As baterias Chumbo-ácidas Reguladas por Válvula (VRLA) são comumente usadas em fontes trifásicas de fontes de alimentação ininterruptas. Devido ao seu peso e dimensões, eles exigem que os datacenters tenham estruturas de piso reforçadas. As características de desempenho das baterias VRLA também dependem da temperatura, o que aumenta a carga nos sistemas de ar-condicionado. As baterias VRLA não são particularmente duráveis e precisam ser substituídas regularmente, o que também leva ao aumento dos custos operacionais.

Como não existem alternativas economicamente viáveis para as baterias VRLA, os engenheiros de projeto tiveram que suportar suas deficiências. Mas a situação mudou nos últimos anos para as baterias de íons de lítio. Até o momento, não era viável usá-las nos sistemas de fonte de alimentação ininterrupta dos datacenters, já que não havia um equilíbrio razoável entre preço, energia, capacidade, segurança e confiabilidade. Graças aos avanços nos veículos elétricos, este problema foi resolvido. Os primeiros sistemas de fonte de alimentação ininterrupta alimentados por baterias de íons de lítio chegaram ao mercado em 2016. Agora, eles são oferecidos por todos os principais fabricantes, e hoje essa direção é considerada a mais promissora. De acordo com o relatório da Bloomberg New Energy Finance, até 2025, as soluções de íons de lítio serão responsáveis por 40% do mercado de UPS usados em datacenter.

Prós e Contras das Baterias de Íons de Lítio

Empresas de eletrônicos de consumo normalmente usam baterias de íons de lítio/cobalto que apresentam capacidades de vários Ampéres-horas. Esses sistemas de fonte de alimentação ininterrupta vêm com células retangulares de manganês de lítio. Sua capacidade instalada é de 60 amperes por hora, e apresentam vida útil muito mais longa e vários graus de proteção contra falhas. Módulos individuais e, às vezes, até mesmo células individuais são responsáveis por monitorar os principais parâmetros de desempenho, como temperatura, tensão e corrente. Às vezes, gabinetes de energia e até mesmo todo o sistema podem ser responsáveis por esse processo de monitoramento. O monitoramento é necessário para obter controle total sobre os processos de carregamento e descarregamento, a fim de evitar a ocorrência de aquecimento crítico e processos químicos irreversíveis. As baterias de íons de lítio também possuem uma densidade de energia mais alta (Wh / kg) e maior densidade de potência de saída (W / kg). Com capacidade de armazenamento de energia semelhante, eles pesam cerca de três vezes menos que as baterias chumbo-ácidas, o que ajuda a reduzir a massa total do sistema em cerca de 60-80%.

Nos últimos anos, os centros de dados têm procurado aumentar sua densidade de energia, dadas suas limitações de espaço e a necessidade de operações mais eficientes. O uso mais eficiente do espaço disponível é uma das tarefas mais relevantes dos proprietários de data centers. As baterias compactas de íons de lítio reduzem em 50 a 80% a área ocupada por um sistema de alimentação ininterrupta. Essas baterias exigem menos tempo para carregar e apresentam uma taxa de autodescarga melhor, que desempenha um papel importante no caso de interrupções frequentes. Quando está ociosa, uma bateria de íons de lítio perde cerca de 1-2% de sua carga por mês. A vantagem mais importante é sua longa vida útil. As baterias chumbo-ácidas têm um ciclo de vida bastante curto, dos 3 aos 6 anos. As baterias de íons de lítio, por outro lado, devem durar cerca de 10 anos. Dependendo da química, tecnologia e temperatura, eles podem apresentar uma eficiência de carga de até 5.000 ciclos de vida e são livres de manutenção, enquanto a eficiência média de carregamento para baterias chumbo-ácidas é de apenas 700 ciclos de vida.

O custo total de propriedade por um período de 10 anos (tempo médio de vida útil da UPS para centros de dados) diminuiu em 39% em comparação com as baterias chumbo-ácidas. Embora seja uma estimativa otimista, pelo menos 10% das economias são garantidas. Há apenas uma falha séria nas baterias de íons de lítio - o investimento inicial é significativamente maior. É por isso que grandes datacenters foram pioneiros quando se trata da introdução de novas soluções. É muito mais importante para essas instalações reduzir o TCO do que obter benefícios de curto prazo, e até mesmo uma pequena porcentagem da economia monetária é enorme neste caso. Além disso, as baterias compactas permitem um uso mais eficiente do espaço disponível, enquanto os sistemas de monitoramento confiáveis garantem melhor segurança e desempenho estável. As baterias de íons de lítio podem operar em temperaturas mais altas que a VRLA sem perder a capacidade, o que reduz a carga nos sistemas de resfriamento. É claro que existem até UPS monofásicos equipados com baterias de ions de lítio. Existem modelos para uma variedade de aplicações, começando com os maiores data centers, aplicações industriais e terminando com pequenas salas de servidores e até racks individuais.

Substituição Conveniente

A pergunta mais importante que todo cliente final pergunta a si mesmo é: Agora é a hora certa de atualizar nosso sistema de fornecimento ininterrupto de energia para baterias de íons de lítio? Para responder a essa pergunta, a primeira coisa a considerar é a disponibilidade de capacidade técnica. Baterias novas não estão disponíveis para todos os modelos de UPS e hardware significativo e atualizações de software incorporadas podem ser necessárias. Mesmo com a mesma voltagem nominal, as características de carga e descarga da bateria serão diferentes.

A expectativa de vida de um sistema UPS típico em um datacenter geralmente é de 10 a 15 anos. Baterias chumbo-ácidas funcionam por 3-6 anos, enquanto as baterias de lítio duram 10 anos ou mais. No início da vida útil de um sistema UPS (menos de 5 anos), a substituição de uma porção significativa de baterias chumbo-ácidas será útil. No entanto, quando se trata de baterias de íons de lítio, é mais provável que elas durem até o dia em que o sistema de no-break se desfaz. Se a vida útil da sua fonte de alimentação ininterrupta estiver próxima do seu ponto médio, a vida útil da bateria pode ser maior e, na maioria dos casos, não faz sentido substituí-la. No final de sua vida útil, deve-se considerar a substituição de todo o seu sistema UPS por uma nova solução de bateria de íons de lítio. No entanto, mesmo para um sistema UPS antigo, a instalação de baterias caras pode ser conveniente. Você deve levar em conta o declínio constante em seu preço, bem como a relação entre os custos de manutenção do sistema antigo e o custo de sua substituição total.

Previsões e Expectativas

Embora os sistemas UPS alimentados por baterias de íons de lítio reduzam substancialmente os custos operacionais e o custo total de propriedade, uma grande proporção de clientes ainda usa soluções testadas pelo tempo da VRLA. Isso pode ser explicado em primeiro lugar pelo fato de que o uso de baterias de íons de lítio é apenas vantajoso para uma perspectiva de longo prazo. No entanto, aumenta significativamente os custos de capital. Em qualquer caso, o interesse do cliente em inovação está crescendo ano após ano e só continuará crescendo. Para grandes datacenters, o volume de economias pode ser enorme, então os sistemas movidos a íons de lítio serão cada vez mais usados no setor corporativo. A química dos íons de lítio continua avançando também. Novas soluções e tecnologias surgirão com o tempo, e o preço das baterias de íons de lítio cairá ainda mais.

 

▼ Um exemplo da configuração das baterias em um datacenter: VRLA X Li-ion