do “compartimento de bateria CA totalmente refrigerado a líquido”, que utiliza PACK refrigerado a líquido + PCS string refrigerado a líquido, a integração do sistema é ainda mais aprimorada, contando com três modos de controle térmico: resfriamento rápido, micro-resfriamento e aquecimento. O sistema pode alternar inteligentemente entre os modos, de acordo com a célula da bateria, a temperatura ambiente e as condições operacionais, melhorando consideravelmente a eficiência, o desempenho, a segurança e a inteligência do sistema.
Naturalmente, para PCS centralizados de até 2MW e PCS string de até 250kW, a solução de refrigeração a ar existente ainda atende plenamente aos requisitos de dissipação de calor. Ela possui estrutura simples, baixo custo, menor consumo de energia operacional, fácil manutenção e não apresenta riscos de vazamento ou condensação — devendo, por isso, continuar dominando a maior parte do mercado no futuro.
Naturalmente, para PCS centralizados de até 2MW e PCS string de até 250kW, a solução de refrigeração a ar existente ainda atende plenamente aos requisitos de dissipação de calor. Ela possui estrutura simples, baixo custo, menor consumo de energia operacional, fácil manutenção e não apresenta riscos de vazamento ou condensação — devendo, por isso, continuar dominando a maior parte do mercado no futuro.
Tendência 4: A taxa de penetração do armazenamento de energia do tipo rede continua a crescer
Até o final de 2024, a capacidade instalada de geração de energia renovável, principalmente eólica e solar, alcançará 1,45 bilhão de quilowatts, superando pela primeira vez a capacidade instalada da geração térmica. A elevada proporção de fontes renováveis e a alta penetração de equipamentos eletrônicos de potência levaram à redução da inércia do sistema e à falta de amortecimento nas grandes redes elétricas tradicionais, enfraquecendo a capacidade de resistência a distúrbios e trazendo enormes desafios à estabilidade de frequência, tensão e ângulo de potência do sistema elétrico.
O conversor de armazenamento de energia do tipo rede opera com as características de uma fonte síncrona de tensão, construindo e mantendo a tensão e a frequência de saída, fornecendo suporte ativo à rede elétrica e ajudando o sistema a estabilizar-se dinamicamente e a recuperar-se rapidamente.
Três Valores Funcionais Centrais do PCS do Tipo Rede
O valor funcional central do armazenamento de energia do tipo rede pode ser dividido em três categorias e dez itens:
1) Regulação dinâmica de tensão, regulação rápida de frequência, resposta inercial e controle de amortecimento sob condições de pequenos distúrbios;
2) Suporte ativo a SCR, sobrecarga de curto prazo (3 vezes por 10 segundos), ride-through de sobretensão/subtensão e tolerância a saltos de ângulo de fase sob condições de grandes distúrbios;
3) Isolamento e reconstrução em falhas permanentes: comutação entre operação conectada e isolada da rede (on-grid/off-grid) e partida a frio (black start).
Sob condições de pequenos distúrbios, o armazenamento de energia do tipo rede pode realizar modulação rápida de frequência e regulação dinâmica de tensão, alcançando um equilíbrio dinâmico entre potência ativa e reativa. Também pode realizar resposta inercial e controle de amortecimento, compensando a falta de inércia e amortecimento das redes tradicionais, prevenindo oscilações rápidas de potência e flutuações, e suprimindo oscilações de banda larga no sistema.
Sob condições de grandes distúrbios, exige-se que o sistema de armazenamento opere de forma estável em redes elétricas fracas e consiga fornecer energia rapidamente para sustentar a força da rede no momento de falha de fontes renováveis. Isso requer que o armazenamento de energia tenha capacidade de sobrecarga de curto prazo de 3I/10s, capacidade contínua de ride-through de falhas de alta e baixa tensão, e tolerância a saltos de ângulo de fase de até 60°.
Quando uma falha na rede externa não pode ser restaurada em curto prazo, o armazenamento de energia pode realizar uma transição suave da operação conectada à rede para a operação isolada, fornecendo tensão e frequência estáveis para a rede interna. Quando as condições trifásicas forem atendidas, o sistema também pode retornar da operação isolada para a operação conectada à rede.
Conclusão: A inovação em PCS definirá o futuro do armazenamento de energia
Quando a rede elétrica sofre uma queda de energia em larga escala, o armazenamento de energia pode atuar como uma fonte de alimentação de black start em tensão zero, apoiando a reconstrução da rede elétrica.
Do ponto de vista dos padrões de produto, atualmente há uma falta de normas nacionais específicas para inversores de armazenamento de energia conectados à rede, o que limita a seleção e o projeto de produtos, testes e certificações, análise de conexão à rede e a aplicação prática dessas tecnologias.
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Certificação de segurança de sistemas de armazenamento de energia: normas UL9540 e UL9540A
