Conheça as principais vantagens e desvantagens do sistema fotovoltaico

A geração de energia solar vem se tornando uma solução cada vez mais demandada e conhecida pela população. Isso se deve às novas necessidades da sociedade e da economia moderna, as quais procuram soluções baseadas nos ideais da sustentabilidade, ou seja, mínima agressão ao meio ambiente e máxima eficiência.

Além disso, procura-se também reduzir gastos mensais, fazendo economia de energia. As contas com esse serviço têm aumentado nos últimos meses, o que gera insatisfação da parte do público consumidor.

O sistema fotovoltaico, responsável pela geração de energia elétrica a partir da energia solar, é o tema deste artigo. Saiba mais sobre ele!

Energia Solar

Na verdade, todas as fontes de energia dependem, direta ou indiretamente, da energia solar. Nesse sentido, o Sol é a origem de todas as formas de energia do planeta Terra. Uma das primeiras coisas que aprendemos na escola é a maneira como as plantas produzem seu alimento usando a energia solar, ou seja, o processo de fotossíntese. Há séculos, uma corrente de espiritualistas afirma que é possível para o ser humano viver somente de energia solar!

Não é à toa que muitos adoravam o Sol como uma divindade ou como representante de alguma divindade especial.

A energia solar é limpa e renovável e, por isso, é também muito sustentável. Suas vantagens em relação à produção hidrelétrica são muitas. Dedicaremos um tópico para falar sobre esses benefícios.

A radiação desse astro pode ser utilizada tanto para gerar aquecimento (energia térmica) como para gerar eletricidade (energia elétrica), mas existem diferenças entre essas duas formas de geração de energia.

Térmica

A energia solar térmica (ou energia fototérmica) aproveita a radiação do Sol para elevar a temperatura de líquidos e gasosos, ou seja, de fluidos. São usados os coletores ou concentradores solares.

Os coletores são instalados, geralmente, sobre os telhados. Eles absorvem a radiação do sol, que é, então, aplicada nos sistemas domésticos e industriais de aquecimento de água. Em uma residência, por exemplo, o aquecimento solar pode ser empregado em piscinas e/ou nos banheiros, cozinhas e outras áreas da casa.

Já os concentradores são usados em operações que exigem calor, como a produção de vapor e a secagem de grãos.

A energia fototérmica também pode produzir energia elétrica em usinas solares térmicas. Essas usinas captam e concentram o calor do Sol com a finalidade de aquecer fluidos para a geração de vapor. O vapor põe em movimento uma turbina integrada a um gerador, resultando na produção de eletricidade.

Fotovoltaica

A energia fotovoltaica é resultante da transformação direta de radiação solar em energia elétrica. Essa conversão acontece por meio das células fotovoltaicas, compostas principalmente por silício, mineral que é encontrado em abundância na natureza.

Os painéis — ou módulos — fotovoltaicos são constituídos por essas células. No momento em que a radiação alcança uma dessas células, ela produz uma corrente elétrica mínima, a qual é coletada e transferida para os outros elementos formadores do sistema.

Desse modo, a energia elétrica pode ser utilizada diretamente em sistemas integrados à rede de distribuição ou pode ser armazenada em baterias.

Sistema fotovoltaico

Estudar o sistema fotovoltaico é o escopo deste artigo. Como já vimos, ele é responsável pela transformação de radiação solar em energia elétrica. De preferência, o sistema é instalado nos telhados, para economizar a área do chão, mas também pode ser colocado em estruturas para garagens e em suportes no solo.

Em pontos mais altos, é possível obter uma captação mais aprimorada da radiação solar, devido à ausência de maiores obstáculos. Por esse motivo, não se deve instalar sistemas em áreas com muito sombreamento, pois isso impede a passagem da radiação.

Seu uso é recomendado para diferentes lugares, como residências, estabelecimentos comerciais, condomínios, indústrias e empresas em geral. Com o sistema fotovoltaico, é possível abastecer todo um imóvel com energia elétrica, possibilitando o funcionamento de lâmpadas e de equipamentos eletroeletrônicos.

Devido aos incentivos criados pelo governo federal, o sistema fotovoltaico vem ganhando cada vez mais espaço, o que significa que condomínios, residências, empresas e indústrias estão aplicando a tecnologia com mais frequência. Existem, por exemplo, os créditos de energia oferecidos para quem mantém o sistema on-grid, como veremos mais adiante. Em alguns estados, já são concedidos benefícios de ICMS, ainda que de maneira tímida.

Apesar disso, os números que revelam o percentual de sistemas de geração solar no país ainda são pequenos, especialmente quando comparados a outras nações, como Estados Unidos, Japão, China, Alemanha e Espanha. A verdade é que o Brasil está atrasado 15 anos em relação a outras nações — mesmo sendo um país estrategicamente localizado, ou seja, sua posição entre os trópicos assegura um elevado índice de irradiação solar.

Tipos de sistema

Os sistemas fotovoltaicos podem ser de três tipos:

Gerador de energia solar Off-grid

Trata-se de um sistema isolado. Geralmente, apresenta custos mais altos que o sistema on-grid. O gerador de energia solar off-grid não está conectado à rede de distribuição de energia elétrica, sendo necessário utilizar baterias para armazenar a eletricidade produzida.

É mais caro porque é um sistema mais completo, envolvendo três blocos: o bloco gerador, o bloco de condicionamento de potência e o bloco de armazenamento.

O bloco gerador é formado pelos painéis solares, pelo cabeamento e pela estrutura que serve de suporte.

O segundo bloco é constituído pelos inversores e controladores de carga.

Finalmente, o terceiro bloco é formado pelas baterias que armazenam a energia elétrica gerada.

Esse sistema é empregado principalmente para determinadas finalidades, como a eletrificação de cercas, o bombeamento de água e a eletrificação de postes de luz.

Como a energia fica guardada dentro das baterias, o sistema pode trabalhar durante os períodos em que não há Sol ou em que a radiação solar é baixa, como à noite e em dias de chuva. Durante o período noturno, o consumo de eletricidade é maior que seu consumo. Como esse sistema não se conecta à rede pública de energia, não é possível usar mais energia contínua do que aquela que é gerada.

As baterias de energia solar são a fonte alternativa para os momentos em que a luz solar estiver indisponível. É fundamental, portanto, fazer um projeto dimensionando-as corretamente conforme o clima local e a demanda de energia do imóvel. Com esses dados, o projetista terá condições de definir com mais precisão o volume máximo de armazenamento das baterias. Esse dimensionamento garante que o fornecimento de energia será contínuo, sem interrupções.

Os sistemas de energia solar off-grid podem ser de grande ou de pequenas dimensões. Os pequenos produzem energia em menor escala, mas ainda são autônomos em relação à rede de fornecimento. São recomendados especialmente para uso em antenas de comunicação, monitoramento de radares, imóveis residenciais e empreendimentos em lugares remotos. Geralmente, esses sistemas oferecem potencial de energia que varia entre 1,5 kWp (quilowatt-pico) e 20 kWp.

O sistema fotovoltaico off-grid de grande porte é destinado especialmente aos consumidores que apresentam uma alta demanda de energia e também moram em regiões remotas, cujo acesso é mais complicado. Esses lugares costumam receber bons índices de insolação, porém, as fontes de energia mais comuns são os geradores acionados a diesel ou a gasolina.

Sistemas off-grid maiores são usados em fazendas, comunidades isoladas, centros de mineração, fábricas situadas em lugares distantes. Seu potencial energético varia entre 1 megawatt-pico (mWp) e 20 mWp.

Pelo fato de ser ideal para localidades remotas, estão sendo feitos estudos para instalar sistemas off-grid em povoações indígenas, permitindo que tenham acesso à energia elétrica como a maior parte dos cidadãos brasileiros.

Vantagens e desvantagens do sistema off-grid

As vantagens envolvem:

• uso em regiões mais remotas, já que é um sistema que não depende de uma rede de distribuição local;
• não é preciso pagar conta de luz;
• conta com sistema de armazenamento de energia.

As desvantagens:

• a necessidade de usar controladores de carga e baterias;
• os custos mais elevados;
• a menor eficiência.

On-grid

O sistema fotovoltaico on grid, também chamado grid-tie, é conectado à rede elétrica do município e pode ser empregado em imóveis residenciais e comerciais. Para funcionar corretamente, ele conta com:

• o bloco de geração: painéis solares, os cabos, a estrutura solar de suporte;
• o bloco de condicionamento de potência: inversores.

Os inversores, nesse caso, têm duas funções: transformar a corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) e sincronizar o próprio sistema com a rede de distribuição local.

Como não existem baterias, é fundamental a conexão com a rede pública e não há armazenamento de energia elétrica excedente. Nos momentos em que o consumo supera a produção de energia elétrica, quem supre a demanda é a rede distribuidora.

Os custos nas contas mensais de luz equivalem somente à diferença entre o total consumido e o total produzido — sistema que se chama net-metering. Cobra-se do usuário apenas o total de energia que ele usou e que foi originada da rede pública, sendo um suporte à produção do sistema fotovoltaico on-grid.

Quando se dá o inverso, ou seja, a produção é maior que o consumo, o excedente enviado à rede é transformado em créditos que podem ser descontados até o prazo de 3 anos (ou 36 meses). Vale lembrar que esses créditos podem ser usados por outros imóveis que estão no nome da mesma pessoa e integram a mesma rede de fornecimento elétrico.

Para situações em que a produção supera a demanda, o relógio que mede o consumo de energia roda no sentido inverso. Na primeira situação, o relógio-medidor gira mais devagar se comparado com sua velocidade quando a única fonte de energia de um imóvel é a convencional. Para ser funcional, o relógio-medidor deve ser apropriado para contabilizar o fluxo de energia elétrica em ambos os sentidos.

Sendo dependente da rede pública, o sistema on-grid só funciona com eletricidade e, dessa forma, reduz as possibilidades de acidentes quando são necessárias manutenções efetuadas pela distribuidora. No caso de quedas no fornecimento, o inversor suspende a inserção de energia na rede e só retoma o funcionamento alguns minutos após o retorno do fornecimento de energia.

As resoluções da ANEEL

Vale dedicar um pequeno tópico para falar sobre esse assunto. O uso do sistema de energia solar on-grid e a compensação de créditos são regulamentados pela Resolução Normativa nº 482 da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), do dia 17 de abril de 2012.

Após essa resolução, que trata da geração distribuída de energia solar, todos podem produzir sua energia elétrica de fontes renováveis (como radiação solar, vento) ou podem cogerar eletricidade (geração compartilhada), recebendo créditos sobre toda a produção excedente.

A geração distribuída menor pode ser:

• microgeração, produz menos que 75 kW;
• ou minigeração, produz acima de 75 kW.

Dessa forma, muitos consumidores se sentiram estimulados a produzir eletricidade a partir da energia solar, o que garante certa autonomia energética e ajuda na geração de lucros — além, é claro, de minimizar impactos ao meio ambiente.

Em outra resolução da ANEEL (Resolução Normativa nº 687/2015), há o estímulo para empregar o sistema fotovoltaico em prédios. Nesse caso, a energia é compartilhada entre todas as unidades e nas áreas comuns, como nos condomínios.

Vantagens e desvantagens do sistema on grid

Entre as vantagens desse sistema on grid, podemos citar:

• não precisa de controladores nem de baterias;
• permite compensar créditos de energia;
• permite usar os créditos em outros imóveis pertencentes à mesma pessoa;
• oferece maior eficiência.

As desvantagens:

• depende do acesso à rede de fornecimento;
• não tem sistema de armazenamento;
• é necessário pagar a conta de energia se a demanda superar a produção e não existirem créditos disponíveis.

Híbrido

Quem produz energia elétrica por meio dos painéis solares costuma consumir a energia pelo dia e o excesso é direcionado para a rede à noite de graça. No caso de baterias, o excesso não é liberado para a rede, mas fica armazenado para ser usado pelo consumidor à noite ou em outras situações.

Assim, o sistema híbrido é composto pelos mesmos componentes dos outros sistemas. Os painéis solares captam a energia do sol. Essa energia é direcionada para o inversor, que converte a corrente contínua em alternada para uso domiciliar ou empresarial, sendo empregada para o funcionamento dos diferentes equipamentos e aparelhos do imóvel.

A energia excedente tem, então, duas destinações. Saindo do inversor, ela é direcionada para um carregador que permite que ela seja armazenada em baterias para posterior uso e também lançada na rede. Ao mesmo tempo, o sistema também é integrado à rede pública de distribuição.

O hibridismo refere-se, portanto, à combinação de duas formas de energia. Quando faltar energia da distribuidora durante a noite (os famosos apagões), haverá energia armazenada nas baterias suficiente para prover as necessidades do imóvel.

Assim, além de reduzir as contas de luz do mês, o sistema fotovoltaico híbrido serve como suporte para ocasiões especiais.

Como montar um sistema fotovoltaico

Agora, mostraremos como montar um sistema fotovoltaico. Os custos iniciais são altos, mas o custo-benefício compensa, permitindo ao usuário autonomia em relação à rede elétrica da cidade.

Valor

Um gerador de energia fotovoltaica para uma conta de R$ 400,00 pode ser adquirido a partir R$ 15 mil, incluídas todas as despesas, mas, considerando um padrão de consumo mais elevado no país, podemos dizer que os custos iniciais ficam em torno de R$ 30 mil, assegurando uma produção satisfatória de energia.

Existem várias linhas de linhas de financiamento para pessoas física e jurídica para aquisição do sistema fotovoltaico, inclusive com crédito pré-aprovado em vários bancos dependendo do perfil de relacionamento com o banco ou cooperativa de crédito.

Instalação

O ideal é que o sistema seja instalado no telhado. Deve-se considerar também uma inclinação que varia entre 15º e 20º, conforme a região. Quanto mais perto da orientação norte, melhor.

No caso de imóveis residenciais, eles precisam ter aproximadamente 18 metros quadrados livres de sombreamento contínuo. Para o sistema on-grid, também precisam receber atendimento de uma concessionária que fornece a energia elétrica.

No caso de condomínios, a geração pode ser compartilhada e, assim, todas as unidades usufruem dos benefícios da energia solar transformada em energia elétrica. O sistema pode ser instalado apenas na área social.

Se o dono de um apartamento tem uma casa e instalar um sistema fotovoltaico nela, ele tem direito a créditos de energia para os dois imóveis — desde que ambas as construções estejam em seu nome.

A energia é gerada a partir do contato da luz solar com os painéis fotovoltaicos, sendo conduzida ao inversor, que a converte em energia apropriada para fazer funcionar os equipamentos. Os painéis e o inversor são considerados o coração de um sistema fotovoltaico.

No sistema on-grid, como não existe Sol durante a noite, não existe também geração de energia. Os créditos gerados pelo dia são usados para dar descontos sobre o valor da energia consumida no período.

Manutenção

Os módulos solares duram muitos anos. Podem funcionar bem por até 25 ou 30 anos, empregando 80% de seu potencial. Essa elevada durabilidade contribui para os baixos custos de manutenção.

É necessário manter os módulos livres de sujeira, que tende a dificultar a eficiência do sistema. Em cidades muito poluídas, por exemplo, existe uma probabilidade maior de o sistema acumular sujeira com mais frequência.

Considerando locais com muita chuva, a água que cai do céu se encarrega de efetuar uma limpeza básica, que efetivamente ajuda.

De qualquer forma, o sistema requer pouca manutenção, a qual também é barata. Nos locais em que chove pouco e há muita poeira, o ideal é proceder a uma limpeza semestral. Um pano molhado com água pode ser suficiente. Caso seja necessário, pode-se usar um rodo para ajudar. Não é aconselhável aplicar produtos abrasivos.

Muitas vezes, usando a mangueira, já é possível limpar os módulos, sem a necessidade de subir no telhado. Caso seja preciso ir até o telhado, é importante tomar procedimentos de segurança ou chamar algum profissional para limpar.

Se os painéis estiverem em alguma estrutura diretamente sobre o chão, a manutenção torna-se ainda mais acessível.

Vantagens de um sistema fotovoltaico

Finalmente, vamos considerar as vantagens em comprar e instalar um sistema fotovoltaico. Na verdade, esses benefícios já vêm sendo citados ao longo do texto, mas agora vamos condensá-los para um melhor entendimento do leitor.

Economia no longo prazo

O ROI (Retorno sobre o Investimento) se dá em um período de 4 a 6 anos. Os painéis solares atuais têm uma garantia de fábrica de 25 anos, enquanto inversores apresentam durabilidade que vai de 12 a 15 anos. Isso significa que, na metade da vida útil dos módulos, será necessário substituir os inversores.

De qualquer maneira, tanto os módulos como os inversores são duráveis, com vida útil longa, que não é encontrada em todo equipamento.

Levando em conta um período de funcionamento de aproximadamente 30 anos, as pessoas que investem nos sistemas fotovoltaicos conseguem usufruir de 24 a 26 anos de pura economia!

Certamente, vale a pena pagar contas de luz bem mais baixas e não ficar condicionado à rede de fornecimento de eletricidade local.

Geração mais rápida de energia

Com os sistemas fotovoltaicos, sejam on-grid, off-grid ou híbridos, a produção de eletricidade é mais autônoma e mais rápida, ao contrário do que ocorre com a energia convencional, cujo processo é muito mais complexo e demorado.

Devido à maior simplicidade na produção de energia elétrica é que a ANEEL permitiu a micro e a minigeração, o que estimula não somente empresas, mas residências também, a adquirirem painéis fotovoltaicos para produzir sua própria energia.

Créditos de energia solar

Já falamos muito sobre os créditos de energia solar. Nos sistemas on-grid e híbrido, o excedente de eletricidade produzida cai na rede, gerando créditos que são abatidos nas contas mensais de luz.

O sistema tem a potência calculada de forma que o consumidor paga somente a taxa de disponibilidade definida pela distribuidora. A compensação dos créditos é automática, sendo efetivada no momento em que é emitida a conta de energia.

Essa vantagem certamente contribui ainda mais para o fator economia.

Sustentabilidade

Com o sistema fotovoltaico, a sustentabilidade é evidenciada pela utilização de uma fonte de energia limpa e praticamente infinita (o Sol), o que favorece a geração de uma energia mais barata e, principalmente, aprimora a produção da matriz energética do Brasil.

Neste post, apresentamos em que consiste o sistema fotovoltaico, as suas principais vantagens, os tipos e como montá-lo. A economia e a sustentabilidade são duas das mais relevantes vantagens que ele oferece. O investimento inicial alto pode ser compensado em um período relativamente curto.

Vimos também como outros países estão mais avançados que o Brasil. É importante que nosso país também acompanhe as tendências globais e aumente os números de sistemas fotovoltaicos instalados, se beneficiando dos incentivos do governo, principalmente da ANEEL.

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