Energia: a abundância solar

A abundante energia solar pode ser transformada em calor para o aquecimento da água para uso das edificações e em energia elétrica para o acionamento de equipamentos e iluminação.

Aquecimento solar da água

O sistema de aquecimento solar da água consiste basicamente de um conjunto de placas solares instaladas na cobertura e orientadas corretamente para a coleta da maior quantidade possível de radiação solar, um reservatório (boiler) devidamente isolado para a retenção do calor gerado e um conjunto de tubulações adequadas com capacidade, resistência e isolamento necessários para a distribuição da água quente, além do sistema auxiliar de aquecimento.

Quando o sistema de aquecimento solar opera pelos mecanismos naturais de movimentação da água por meio do termo sifonamento, é chamado de Sistema Passivo. Quando o Sistema Passivo não atende de forma eficiente a movimentação efetiva da água pelos componentes, exigindo-se uma bomba hidráulica auxiliar, temos o chamado Sistema Ativo.

Termo sifão
O efeito de termo sifão ocorre quando o aquecimento da água promove uma variação de temperatura entre os coletores e os reservatórios, acarretando uma diferença de densidade e alterando o gradiente de pressão que, por fim, gera a movimentação do fluido.(PRADO R. et al., 2007)

Retorno do investimento
A instalação de aquecimento solar para uma garagem de carros oficiais com 30 funcionários e 22 banhos semanais possui um retorno do investimento de 8,6 anos (não considerando os aumentos das tarifas acima da inflação e o custo financeiro do investimento aplicado).

Geração de energia fotovoltaica

A geração de energia elétrica pelo processo fotovoltaico tem alcançado, nos últimos anos, uma posição relevante entre as opções de geração de energia alternativa, principalmente pelo fato de que é bem simples a montagem e instalação de um sistema de geração básico e o insumo da geração, o sol, está disponível em abundância em todo o território. No entanto, a tecnologia de geração fotovoltaica no Brasil, apesar de estar em processo de redução crescente de custo, ainda é cara e não apresenta uma viabilidade econômica em instalações urbanas. Por outro lado, essa tecnologia se apresenta viável quando atende a obras executadas em locais de difícil acesso, tais como as construções de pontes, estradas e obras temporárias, ou ao atendimento de comunidades instaladas em locais remotos, não atingidas pela rede elétrica convencional, nas quais o custo de implantação da rede elétrica por habitante se torna inviável.

Um sistema de geração fotovoltaico básico é composto de:

1) Fonte geradora composta de placas fotovoltaicas que produzem energia a partir do sol;
2) Controlador de carga e descarga:
3) Inversor que transforma a energia de corrente contínua gerada em corrente alternada;
4) Conjunto de acumuladores da energia ou conexão com a rede da concessionária fornecedora de energia elétrica.

Dois sistemas distintos podem ser instalados para a geração de energia fotovoltaica: o sistema autônomo e o sistema interligado.

Você sabia?

O processo fotovoltaico ocorre quando a célula solar, que é fabricada a partir de um semicondutor processado (o mais comum é o silício), é bombardeada pelos fótons presentes no raio solar. Essa interação faz com que os elétrons livres presentes no semicondutor se movimentem e migrem entre as camadas P e N da célula solar, gerando uma corrente elétrica, que é a energia utilizável na prática (GORE, A,2010; PROGENSA, 2001).

Sistema autônomo de geração fotovoltaica

No sistema autônomo, a energia gerada é armazenada em baterias especiais chamadas de Baterias de Ciclo Profundo. A partir das baterias, a energia é distribuída na tensão da geração (que normalmente é 12V) ou transformada para a tensão desejada por meio de equipamento chamado de inversor. O retorno do investimento em instalações autônomas é demorado em função do custo total dos equipamentos, que ainda é alto, e da curta duração das baterias (precisam ser trocadas a cada 4 anos em média).

Retorno do investimento
O cálculo do retorno do investimento em energia fotovoltaica é variável em função do custo da energia fornecida pela concessionária, taxas de inflação projetadas para os anos futuros, custos financeiros, custo e vida útil dos equipamentos e gasto com manutenção. Uma metodologia para esse cálculo, amparada por um software com banco de dados atualizado para as cidades brasileiras, é proposta pelo Natural Resources Canada e chama-se RETScreen:

Sistema interligado de geração fotovoltaica

No sistema interligado, a energia gerada passa por um inversor especial e segue para os pontos de uso ou é introduzida na rede do concessionário de energia, podendo passar ainda por um medidor, que irá fazer a medição da quantidade de energia transferida nos dois sentidos. O sistema interligado possui o retorno do investimento bem mais favorável do que os sistemas autônomos e é uma boa opção para a descentralização da geração.

Outros meios de geração de energia

Duas formas de geração de energia poderão ser viabilizadas para o uso em edifícios nos próximos anos: a geração eólica e a geração solar termomecânica.

A geração solar termomecânica funciona a partir da concentração solar através de espelhos em um tubo cristalino onde circula o líquido, que é aquecido a altas temperaturas e direcionado a um trocador de calor que produz vapor d’água, que, por sua vez, aciona uma turbina geradora. (GORE, 2010). O principal desafio para a viabilização dessa forma de geração é a adequação dos modelos existentes, tanto em forma quanto tamanho, às morfologias dos edifícios.

Na geração eólica, são utilizadas turbinas que geram energia a partir do vento. Alguns desafios devem ser enfrentados para a sua viabilidade: adequação dos modelos de turbinas à geração com os ventos urbanos, tamanho da turbina compatível com a morfologia das cidades, minimização do barulho gerado com o giro das hélices e proteção para evitar a morte dos pássaros.