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Em artigo anterior, na Parte I, falamos sobre a parte burocrática e sobre as normas que envolvem a geração de energia solar no Brasil. Definimos qual a relação prevista em resolução normativa da ANEEL entre microgeradores e a concessionária local de energia (distribuidora de energia). Hoje vamos mais para a parte técnica. Vamos conhecer os sistemas, analisar plantas solares, avaliar a influencia do sol, analisar a evolução tecnológica e tentar inferir sobre custos de aquisição e análise sobre viabilidade. Como o assunto é vasto, e caso este artigo fique muito grande, subdividirei numa Parte III do referido assunto.

O uso da energia solar para produção de eletricidade se dá de duas formas:

- Energia Solar Térmica.

- Energia Solar Fotovoltaica (Mais popular);

Enquanto que a energia solar Fotovoltaica é a mais comum, fazendo o uso de painéis solares para a geração de eletricidade, geralmente em 12V, 18V ou 24 V, a Energia Solar térmica faz uso de coletores solares que são aquecedores de fluidos (líquidos ou gasosos) e são classificados em coletores concentradores e coletores planos, em função da existência ou não de dispositivos de concentração da radiação solar.

Um exemplo de energia solar térmica é a usina solar térmica Ivanpah, localizada no deserto da Califórnia, EUA.

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Esta é a maior usina do mundo gerando energia solar térmica. (Referência II)

A planta ocupa cinco quilômetros quadrados no deserto de Mojave e é composta por três torres de quarenta andares, cada uma cercada por 350 mil espelhos.

Os espelhos refletem a luz solar para um único ponto, no alto da torre, onde ficam localizados os coletores concentradores. As torres possuem água, que são aquecidas pelo calor da luz solar e viram vapor. Este vapor gira as turbinas, e assim a energia é produzida.

O uso de coletores solares planos são comumente usados para aquecer água em residências, hospitais, hotéis e etc, visando sempre a redução de energia elétrica ou gás.

Os coletores solares planos funcionam como um radiador de carro. Sendo que no carro, o radiador existe para arrefecer a temperatura do motor. Aqui, espera-se um efeito inverso.

É importante frisar também que este sistema não produz eletricidade, como no caso anterior da usina em que a água era aquecida para o vapor prover força motriz para uma turbina para a produção de eletricidade. Neste caso, os coletores solares planos usam diretamente a energia solar térmica, para uso final, ou seja aquecer água, por exemplo. Portanto, aquecer a água a temperatura próxima de 60ºC para ser usada nas suas mais diversas finalidades. Como se consegue este efeito?

Colado ao coletor solar plano, que é uma placa de alumínio neste caso, está a tubulação de água, também pintada de preto. Pelo processo de condução, uma parte do aquecimento da placa é transmitida para a água. A capacidade de aquecimento da placa metálica depende de sua área e espessura. A cor preta aumenta a absorção da energia radiante incidente, aquecendo a água de forma mais rápida.

No interior do coletor, coloca-se lã de vidro, um material isolante térmico que, assim como a cobertura de vidro, ajuda a diminuir a transferência de energia para o ambiente. O vidro, transparente à luz, provoca o efeito estufa e impede a saída da radiação infravermelha, retendo-a no interior do coletor, contribuindo ainda mais para aumentar a temperatura da água no interior da tubulação a valores próximos de 60ºC. (Referência III)

A menos que você não monte uma Usina de Energia Solar térmica, este tipo de uso não te trará problemas com a concessionária de energia local, já que nenhuma ligação à rede elétrica é necessária e com certeza vai te trazer um alívio na conta de gás ou de energia elétrica reduzindo alguns kWh no fim do mês.

Outro tipo de uso da Energia Solar direta, ou seja, que não está intimamente ligado a geração de energia elétrica, mas que, no fim do mês trará um alívio para sua conta de luz e que não te gerará problemas com a concessionária local, com normas e burocracias previstas na parte I deste artigo, é o sistema de bombeamento solar e sistemas de dessalinização de água.

 

Sistemas de bombeamento solar

 

Conforme referência I e referência IV,e conforme figura abaixo, os sistemas de bombeamento solar são compostos por painéis solares que gerarão energia fotovoltaica, o inversor transformará a energia em tensão contínua, gerada pelas placas, em energia com tensão alternada, usada para alimentar uma motobomba.

Assim, toda vez que as placas estiverem gerando energia, o reservatório de água estará sendo abastecido. Por isso, devem ser dimensionados para determinado número de dias de autonomia (da mesma forma que um banco de baterias). Dessa forma, num dia que não tenha tanta incidência solar, você não ficará sem água no local onde foi instalado o sistema de bombeamento solar. Só lembrando que atualmente, existem sistemas em que a bomba solar já vem ou com inversor acoplado, ou com algum sistema que faça a conversão para alimentar de forma adequada a bomba do fabricante, bastando apenas conectar os painéis fotovoltaicos na bomba e conectar a bomba na fonte água a ser puxada (pode ser poço, reservatório ou cisterna), bem como, deve-se fazer a conexão no reservatório de água, alguns sistemas até usam uma eletro-bóia para fazer a desligamento da bomba quando o reservatório estiver cheio. Enfim, há muitas variações para um mesmo sistema.

Com relação a bomba, deve-se escolher a bomba que melhor lhe atenda. Existem dois tipos de categorias principais:

 

- Bombas Centrífugas;

- Bombas Volumétricas.

Cada tipo de bomba tem um tipo de construção diferente que vem a atender um tipo de necessidade diferente. Por exemplo, as bombas centrífugas são adequadas para grandes vazões de água, em torno de 1.000 m³/h, porém, não são adequadas para “fazer subir” a água, principalmente em grandes alturas manométricas. As bombas volumétricas são adequadas para “fazer subir a água”, tendo como característica, alcançar grandes alturas manométricas, na faixa de 10 a 500 metros, no entanto, a vazão dessas bombas é baixa, em torno de 0,3 a 40 m³/dia de água.

O motivo de tais características é o padrão de construção mecânico de cada bomba.

A bomba centrífuga possui pás ou rotores que giram em alta velocidade, criando pressão e forçando o fluxo de água. Podem ser submersíveis ou submersas, ou seja, trabalham “afogadas” ou podem ser de superfície com uma altura de sucção de trabalho de no máximo 6 metros (em geral). Existem bombas centrífugas que são capazes de “puxar” mais que isso, principalmente alguns modelos autoaspirantes.

Na bomba volumétrica a água é bombeada a partir de um mecanismo, em geral um êmbolo, pistão ou diafragma que, com movimentos sucessivos, força o deslocamento do fluido no sentido do próprio êmbolo fazendo com que a água atinge alturas manométricas razoáveis.

 

Sistemas de dessalinização usando Energia Solar

 

Se você mora no Nordeste, pode ser que já tenha presenciado regiões com água salobra no subsolo. É cavar um poço e, de repente, achar água, sendo que é água salgada. Existem dois meios de se aproveitar essa água salobra. A primeira é fazendo uso desta para desenvolver alguma atividade econômica, e desse modo, arrumando meios de comprar água doce para você e sua família beber. Fazer sistemas de coleta de água das chuvas para poder tomar banho, lavar quintal, às vezes até lavar a louça mesmo. Enfim, descentralizar o uso da água por finalidade para reduzir o consumo de água doce limpa para consumo.

Dentre alguns tipos, uma alternativa de atividade econômica é a criação de camarões em água salobra, conforme referência V.

O segundo modo de uso da água salobra, é transformá-la em água potável através do uso de sistemas fotovoltaicos, conforme referência I:

Este tipo de sistema é um pouco mais complexo, envolve conceitos que pouco trabalhamos. Enfim, vale a pena analisar num próximo artigo. Seria a explicação técnica que essa reportagem não mostrou. Considere ajudar este Blog a escrever sobre este tema numa próximo artigo (Doando, se tornando patrão ou anunciando seu produto ou serviço em nosso site).

 

Analisando Custo / Benefício

 

Neste artigo, falamos de muita coisa. Repare que em nenhum momento falei em Bateria ou Banco de Baterias, que é o que mais encarece os sistemas off-grid (sistemas independentes ou isolados da rede) e até os torna impagáveis, como veremos no próximo artigo. E digo impagáveis porque os painéis fotovoltaicos tem uma vida útil, assim como um banco de baterias tem, sendo que muito menor que os painéis. No caso de sistemas independentes, as baterias começam a “morrer” e você periodicamente tem que aportar mais capital para fazer o sistema funcionar (comprar novos bancos de baterias). O que acaba se tornando inviável. Veremos isso mais pra frente. Será assunto para um próximo artigo.

Repare que também não entrei no mérito dos sistemas on-grid (conectados a rede da concessionária local), se você leu a primeira parte do artigo, sabe que não é só montar o sistema. Há normas, exigências e resoluções que devem ser atendidas para conseguir botar um medidor bidirecional na sua residência, comércio ou indústria. Atender estes requisitos podem encarecer muito no custo final da obtenção da energia solar fotovoltaica. Futuramente, também gostaria de comentar sobre a eficiência dessas placas que tem melhorado e muito.

No entanto, pelo que foi falado aqui, você já pode conseguir a tão desejada economia na conta de luz. Por isso o título deste artigo é “Vale a pena gerar energia solar no Brasil?”.

Vamos ver se o sistema com coletor solar plano (para aquecimento de água) e a bomba a energia solar são viáveis?

O sistema de aquecimento da água é o que chamamos de sistema de aquecimento solar termo-sifão. Este não precisa de bomba entre o coletor solar plano e o reservatório de água quente (boiler) . As ligações deste sistema são feitas com tubo de cobre, que também deve ser inserido como custo de aquisição. Basicamente, o que precisamos comprar? Vamos conhecer o sistema?

Se não estou esquecendo de nada, o preço médio para esse sistema ficou em (repare que não considerei frete – faça sua estimativa considerando o frete para sua residência):

Produto Preço Médio
Boiler Solar 200 Litros R$ 2.000,00
Coletor Solar 2 m² R$ 600,00
Tubo de cobre 1/2” 25 m R$ 650,00
Mão de Obra R$ 1.000,00
Total R$ 4.250,00

Considerando que podem haver imprevistos ou custos adicionais, vamos considerar o valor de R$ 5.000,00 para instalar um sistema deste na sua residência. Note que o preço da mão de obra também pode variar de estado para estado. Aqui considerei o valor médio de 30% em cima do valor de aquisição de todo sistema (esse valor pode variar de 25% a 80% dependendo da oferta de mão de obra qualificada na sua região, se você está contratando o serviço com uma empresa ou com profissional habilitado, com uma equipe, etc).

 

Eu estou considerando o valor de R$ 5.000,00. Você pode considerar o valor do orçamento que lhe foi dado.

 

Considerando que um chuveiro elétrico comum tem 4.400 watts de potência e ainda considerando que o custo por kWh médio está em torno de R$ 0,80 (este valor também varia de região para região no Brasil).

Considerando que as pessoas da sua casa tomam banho todos os dias, ou a patroa usa água quente para lavar roupa, se considerarmos 1 hora de banho mais uso de água quente pra qualquer finalidade, você gastará em média 133,2 kWh por mês para ter água quente.

Considerando esse cenário mais ou menos constante, você pagará este sistema em aproximadamente 4 anos. Considerando a vida útil desse sistema é 20 anos. São 16 anos de economia com água quente. Isso quer dizer que você pagará durante esses 20 anos, o valor de cerca de R$ 21,31 por mês para ter a mesma quantidade de água quente, nesse cenário, representa uma economia mensal real de R$ 85,25 por mês (R$ 106,56 – R$ 21,31).

É claro que isso é só considerando o sistema de aquecimento solar. Mesmo se você colocar um chuveiro elétrico, aquecimento por boiler a gás ou boiler elétrico, há os custos de aquisição, além dos custos com energia. Aqui só consideramos os custos com energia. Se levarmos em consideração o custo destes equipamentos, o tempo em que você pagará esse sistema será ainda menor do que 4 anos somente. E se sua família ou estabelecimento consome mais de 1 hora por dia de água quente, esse sistema se pagará em bem menos tempo também.

Vale a pena ter aquecedor solar em casa? Considerando o meu uso e minha opinião, vale sim.

 

Vale a pena ter bomba a energia solar?

 

Considerando a tabela abaixo meu custo total (se não tiver esquecido de nada):

Produto Preço Médio
Kit Bomba + Driver + 2 placas de 95 Wp R$ 2.500,00
Mão de obra (30% do equipamento) R$ 800,00
Total R$ 3.300,00

Note que aqui não considerei o custo com a tubulação que varia muito dependo da aplicação, custo com frete, além do valor da mão de obra que pode variar bastante dependendo da região. Por isso, considerarei o valor de instalação total em R$ 4.000,00 (Na falta de dados mais precisos).

Fazendo uma estimativa para uma casa de 3 andares, com m.c.a (metro coluna d’água) de aprox. 12 metros, teremos no caso do kit de bomba solar um bombeamento de cerca de 5.000 litros de água por dia instalando os dois painéis de 95 Wp.

Segundo catálogo da referência VI, um análogo elétrico para bombear 5.000 litros de água por dia, usando uma bomba de pressão (bomba volumétrica ou periférica) de ½ cv, seria necessário ligar esta bomba por cerca de 4 horas todos os dias. O equivalente de ½ cv dá cerca de 800 Watts elétricos (referência VII), portanto, o consumo mensal de uma bomba como essa, ligada todos os dias, durante as 4 horas necessária para abastecer o reservatório de 5.000 litros gastaria:

Portanto, você gastará aproximadamente 96 kWh mensalmente para abastecer sua caixa d’água, o que equivale a R$ 76,80 por mês pagos na conta de luz. Sob estas condições o sistema de bomba solar seria pago em cerca de 4,3 anos. A maioria dos fabricantes dizem que a vida útil desse sistema é longo.

No entanto, não especificam qual seria a vida útil da bomba acoplada ao sistema. Caso consiga esta informação, incremento esta análise.

 

Por fim, é isso pessoal. O tempo, em geral, para pagar estes sistemas gira em torno de 36 meses a 60 meses.

Vale a pena? Você me diz nos comentários.

 

Na terceira parte deste artigo, analisarei sistemas off-grid (sistemas isolados da rede), sistemas on-grid (sistemas conectados a rede), além de analisar a eficiência dos painéis solares. Até lá.

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Grande Abraço,

Wendel da Rocha (@wendelrj).

 

Referências Bibliográficas:

I - Manual de Engenharia para sistemas fotovoltaicos - CRESESB.

II - http://canaltech.com.br/noticia/sustentabilidade/Maior-usina-de-energia-solar-do-mundo-e-inaugurada-na-California/

III - http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/coletor-solar.htm

IV - http://www.neosolar.com.br/loja/kit-energia-solar/bomba.html

V - https://www.youtube.com/watch?v=bizUqmsiy3A

VI - http://www.dancor.com.br/dancor-site-novo/public/uploads/produtos/periferica/cat%C3%A1logos/dp-60_dp-80_cat.pdf

VII - http://blog.wendelrocha.eng.br/17-engenharia/42-padrao-de-energia-introducao-parte-2