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Entenda tudo sobre o sistema off-grid de energia fotovoltaica
Já pensou em uma maneira mais sustentável de se obter energia? Um sistema off-grid pode ser uma boa solução. Uma das fontes alternativas e renováveis que vem crescendo e ganhando cada vez mais espaço entre os brasileiros é a solar, tanto para sistemas conectados à rede de energia (on-grid) quanto para sistemas autônomos (off-grid). O Brasil é um excelente mercado para o setor energético. A radiação solar média que incide sobre a superfície do país é de até 2300 quilowatt-hora por metro quadrado (kWh/m²), conforme o Atlas Solarimétrico da Cepel.
Um sistema de energia solar fotovoltaico é um modelo em que os componentes de seu kit funcionam de forma a realizar a captação. Além da sua conversão em eletricidade.
A energia produzida pode ser então utilizada no abastecimento da rede elétrica em larga escala, como acontece em usinas solares (setor energético comercial). Mas também pode ser gerada em escalas menores, residenciais (energia solar para utilização doméstica). Além do sistema solar para geração de energia elétrica, há também aquele para energia térmica. Esse tem por objetivo a utilização da radiação solar para o aquecimento de água.
Energia solar é uma boa solução?
Apesar de alguns incentivos à utilização da energia fotovoltaica, que é um tipo de energia renovável, ainda podem ser observadas algumas dúvidas nos consumidores e interessados em aplicar esse sistema em suas residências ou em suas empresas.
Como ele funciona? Qual o custo de sua instalação? O retorno financeiro é vantajoso? Onde comprar? As perguntas são muitas.
Algumas das respostas a estas perguntas podem ser encontradas em nossa matéria:
Para decidir como proceder em relação à compra dos componentes para seu sistema próprio de energia, a primeira coisa que se deve saber é que existem dois tipos de sistemas fotovoltaicos:
- Os conectados à rede (chamados on-grid ou grid-tie);
- Os que são o foco desta matéria: os isolados da rede ou autônomos (off-grid);
Sistemas conectados (on-grid)
O sistema on-grid de energia solar, também chamado de grid-tie, compreende um sistema que precisa estar conectado à rede de distribuição de energia elétrica (geração distribuída), tendo o inversor solar on-grid como principal diferencial. Dessa forma, o kit solar on-grid não dispõe de bateria para o armazenamento de eletricidade. O inversor solar, ou inversor on-grid, tem a função de sincronizar com a rede pública.
Com essa função, toda energia solar on-grid excedente é mandada para a rede elétrica da distribuidora de energia, sendo convertida em créditos de energia. Assim, esses créditos podem ser utilizados quando a irradiação solar não for suficiente para suprir a demanda.
Sistemas isolados (off-grid)
Com custos mais elevados que os sistemas on-grid, os sistemas fotovoltaicos off-grid são caracterizados por não serem conectados à rede elétrica, ou seja, o sistema se autossustenta através da utilização de baterias.
Por esse motivo, esse sistema é completo, e inclui todos os componentes citados em nossas matérias anteriores. Sendo eles divididos em três diferentes blocos, que são:
- Bloco gerador: painéis solares; cabos; estrutura de suporte.
- Bloco de condicionamento de potência: inversores; controladores de carga.
- Bloco de armazenamento: baterias.
Aplicações específicas para sistemas off-grid
A demanda de energia solar off-grid é, principalmente, para propósitos locais específicos, como bombeamento de água, eletrificação de cercas, de postes de luz, etc.
A energia produzida é também armazenada em baterias. Essas por sua vez garantem o funcionamento do sistema em períodos com pouco, ou mesmo ausentes, de luz solar. Ou seja, durante o dia, em momentos em que a produção de energia supera o consumo, este excesso é enviado ao banco de baterias para que, à noite, quando o consumo é maior que a produção, essa energia possa ser utilizada para abastecer a rede ligada ao sistema.
Por não serem conectados à rede, em um sistema isolado, não se pode utilizar mais energia de forma contínua do que aquela que é produzida pelos painéis.
Devido ao fato de as baterias serem a única fonte alternativa de energia para momentos ausentes de luz solar, é preciso dimensioná-las levando em conta as características climáticas do local e a demanda de energia sobre o sistema.
Em outras palavras, é preciso calcular direitinho quanta energia será necessária à residência e levar em conta o clima local. Isso pois pode acontecer de a localização ser mais propícia a dias chuvosos que ensolarados. Para, assim, determinar qual a capacidade máxima de armazenamento de energia das baterias será necessária. Logo, garante-se que o sistema não será interrompido, evitando que o local fique sem energia.
Tipos de sistemas off-grid
Off-grid de pequeno porte
Sistemas off-grid podem ainda ser de pequeno ou grande porte. Os de pequeno porte são aqueles que geram sua energia em menor escala. No entanto, ainda são independentes da energia elétrica convencional, vinda da rede. Algumas das vantagens desse tipo de sistema são:
- Redução do consumo de combustíveis fósseis;
- Aumento da disponibilidade de energia;
- Redução de custos.
Esses sistemas, quando de pequeno porte, são geralmente indicados para a utilização em antenas de comunicação. Mas também no monitoramento de radares, residências e empreendimentos em locais remotos. De forma geral, possuem capacidade energética que varia entre 1,5 quilowatt-pico (kWp) e 20 kWp.
Off-grid de grande porte
Já os sistemas off-grid de grande porte são indicados para aqueles clientes com altas demandas energéticas. Assim como aqueles consumidores de pequeno porte, também estão situados em localizações de difícil acesso à rede. Estes locais, de forma geral, recebem altos índices de radiação solar, mas as fontes de energia mais comumente encontradas como as responsáveis pelo atendimento dessa demanda são os geradores movidos a gasolina ou diesel. Assim, as vantagens do sistema off-grid para empreendimentos de grande porte são:
- Redução da dependência de combustíveis fósseis;
- Diminuição das emissões de carbono;
- Redução de custos com transporte de combustíveis;
- Diminuição do risco de acidentes.
- Sistemas de grande porte são comumente aplicados em minerações, fazendas, comunidades isoladas, e empresas com fábricas em áreas remotas. No geral, apresentam capacidade energética que vai de 1 megawatt-pico (MWp) a 20 MWp.
- Alguns outros pontos positivos observados para o sistema off-grid de forma generalizada, são:
- Este tipo de sistema pode ser utilizado em localizações mais remotas, onde há dificuldade de se obter energia elétrica. São ainda desenvolvidos pesquisas e projetos para a instalação deste tipo de energia fotovoltaica em aldeias indígenas, possibilitando o acesso dessas comunidades à energia elétrica.
- Fornece a energia de forma constante e ininterrupta.
O que é energia solar?
Para saber identificar os sistemas fotovoltaicos é necessário compreender tudo sobre energia solar, como os tipos de energia solar, seus conceitos e, principalmente, o que é energia fotovoltaica e como ela funciona.
Essa energia refere-se à conversão de radiação solar em eletricidade ou energia térmica, tendo o Sol como fonte de energia solar. Assim, ela pode ser dividida em três tipos: energia fotovoltaica, heliotérmica e fototérmica.
Analisando o que é energia fotovoltaica, pode-se dizer que a energia solar fotovoltaica trata-se da conversão de radiação solar diretamente em eletricidade. Esse processo se dá pelo uso de uma célula fotovoltaica, feita de silício. O conjunto dessas células, associadas em série ou paralelo, forma um painel de energia solar, principal componente do sistema fotovoltaico. Da mesma forma, o conjunto de painéis solares forma um gerador fotovoltaico.
Por outro lado, a energia heliotérmica é caracterizada pelo uso de coletores, que captam a radiação solar e a convertem em calor. Esse calor é usado para aquecer um fluido e, a partir da movimentação de turbinas pelo seu vapor, a eletricidade é gerada.
Já a energia fototérmica refere-se à captação de luz solar para aquecer a água de residências e prédios por meio de placas e um aquecedor solar.
O que contém em um kit de energia solar?
Um kit de energia solar geralmente contém alguns componentes essenciais para a usina solar. Eles são separados em três blocos: o bloco gerador, o bloco de condicionamento de potência e o bloco de armazenamento.
- Bloco gerador: painel solar, cabos, estrutura de suporte.
- Condicionamento de potência: inversor de energia solar, ou microinversor solar e controladores de carga.
- Armazenamento: baterias.
O gerador de energia solar é uma das partes mais importantes do sistema.
Como a placa solar funciona?
Para compreender como funciona a energia solar, é essencial saber a função da placa solar. Formado por um conjunto de células fotovoltaicas, a placa possui elétrons que, ao serem atingidos pela luz solar, agitam-se, formando uma corrente elétrica. Dessa maneira, a eletricidade é gerada por meio do efeito fotovoltaico.
Ao serem instalados, os painéis devem estar posicionados de forma a receber a maior taxa de energia solar possível, que é calculada a partir dos dados de irradiação solar e irradiância solar do local.
Os painéis solares também podem ser fabricados em outros modelos para suprir diferentes necessidades, como na forma de telha solar, ou telha fotovoltaica. Mas também na forma de refletor de energia solar e como lâmpada de energia solar. Dessa maneira, o preço da placa solar varia em relação a sua forma e composição.
Tipos de placas solares
A instalação de energia solar se dá por meio de placas, que compõem o bloco gerador. A placa solar monocristalina caracteriza-se por suas células fotovoltaicas de coloração preta com bordas arredondadas. Cada célula é constituída por um cristal inteiro de silício, o que torna essas células mais potentes que as placas solares policristalinas. Para a produção do painel solar monocristalino, a solidificação do silício deve ser feita cuidadosamente, o que encarece o custo desse painel fotovoltaico.
A placa solar policristalina é uma placa de energia solar com a vida útil de 25 a 35 anos. Suas células fotovoltaicas têm a cor azul e bordas retas. Sua resistência ao aumento de temperatura é maior e suas células são feitas de vários cristais de silício fundidos. Isso diminui a eficiência do painel solar.
Qual a diferença entre placas monocristalinas e policristalinas?
A principal diferença entre as placas monocristalinas e policristalinas está no modo de produção e composição de suas células de silício (Si). Mas também como na quantidade de quilowatts-horas produzidos.
Enquanto a primeira produz mais eletricidade por metro quadrado, a última produz menos. Isso significa que são necessários mais painéis solares policristalinos para gerar a mesma quantidade de energia elétrica produzida por painéis monocristalinos. Assim, o preço do painel solar pode variar de acordo com a forma de manipulação do silício.
No entanto, isso não significa que o painel solar policristalino é de qualidade inferior. Tudo depende da demanda energética, quantidade de espaço disponível, preferência de cor e poder econômico do cliente.
Vantagens e desvantagens do uso de energia solar
O uso do sistema de energia fotovoltaica resulta em diversas vantagens para o consumidor e o meio ambiente. Os benefícios da energia solar para o consumidor envolvem a valorização do imóvel, independência energética, retorno do investimento e baixo custo de manutenção da usina solar. Nessa perspectiva, destacam-se também as vantagens para o meio ambiente devido ao fato de sua fonte ser renovável, inesgotável e limpa.
Por outro lado, a energia solar possui um alto custo de implantação e baixa eficiência (de 10% a 25%). Da mesma forma, é importante ressaltar os impactos ambientais causados pelos resíduos de silício e sua mineração. Bem como a destinação final de painéis usados, que não possuem uma reciclagem de painel solar acessível.
Apesar do alto custo de instalação, empresas de energia solar são as mais promissoras para o futuro e as que recebem mais investimentos. Este tipo de energia é um dos mais fáceis de ser implantado em estabelecimentos que querem reduzir suas emissões de CO2.
O Sol pode ser considerado uma fonte de energia limpa?
O Sol, estrela central do Sistema Solar, pode ser considerado uma fonte de energia limpa. Afinal, seu uso não libera resíduos prejudiciais ao meio ambiente diretamente, apesar de gerar resíduos das placas fotovoltaicas. Mas, então, a energia solar é renovável ou não renovável? Ela é considerada uma energia renovável, pois a fonte dos painéis da usina fotovoltaica, ou solar, não esgota.
O que diz a legislação?
A lei 14300/22 de energia solar foi feita para regular a geração de energia solar no Brasil. Ela instituiu, também, o Marco Legal para a mini e microgeração dessa energia. Estabelece diretrizes para instalação, taxação, potência máxima e geração de energia compartilhada para energia solar residencial, usina solar e fazenda de energia solar.
A legislação determina que a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) é responsável por oferecer um formulário-padrão para solicitação de mini e microgeração distribuída e todas as informações necessárias para a elaboração do projeto solar ao consumidor.
Sancionado em 2022, o Marco Legal da Micro e Minigeração de Energia passou a taxar os créditos de energia. Antes não eram taxados, para cobrir despesas da distribuidora com infraestrutura e investimentos. Além disso, essa lei criou o Programa de Energia Renovável Social (PERS). O objetivo é criar um financiamento de energia solar e de outras fontes renováveis para consumidores de baixa renda.
Para potência máxima, foi estabelecido um limite de até 3 MW para fontes não despacháveis (em que a energia não pode ser armazenada). E até 5 MW para fontes despacháveis (em que a energia pode ser acionada a qualquer momento, por ser armazenada).
