Como funciona o Tesla Powerwall

Em abril de 2015, a Tesla Motors provocou um burburinho sobre fios de alta tensão entre os usuários de energia solar e especialistas do setor de serviços públicos ao anunciar sua entrada no mercado de baterias domésticas e industriais. A empresa ofereceria duas baterias domésticas, uma Powerwall de 7 quilowatts-hora para uso diário (US$ 3.000) e uma versão de 10 kwh para energia de backup (US$ 3.500), bem como uma bateria comercial/utilitária escalável de 400 kwh para grandes edifícios [fonte: CNN ] .

Na primeira semana, a empresa acumulou 38.000 reservas de Powerwalls e 2.500 pedidos de power packs maiores [fontes: Geuss ; Randall ]. Alimentando o burburinho estava a esperança de que os novos produtos da Tesla pudessem impulsionar o interesse do consumidor em auto-armazenamento solar , reequilibrando a equação de dinheiro por quilowatt em favor da energia acumulada.

Alcançar esse ponto de inflexão é essencial para o futuro da energia solar. Embora a tecnologia solar tenha feito grandes avanços, sua principal desvantagem permanece a mesma: as células solares devem coletar energia enquanto o sol brilha. Isso significa que, até que comecemos a estacionar painéis solares no espaço e a enviar energia de volta à Terra, os usuários de energia solar devem passar as noites conectados à rede, consumindo energia do gerador ou reencenando os dias dos pioneiros. Idealmente, poderiam armazenar a energia solar do dia para “autoconsumo” à noite, mas as baterias atualmente no mercado deixam a desejar.

Principalmente, eles são muito caros. Os custos podem chegar a US$ 600 por kWh de armazenamento, com US$ 100 por kWh marcando uma espécie de barreira do som da indústria. Para colocar isso em perspectiva, a família americana média usa cerca de 30 kwh por dia. Em março de 2015, o custo residencial médio para beber da rede era de 12,35 centavos de dólar por kWh, ou cerca de US$ 3,71 por dia [fontes: USEIA ; USEIA ].

Como as baterias recarregáveis ​​de sua câmera ou telefone celular, essas células de energia só podem recarregar algumas vezes antes de se degradarem. Isso dá às baterias domésticas e industriais atuais uma vida útil de cerca de 3 a 10 anos e mantém os custos das baterias altos [fontes: Aziz ; NMSEA ]. Muitos usuários de energia solar americanos, tanto residenciais quanto comerciais, acham que simplesmente vender o excesso de energia para a rede elétrica durante o dia e comprá-lo de volta à noite paga melhor [fontes: Galbraith ; Geuss ; NMSEA ]. Mas para os de mente verde, essa troca, que troca energia verde por energia de combustível fóssil, é uma barganha do diabo.

Se o Powerwall dá esperança a alguns consumidores de energia solar de que uma barganha melhor está por vir, também energiza as perspectivas futuras da Tesla, tanto no mercado automotivo quanto no de energia. Para reduzir os custos do negócio da Tesla Motors, que atualmente perde US$ 15.000 por Model S vendido, a empresa precisa entrar no negócio de baterias em grande estilo [fonte: Helman ]. Uma demanda maior por tecnologia de bateria Tesla Energy, parte dela construída no mesmo backbone de bateria do Model S, poderia ajudar a financiar fábricas essenciais e instalações de P&D. As economias de escala resultantes também podem transformar o mercado de baterias solares.

Mas nem todos estão convencidos de que o hype é justificado, pelo menos ainda não.

Conteúdo

1. A necessidade de uma bateria solar melhor
2. O verdadeiro mercado para Powerwall
3. A linha de fundo para Powerwall

Há pouca dúvida de que o interesse na energia baseada no sol está aumentando. Somente em 2014, a energia fotovoltaica nos EUA superou os níveis de 2013 em 6,2 gigawatts. Esse é um aumento de 30% que provavelmente continuará em 2015, estimulado pela queda de custos, programas de incentivo e o aumento dos planos de arrendamento [fonte: Cusick and ClimateWire ]. Nos próximos cinco anos, a energia solar será responsável por mais de 50% da energia na Califórnia (durante as horas de sol) [fonte: Randall ].

Mas a energia solar, como a maioria das fontes renováveis , continua sendo um saco misto. Assim como os primeiros painéis dificilmente consumiam energia suficiente para justificar seus custos, as opções de armazenamento atuais só fazem sentido para um pequeno subconjunto de usuários de energia solar [fonte: Cusick and ClimateWire ]. Em áreas remotas, onde as conexões de rede são caras e erráticas, até baterias desajeitadas fazem sentido. O mesmo vale para países de alto custo e baixo consumo, como a Alemanha ou o Havaí, onde pagam três vezes mais pela energia do que os continentais [fontes: Galbraith ; Geuss ; Helman ; Randall ].

Mas no resto dos EUA, as tarifas de energia continuam baratas o suficiente para que a maioria das famílias fique melhor com o modelo sell-buyback, uma troca possibilitada pela Lei de Políticas Regulatórias de Utilidade Pública (PURPA) de 1978. Destinado a reformar as estruturas tarifárias , apoiar a cogeração e impulsionar a energia alternativa, o PURPA também abriu as portas para que entidades menores desafiassem os monopólios de energia [fonte: NMAH ]. Uma bateria eficiente e econômica poderia ampliar essa lacuna, e é aí que entra a Tesla.

Atualmente, os consumidores alemães de energia solar gastam US$ 2.200 por kWh em produtos de armazenamento fornecidos pela empresa austríaca Fronius Energy [fonte: Galbraith ]. Isso inclui uma bateria do tamanho de um mini-frigorífico grande, um medidor de energia e um inversor do tamanho de uma mochila grande para converter a corrente contínua (DC) da bateria de volta em corrente alternada (AC) que a casa pode usar. Compare isso com o elegante Powerwall montado na parede da Tesla, que oferece uma bateria de ciclo diário de 7 kwh por US$ 3.000 (inversor não incluído), e você começará a ver por que a Fronius firmou uma parceria com a Tesla para fornecer o Powerwall a seus clientes [fontes : Fronius Internacional ; Galbraith ].

Mas Fronius e Tesla estão longe de ser os únicos jogos da cidade. Eles enfrentam forte concorrência de empresas comprovadas e ricas em dinheiro, como Samsung SDI e LG Chem, bem como empresas menores, algumas das quais, como a startup Stem, fizeram incursões com uma ou duas grandes concessionárias [fonte: Groom ].

Quanto ao Havaí, a Tesla planeja oferecer a opção de bateria de ciclo diário em 2016, mesmo ano em que se muda para a região da Ásia-Pacífico. Cidadãos solares do Estado de Aloha, que atualmente gastam 37 centavos por kWh em comparação com a média dos EUA de 12,5, pagariam uma projeção de 15 centavos por kWh usando Powerwall [fontes: Geuss ; Helman ; Randall ].

Tudo parece promissor. Então, por que algumas pessoas ainda têm dúvidas?

Conto da fita

A Tesla oferece dois modelos domésticos Powerwall, uma bateria de ciclo diário de 7 kwh e uma bateria de backup de ciclo semanal de 10 kwh. As unidades fornecem 2 kW continuamente (pico de 3,3 kW) a 350-450 volts e 5,8 amps (pico de 8,6 amp). Para colocar isso em perspectiva, laptops e Blu-ray players usam cerca de 0,015 kW, enquanto um ar-condicionado de 7.000 a 10.000 Btu consumirá 1,0-1,5 kW durante a execução e 2-3 vezes mais durante a inicialização [fonte: DonRowe.com ].

Se você pensa em energia como água, então os quilowatts descrevem o tamanho do cano e os kwhs definem quanto o tanque vai conter – ou quantos “galões” você usa ao longo do tempo. Assim, um condicionador de ar de 1,0 kW ocupa metade da sua tubulação de energia e drena seu tanque de energia de 7 kWh em menos de 7 horas. Tenha em mente, porém, que os aparelhos só consomem energia enquanto estão funcionando, então mesmo aparelhos que consomem muita energia, como micro-ondas, podem funcionar se forem gerenciados adequadamente.

Powerwalls funcionam com redes elétricas monofásicas ou trifásicas e são classificadas para uso interno ou externo e para temperaturas de menos 4 a 110 F (menos 20 a 43 C). Powerwalls medem 51,2 x 33,9 x 7,1 polegadas (130 centímetros x 86 centímetros x 18 centímetros) e vêm com uma garantia de 10 anos. O inversor DC/AC é vendido separadamente.

Os compradores de baterias domésticas enfrentam um problema familiar aos usuários de energia alternativa, a saber, que a economia não compensa os custos, pelo menos ainda não. Muitos críticos argumentam que todos os aparelhos, exceto os mais econômicos, consomem rapidamente os 2 quilowatts que as baterias consomem, especialmente ao ligar aquecedores ou condicionadores de ar durante quedas de energia, mas nem todos concordam com essa pontuação (veja a barra lateral anterior) [fontes: Galbraith ; Geuss ; Randall ; Tesla Motors ].

No entanto, usar baterias de carro para abastecer residências faz sentido, e os engenheiros têm lançado a ideia desde pelo menos 2010. As baterias de carros elétricos , que produzem muito mais suco do que as domésticas, retêm cerca de 75% de sua capacidade quando substituídas - mais de o suficiente para administrar uma casa de bom tamanho [fontes: Sherman ; Wald ].

Mas o caso de uso mais promissor no momento é menos residencial e mais comercial: as baterias escaláveis ​​de 400 kwh de negócios/utilidades da Tesla, compostas das mesmas células básicas que a Tesla Motors usa em seu Model S [fontes: CNN ; Vence ]. Para as concessionárias, o motivo tem a ver com o pico de demanda de energia.

Acontece que as concessionárias consideram as horas e os dias de pico de demanda de energia quase tão caros e irritantes quanto nós. Isso porque, para acompanhar o rebaixamento extra, as empresas de energia devem manter usinas de energia especiais de pico, também conhecidas como plantas de pico ou picos , que ficam ociosas a maior parte do tempo. Para piorar a situação, essas usinas, que devem ligar e desligar rapidamente, queimam gás natural caro (embora algumas funcionem com óleo combustível ou energia hidrelétrica). Baterias baratas e confiáveis ​​podem permitir que as concessionárias distribuam a carga, armazenando energia barata fora de pico e distribuindo-a durante os horários de pico [fontes: Illinois EPA ; Poder de Oglethorpe ; Randall ].

Algumas concessionárias, incluindo a Southern California Electric e a OnCor, com sede no Texas, já estão testando essa abordagem [fonte: Randall ]. Se pegar, sua casa poderá funcionar em breve com energia da bateria, quer você compre um Powerwall ou não.

Enquanto isso, empresas como Walmart, Amazon e Google estão testando as baterias da Tesla como forma de reduzir os custos de energia, aproveitar ao máximo a energia limpa no local e fornecer backups de energia para operações e data centers [fontes: Randall ; Vence ].

Em suma, os prognósticos para o lado utilitário e comercial parecem bons, e isso pode fazer com que o lado do consumidor pareça cada vez melhor. Mas os usuários domésticos devem esperar que as forças do mercado façam sua mágica, ou os gurus do verde podem defender a Tesla Powerwalls hoje?

Conheça suas baterias de íon de lítio

As baterias de íon de lítio, ou Li-ion, vêm em uma variedade de sabores. A bateria de níquel-manganês de 7 kwh da Tesla e seu backup de níquel-cobalto de 10 kwh usam células de íons de lítio, mas cada uma se distingue pela mistura de materiais que compõe seu cátodo (o eletrodo pelo qual a corrente deixa uma célula) [fontes: Geuss ; Randall ].

Os carros da Tesla usam baterias NCA com cátodos feitos de lítio, níquel, cobalto e óxido de alumínio. Seu Powerwall de 10 kwh provavelmente contém alguma versão dessa célula de alta densidade de energia. Por outro lado, suas baterias NMC de 7 kwh empregam um cátodo de óxido de níquel, manganês e cobalto, o que permite que elas ciclam com mais eficiência e mais frequência [fontes: Fehrenbacher ; Geuss ; Iluminação Global ; Randall ].

Logo após o grande anúncio de Tesla, os críticos tiraram um pouco do brilho do elegante estojo lenticular da Powerwall, argumentando que os dispositivos só faziam sentido financeiro como brinquedos para os primeiros usuários ricos e verdes [fonte: Helman ]. Mesmo o maior instalador de telhados dos EUA, SolarCity, cujo presidente e maior acionista é o CEO da Tesla, Elon Musk, optou por não fornecer Powerwalls inicialmente para os clientes atuais, dizendo que eles ainda não são econômicos [fontes: Geuss ; Randall ; Vence ]. Em vez disso, a empresa planeja oferecer as baterias para seus clientes havaianos em 2016 [fontes: Geuss ; Helman ; Randall]. Ele também permitirá que novos clientes optem pelo Powerwall como parte de um plano de arrendamento de US$ 5.000 por nove anos, ou comprá-lo por US$ 7.140 – um grande choque em comparação com o preço de US$ 3.000 da Tesla [fontes: Galbraith ; Downing e Goossens ; Randall ].

Por que o custo extra? Podemos especular que parte do dinheiro extra cobrirá as taxas de leasing e os custos de um inversor. A Tesla afirma que seu Powerwall não requer manutenção, mas outros detalhes que afetam a vida útil das baterias permanecem obscuros e não comprovados, portanto, parte do preço pode incluir custos de substituição. As baterias de ciclo profundo atuais precisam ser trocadas aproximadamente quatro vezes ao longo da vida útil dos painéis solares . Também é possível que, dado o fluxo de 2 kW do Powerwall, a SolarCity planeje equipar seus clientes com duas unidades cada [fonte: Helman ].

Os adotantes do Powerwall poderiam cortar muita gordura e possivelmente fazer suas apostas valerem a pena, possuindo seu próprio equipamento ou reunindo recursos da comunidade, mas, novamente, isso é amplamente especulativo [fontes: Helman ; Gangemi ].

Por enquanto, a entrada da Tesla no mercado de baterias é uma aposta e uma grande aposta. Do lado positivo, a Tesla já firmou parcerias com grandes empresas e seu preço parece atraente para as concessionárias. Os greenies e os viciados em gadgets do mundo se juntarão a qualquer coisa e, em termos de estrondo por dólar, nenhuma outra célula residencial é adequada para conter a caixa de bateria de Tesla. Se o custo das baterias de íons de lítio continuar a cair tão rápido quanto o dos sistemas fotovoltaicos, então o futuro das baterias estacionárias da Tesla pode parecer realmente brilhante [fonte: Randall ].

Dito isto, em termos absolutos, o Powerwall continua caro. Além disso, a empresa que a fabrica está a caminho de perder US$ 500 milhões em 2015, gasta dinheiro como borracha de pneu e ostenta o tipo de preços de ações supervalorizados que fariam as empresas pontocom corarem – tudo isso poderia resultar em uma empresa de sustentabilidade. isso não é muito sustentável [fontes: Helman ].

Os Tesla Powerwalls estarão disponíveis no final do verão de 2015 nos EUA, em algum momento daquele ano na Europa e no início do próximo na região da Ásia-Pacífico [fonte: Galbraith ]. Depois disso, só o tempo dirá se as baterias de Tesla sacodem a rede ou fracassam.

A Gigafábrica

Afastar-se das baterias da Panasonic e da Samsung e fabricar as suas próprias é um elemento chave nos planos da Tesla. Para fazer a mudança, a empresa está construindo uma instalação de baterias de US$ 5 bilhões no norte de Nevada [fontes: Randall ; Vence ]. Essa chamada gigafábrica está programada para iniciar a produção em 2017 e produzir 30 gigawatts-hora de capacidade de bateria anualmente – mais do que toda a produção global de 2013 [fonte: Gies ]. Mas os críticos expressaram preocupações de que a elogiada instalação de energia líquida zero da Tesla consumirá água em uma região que não pode se dar ao luxo de perder uma gota, e questionam se a fábrica pode fazê-lo de forma limpa ou sustentável [fonte: Chereb ].

Nota do autor: como funciona o Tesla Powerwall

A verdadeira história da Tesla Energy é sem dúvida a gigafábrica atualmente em construção no norte de Nevada. Se suas projeções de produção forem acreditadas, o mundo pode realmente ter que lutar para produzir lítio suficiente para se manter – pelo menos, se quiser manter a pegada de carbono baixa. Mas se isso puder ser feito, e se eles conseguirem não levar à falência o abastecimento de água de Reno, os benefícios da tecnologia de baterias podem ser realmente transformadores.

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