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Para melhores dias, mude a sua energia!

Energia é o combustível do universo, sabe-se que é através dela que tudo se transforma, de forma física aos materialistas e de forma espiritual para os mais esotéricos. Ela se faz tão presente a todos os instantes que poucos param para pensar se as energias que nos rodeiam são transformadas de forma mais sustentável, ou não. Muitos focam bastante em como é administrado o dia a dia e “gasta-se” essa energia: ter uma alimentação saudável, beber bastante água, praticar exercícios, enfim, manter mente e corpo saudável. Já a energia que chega nas tomadas é simplesmente aceita. Todo mês vem a conta e as pessoas se limitam a questionar o quanto foi gasto, e não como está sendo produzido. O Brasil, por ser um país continental, possui uma malha energética complexa composta de energias renováveis e não renováveis. Considera-se energia renovável aquela que não produz resíduos na sua geração, e não o impacto de instalação considerado. Assim o país computa uma malha onde mais de 85% de energia é renovável por conta de uma característica muito particular que é a presença da hidrelétricas, conforme observada na figura 1.

Figura 1- Distribuição da Energia Interna do Brasil em 2019. Créditos: EPE (2019).

Segundo a Empresa de Pesquisa Energética – EPE (BRASIL, 2019), o país produziu nesse ano 651,3 TWh de energia no total. As fontes limpas que comp~eo 85% desse valor são eólica, biomassa, solar, nuclear e hidrelétrica. Um comparativo feito pela Empresa de Pesquisa Energética para o ano de 2016 compara a geração renovável da Matriz Energética Elétrica do Brasil  com todo o mundo.

Figura 2 – Comparação de energia elétrica renovável e não renovável. Crédito: EPE, 2016.

Esses dados podem gerar uma certa comodidade na população vendo o quão superior na produção limpa o país é. Então por que devemos nos preocupar? E a resposta desta pergunta é simples.

Por uma característica geológica, nossa principal fonte de energia limpa vem das usinas hidrelétricas. Em comparação com outras fontes, essa era a forma menos custosa e prática para geração de energia. A ideia de preservação do meio ambiente e a não-geração de resíduos não citam o passivo das suas construções. Inclusive há controvérsias de informações, pois enquanto alguns dizem que ela é totalmente limpa, há um enorme passivo ambiental nas construções das barragens e o impacto irreversível no deslocamento das populações ribeirinhas, além de alagamentos de imensas florestas, processo de eutrofização das represas e seus efeitos sobre a qualidade da água e a emissão de carbono. (Bursztyn, 2020).

A energia hidrelétrica é limpa, porém não é infinita; dependemos dos rios e seus potenciais para que haja luz nas residências, indústrias, cidades. E nos últimos anos o país tem sofrido muito com a falta de chuva: seca de quase sete anos no Nordeste, escassez de água em São Paulo, e neste ano no estado do Paraná, local da 2ª maior usina hidrelétrica do mundo, a quantidade de chuvas foi muito abaixo do nível normal. Sem chuva não há reabastecimento nas represas que foram planejadas por séries históricas (calcula-se o período de maior seca e planeja a barragem para suprir essa deficiência). Mas se a crise hídrica atual é maior do que a para qual a usina foi calculada, ela não terá água para gerar energia. É também por isso que precisamos pensar se a energia escolhida no século passado é suficiente para suprir as demandas atual e futura.

Pensando dessa maneira devemos avaliar entre outras formas de produzir energia renovável  quais têm mais potencial para serem desenvolvidas hoje com as novas tecnologias.  Uma das respostas está, literalmente, em cima das nossas cabeças: o Sol.

Como foi visto na figura 1, o Brasil explora pouco a energia solar se comparada às demais energias instaladas e a razão é porque ela depende mais do interesse de cada consumidor do que do governo em si. Usinas solares têm valores de instalações muito elevados em comparação à eólica, por exemplo, e acaba não sendo viável para investir neste tipo de negócio a curto prazo. Mas ela pode transformar uma residência em sua própria usina, não gastando mais para ter luz. É desta maneira que 75% da geração distribuída de energia solar no país é produzida em residências (Moreira Jr. e Souza, 2018).

Uma instalação residencial traz independência da Matriz Energética, ou seja, em casos como o que ocorreu recentemente no Amapá onde o estado ficou 22 dias sem energia elétrica, quem tinha instalação de painéis fotovoltaicos não ficou sem energia.

Algumas pessoas têm dúvida com relação a capacidade de produção, pois a eficiência dos painéis raramente chega a mais de 20%. i Parece pouco, mas a energia solar é abundante e gratuita, além de não prejudicar o meio ambiente, não faltar em outro sistema, e continuar presente, se não for utilizada.

Outra dúvida frequente é a questão de instalação em locais que tem inverno mais rigoroso, com baixas temperaturas por três, quatro meses no ano. A geração de energia fotovoltaica não depende do quanto o Sol pode esquentar uma placa, e sim do uso da incidência do raio eletromagnético que transformará essa onda em energia elétrica. Um exemplo é a Alemanha que segundo Moreira Jr. e Souza (2018) recebe 40% menos incidência solar média que o lugar com incidência mais baixa no Brasil. E mesmo assim lá o investimento em geração fotovoltaica é tão estimulado que eles já detêm mais de 13% de todas as placas solares fotovoltaicas do mundo (figura 3).

Figura 3 – Painéis solares na Alemanha. Crédito: Portal solar (2017).

Usando como base a capital considerada mais fria do país durante o inverno, que é Curitiba, a radiação de plano inclinado, que é o valor usado para cálculo de capacidade de geração, é mostrada na figura 4.

Figura 4 – Incidência solar no plano inclinado em Curitiba 2019. Crédito: Atlas Solar Paraná.

            Já em Fortaleza, conhecida como a Capital da Luz, a incidência é a demonstrada na figura 5.

Figura 5 – Incidência solar no plano inclinado em Fortaleza 2019. Crédito: Cresesb.

 Apesar de haver nitidamente uma irradiação muito maior no verão na cidade nordestina do que em Curitiba, o importante é que a irradiação mínima nos dois casos não é muito diferente, indicando que, apesar do frio, a incidência solar em Curitiba continua viável para a instalação de painéis fotovoltaicos.

Aotimização das placas fotovoltaicas também depende da instalação na residência. A posição e inclinação das placas é fundamental, e para isso o local é fundamental para que o projeto seja eficiente. Posicioná-las voltadas ao Norte e na ausência de sombras são condições ideais, como mostrado na figura 6. Desta maneira a captação ocorrerá da forma mais eficiente, ou seja, aproximando daqueles 20%, falados anteriormente.

Figura 6 – Posição ideal da placa fotovoltaica. Crédito: eletronica-pt.com

       A quantidade de placas instaladas determinará o quanto de energia elétrica será produzida, se o suficiente ou maior do que a casa necessita. Para isso é interessante levantar um histórico de consumo de energia elétrica e observar qual a demanda necessária para a residência. Tendo este valor, e a área do espaço que há possibilidade de instalação, a incidência de plano inclinado e a capacidade de produção da placa por metro quadrado, conseguimos calcular quantas placas são possíveis de instalar e quanto irão produzir.

 Outra decisão importante é a escolha do sistema: on grid ou off grid (figura 7).

Figura 7- Sistema on grid e off grid. Crédito: Diamont Renewables.

       No sistema off grid a instalação é autônoma, independente da rede. A produção, consumo e armazenamento ocorre em um sistema fechado. Sistema ideal para locais remotos de difícil acesso à rede elétrica. O sistema on grid  é ligado à rede elétrica que fica com a sua produção excedente, que pode ser “devolvida” quando o seu sistema produz pouco. Essa “devolução” não envolve dinheiro, mas  funciona com um crédito energético válido por 60 meses que, dependendo do tipo de instalação, o proprietário pode consumir ou transferir para outros consumidores. Muitos usuários utilizam esse crédito para momentos em que a placa não produz, como nos períodos noturnos, geralmente momentos em que o consumo da casa é maior.

       Os custos de compra e instalação dos painéis solares fotovoltaicos estão barateando ao longo dos anos por conta do aumento da demanda. Assim o payback do investimento, ou seja, a compensação entre custo e economia que será feita, que já foi de 10 anos está atualmente em torno de 3 a 4 anos. Depois desse período o sistema gerará energia sem gerar gastos até finalizar a vida útil do equipamento que gira em torno de 25 anos, considerando que a manutenção seja realizada de forma adequada.

       A energia solar fotovoltaica além de se mostrar bastante viável no Brasil é uma forma realmente sustentável de produção: desafoga as linhas hidrelétricas e evita o uso das termelétricas, que são mais poluentes. É uma medida que não traz benefícios somente para o proprietário, mas uma ação humanitária considerando que o planeta é responsabilidade de todos nós.

       Então, quem puder, aproveite, porque o Sol é de todos.

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Referências

AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (ANEEL). Resolução Normativa n. 687, de 24 de novembro
de 2015. Disponível em: http://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2015687.pdf. Acesso em: 26 nov 2020.

AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (ANEEL). Resolução Normativa n. 482, de 17 de abril de 2012.
Disponível em: http://www2.aneel.gov.br/cedoc/ren2012482.pdf. Acesso em: 26 nov 2020.

BRASIL. Empresa de pesquisa energética. Balanço Covid-19 – Impactos nos mercados de energia no Brasil: 1º semestre de 2020. Disponível em: https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/balanco-covid-19-impactos-nos-mercados-de-energia-no-brasil-1-semestre-de-2020. Acesso em: 26 nov 2020.

BURSZTYN, M. Energia solar e desenvolvimento sustentável no Semiárido: o desafio da integração de políticas públicas. Estudos Avançados. [online], vol.34, n.98, pp.167-186, 2020.

MOREIRA JR, O.; SOUZA, C.C. Aproveitamento fotovoltaico, análise comparativa entre Brasil e Alemanha. Revista INTERAÇÕES, Campo Grande, MS, v. 21, n. 2, p. 379-387, abr./jun. 2020.

LIRA, M.A.T.; MELO, M.L.S.; RODRIGUES, L.M.; SOUZA, T.R.M. Contribuição dos Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica para a Redução de CO2 no Estado do Ceará. Revista Brasileira de Meteorologia, v. 34, n. 3, 389 397, jun. 2019


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Veículos elétricos: como carregar de forma rápida e eficiente?

Há alguns anos vem crescendo a importância dos carros elétricos nas frotas no mundo todo. As emissões de gases do efeito estufa são em grande parte causadas pelos inúmeros veículos nas grandes cidades, reduzindo a qualidade do ar e prejudicando o meio ambiente. Carros totalmente elétricos (EV = Electric Vehicle) são equipados com motores que funcionam através de baterias recarregáveis com energia elétrica, e não emitem gases poluentes, sendo melhores para o meio ambiente a longo prazo [1]. No entanto, um dos grandes problemas que limitam o uso destes carros atualmente é a escassez de estações para recarga dos veículos, fazendo com que seja muito difícil planejar viagens longas e até mesmo impossibilitando a sua utilização em serviços de táxi ou de entregas, por exemplo, que possuem alta circulação diária.

Normalmente veículos elétricos precisam ser conectados em estações de carregamento e demoram de 4 a 15 horas para carregar totalmente em carregadores de 7 kW (Tabela 1). Os carros com maior capacidade atualmente são capazes de rodar até 540 quilômetros com uma carga completa (Tesla Modelo S de longo alcance [2]), mas o Nissan LEAF, que atualmente possui a maior fração do mercado de veículos elétricos, tem alcance de 270 km com a bateria de 40 kWh (ou 370 com a bateria de 62 kWh, que é bem mais cara) [3]. Imagine planejar uma viagem de 500 quilômetros e ter que parar e esperar 4 horas parado enquanto o carro carrega para poder continuar a viagem.

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Tabela 1. Tempo para carga de veículos elétricos com carregadores de diferentes potências. Fonte: Pod Point [4]

Alguns países na Europa estão investindo bastante em veículos elétricos. Graças a subsídios e investimentos do governo, a Noruega é o país com maior número de veículos elétricos per capita no mundo [5]. Em outubro de 2018, os veículos elétricos chegaram a 10% de todos os veículos de passageiro no país [6], e, de todos os veículos elétricos no mundo, 39,2% estão na Noruega [7]. Uma das principais metas do governo atual da cidade é garantir que até o ano de 2023, 100% da frota de táxis seja composta por veículos elétricos [8]. Mas como solucionar o problema da carga?

A carga dos veículos elétricos normalmente é realizada através de carregadores do tipo plug-in, que parecem com tanques de abastecimento em postos de gasolina e precisam ser conectados ao carro, como o da Figura 1. Para uso doméstico, normalmente não é problema carregar o carro em casa, ainda que os carregadores sejam de baixa potência (3 kW normalmente) e levem até 11 horas para uma carga completa, como é o caso do Nissan Leaf [9]. Mas em um país com objetivos a tão curto prazo para substituição da frota de táxis, uma solução melhor deve ser proporcionada para evitar que os taxistas tenham que parar seus veículos durante o dia de trabalho para carregar.

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Figura 1. Veículo elétrico modelo Nissan LEAF durante carga. Fonte: EV Info [10]

Do mesmo jeito que pode ser mais conveniente carregar seu celular sem fios (como em determinados modelos do Samsung Galaxy e dos iPhones) [11,12], também pode ser bem mais conveniente carregar carros elétricos sem a necessidade de cabos. A empresa Plugless, dos Estados Unidos, vem desenvolvendo adaptadores para determinados modelos de veículos elétricos que possibilitam a carga sem a necessidade de cabos conectados ao carro, como mostrado na Figura 2 [13].

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Figura 2. Esquema de carga sem fio da empresa Plugless [13]

A carga sem fio de veículos elétricos é feita por um processo de indução através de molas magnéticas alinhadas entre o adaptador no veículo (Vehicle Adapter) e a base (Parking Pad).  O carregador sem fio da Plugless carrega os carros com uma potência contínua de 7,2kW, e o site da empresa diz que para cada hora de carga, o carro pode andar de 20 a 25 milhas, ou seja, leva entre 13 horas e meia e 16 horas e 45 minutos para uma carga completa de um Modelo S da Tesla (que possui alcance de 540 km). Essa é uma ótima solução para evitar os cabos e a infra estrutura e manutenção relacionada com o desgaste destes cabos. Mas ainda não é a solução ideal para a Noruega.

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Figura 3. Ponto de táxi na estação central em Oslo (Noruega), onde serão instaladas estações de carga rápida sem fio que carregarão os táxis automaticamente. Fonte: Fortum [8]

Nesta semana foi divulgado que a cidade de Oslo (capital da Noruega), em parceria com a empresa de energia limpa Fortum e com a empresa americana Momentum Dynamics, está investindo em um projeto de carga rápida para táxis elétricos [8]. Este projeto pretende instalar estações de carga rápida sem fio (com potência de 75 kW) no chão em pontos de táxi onde eles normalmente ficariam parados esperando por passageiros. Com isso, além dos taxistas não perderem tempo dos seus dias de trabalho para carregar os veículos, a carga é automática, então eles não correm o risco de esquecer de carregar o veículo e ficar sem bateria mais tarde. Esta solução pode ser boa não só para a Noruega, mas também para frotas de táxi em todo o mundo, que contribuem muito para o efeito estufa.

Realizar a substituição de táxis de todas as frotas do mundo por veículos elétricos obviamente não é viável. Porém, é interessante que exista um incentivo para que novos veículos utilizados no setor de transporte sejam elétricos (ou pelo menos híbridos [14]), contribuindo a longo prazo  para a diminuição da emissão de gases do efeito estufa.

Referências:

[1] Office of Energy Efficiency & Renewable Energy (acessado em 29/03/2019) https://www.energy.gov/eere/electricvehicles/reducing-pollution-electric-vehicles

[2] Tesla Motors (acessado em 29/03/2019) https://www.tesla.com/models

[3] Nissan (acessado em 29/03/2019) https://www.nissanusa.com/vehicles/electric-cars/leaf.html

[4] Pod Point (acessado em 28/03/2019) https://pod-point.com/guides/driver/how-long-to-charge-an-electric-car

[5] European Association for Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicles (AVERE) (2012-09-03). “Norwegian Parliament extends electric car iniatives [sic] until 2018″. AVERE. Archived from the original on 2013-10-24. Retrieved 2013-04-10

[6] Kane, Mark (2018-10-07). “10% Of Norway’s Passenger Vehicles Are Plug Ins”. InsideEVs.com. Retrieved 2018-11-07.

[7] Norwegian Road Federation (OFV) (2019-01-02). “Bilsalget i 2018” [Car sales in 2018] (in Norwegian). OFV. Retrieved 2019-01-03.

[8] Fortum (acessado em 25/03/2019) https://www.fortum.com/media/2019/03/fortum-and-city-oslo-are-working-worlds-first-wireless-fast-charging-infrastructure-taxis

[9] https://www.drivingelectric.com/your-questions-answered/98/how-long-does-it-take-charge-electric-car

[10] EV Info (acessado em 03/04/2019) https://evinfo.info/economist-article-on-ev-usage/

[11] Samsung (acessado em 29/03/2019) https://www.samsung.com/global/galaxy/what-is/wireless-charging/

[12] Apple (acessado em 29/03/2019) https://www.apple.com/iphone/

[13] Plugless Power (acessado em 28/03/2019) https://www.pluglesspower.com/learn/mainstream-electric-cars-are-headed-towards-wireless-charging/

[14] Autopapo (acessado em 29/03/2019) https://autopapo.com.br/noticia/entenda-os-tres-tipos-de-carros-hibridos/