Antes de responder a esta pergunta, iremos decorrer neste artigo sobre alguns conceitos fundamentais relacionados a produção de energia elétrica, tendo uma visão clara de qual é a nossa situação atual no que diz respeito a essa capacidade de geração, além de alguns fatores que demandam a busca por maneiras mais eficientes nessa conversão.

Até a pouco tempo atrás as fontes de energia classificadas como não renováveis eram os principais meios utilizados na "geração" da energia elétrica, citando como exemplo as usinas termelétricas que representam a maior "fatia do bolo" até mesmo nos dias atuais.

As usinas termelétricas usam o calor advindo da queima de combustíveis fósseis, como o carvão, petróleo, gás natural, ou até mesmo, apesar de menos comum, da queima de outras fontes renováveis (ex: biomassa) para gerar calor, que em seguida aciona as turbinas dos geradores, convertendo desta forma a energia mecânica em elétrica. Este conceito de geração se difere das usinas heliotérmicas, onde a turbina do gerador é acionada pelo calor causado no aquecimento das águas através dos raios solares, ressaltando que este modelo já é classificado como uma forma de energia renovável.

Um dos grandes problemas com os combustíveis fósseis esta relacionado a sua escassez, sendo este um elemento natural finito e que pode levar milhares de anos para a sua formação. Este é o motivo da busca por opções mais eficientes e que não agridam o ambiente, e é justamente deste conceito que surgem as soluções envolvendo os combustíveis renováveis.

Dentre os problemas advindos da queima desses combustíveis fósseis, podemos citar como exemplo a poluição atmosférica e a contribuição para o efeito estufa, sem contar com a escassez na disponibilidade até que esses recursos estejam disponíveis para uso, contribuindo desta forma para a previsão da falta de energia já no próximo ano se a nossa dependencia a esses insumos forem mantidos na escala atual.

É notável que o uso desses combustíveis apresentam impactos que são fácilmente percebidos a nível mundial, como o aumento da temperatura média global nos últimos 12 meses, sendo esta a mais alta já registrada na história, além da previsão desse aumento se manter caso o cenário atual da produção energética permanecer utilizando-se desses combustíveis.

Aliado a esses problemas, não se pode esquecer do aumento da demanda por energia, principalmente por novos atores que a algumas décadas atrás nem se quer existiam.
A fim de ilustrar tal afirmativa podemos citar alguns exemplos

• O projeto da qual derivou o ChatGPT, lançado em 2020, consumiu 1,3 TW/h, ou seja, mais do que 120 casas consumiram dentro do período de 1 ano.
• A IA do Google (Germini), lançada em 2022, consumiu 15% da energia total já consumida pela companhia em 1 ano
• Estima-se que até 2030 os data centers sejam responsáveis por 4% da demanda de energia a nível global, podendo este cenário ser ainda mais pessimista devido ao avanço da IA.

Através da imagem abaixo é possível analisar de forma clara a fonte material que da origem a cada uma dessas formas de energia.

Para se ter uma visão geral de qual é a atual situação em relação a dependencia para cada uma dessas fontes de energia, abaixo é possível fazer essa comparação a nível global e também a nível local, quando comparado ao panorama aqui do Brasil (ano de 2023).

Fonte: Electricity Mix - Our World in Data

Observa-se que no Brasil a maior fonte de produção de energia é proveniente das usinas hidrelétricas, classificadas como renovável, porém em contra partida a nível mundial o maior consumo tem origem do carvão mineral, ou seja, um cenário que se mantido pode sim causar a falta de energia em alguns dos locais que já são atendidos por alguma concessionária de energia.

Diante deste cenário surge então alternativas de energia renováveis que estão disponíveis não somente para as concessionárias, mais também para os consumidores finais.

Abaixo será exemplificado em mais detalhes cada uma dessas soluções

Energia solar

A energia solar é uma das energias renováveis com grande aderência comercial, tanto pelo seu custo de implantação quanto pela disponibilidade de produtos e mão de obra qualificada no mercado.

É possível encontrar soluções de energia solar tanto para aplicações que demandam uma alta capacidade de consumo de energia quanto para consumidores finais com consumo mais baixo, como por exemplo as residências no geral.

Existem alguns modelos de classificação para as soluções envolvendo a energia solar, cada qual com a sua particularidade e foco de aplicação, conforme detalharemos a seguir.

Sistema on-grid

O sistema on-grid é uma das opções dentro da solução de energia solar que contribui para reduzir os gastos com a energia elétrica da concessionária, ou em algumas situações podendo manter 100% da demanda de consumo elétrico do local em questão.

Dentre as suas características podemos destacar as seguintes

• São ligados na rede da concessionária de energia
• Na ausência da energia da concessionaria todo o sistema será interrompido
• Não utiliza-se de baterias para armazenar a energia
• A energia da concessionária complementa a energia solar quando esta não da conta de alimentar todo o sistema
• Quando a produção solar é maior do que o consumo o excedente é enviado para a rede pública (bonificação em forma de crédito)

A imagem abaixo ilustra de forma simples o funcionamento de um sistema on-grid

Fonte: Conheça o Sistema - InstalCamp Energia Solar (instalcampsolar.com.br)

Sistema off-grid

Diferente do sitema on-grid, esta modalidade funciona de forma totalmente independente da rede da concessíonária de energia, sendo uma opção para locais que não são atendidos por nenhuma distribuidora.

Apesar de fornecer nativamente apenas uma tensão de corrente contínua, seja ela de 12 VDC, 24 VDC, 48 VDC, ou qualquer outra, é possível adicionar ao sistema um inversor de tensão para possibilitar desta forma atender aos disponítivos que trabalham em tensão de corrente alternada, como por exemplo 110 VAC ou 220 VAC.

As principais características deste sistema podem ser sintetizadas da seguinte forma

• Esse sistema é totalmente isolado da rede da concessionária de energia
• Utiliza-se de um banco de baterias para armazenar a energia proveniente dos painéis solares
• Os painéis solares alimentam além da bateria também os equipamentos que estão ligados a esse sistema
• Em momentos de baixa ou total ausência da irradiação solar, a bateria será a responsável por alimentar os equipamentos
• Apesar desse sistema não depender da energia da concessionária, o seu uso não é economicamente viável para locais que já são atendidos por alguma empresa distribuidora de energia

A fim de ilustrar o seu funcionamento, logo abaixo é disposto uma imagem de referência

Fonte: Funcionamento do Sistema Off Grid "Energia Solar Fotovoltaica" (linkedin.com)

Sistema híbrido

Esse sistema de energia solar foi desenvolvido visando obter o melhor dos dois mundos, ou seja, tanto do modelo on-grid quanto do off-grid.

Podemos definir o sistema híbrido da seguinte forma

• É uma combinação dos modos on-grid e off-grid, ou seja, além de ser ligado na rede da concessionária também possui um banco de baterias para manter o sistema funcionando
• O banco de baterias é alimentado tanto pelos painéis quanto pela rede da concessionária
• Os equipamentos ligados na saída desse sistema são alimentados tanto pela rede da concessionária quanto pelos painéis solares
• Na ausência da energia da rede, os módulos fotovoltaicos e também o banco de baterias são os responsáveis por manter o sistema funcionando
• Por motivo de regulamentação a energia armazenada na bateria não pode ser enviada para a concessionária, porém isso já é possível para o excesso gerado no painel

Ilustração de funcionamento

Fonte: Unitron - Conheça os benefícios da energia solar para o seu empreendimento.

Alguns inversores híbridos possuem funcionalidades adicionais, como por exemplo a possibilidade da ligação em paralelo, oferecendo como benefício a ampliação de potência para atender a projetos futuros. Existem modelos que suportam até 6 ou mais conexões em paralelo.

Outra funcionalidade interessante que também está disponível em alguns modelos é a disponibilidade da entrada para gerador, que é utilizado tanto para alimentar a saída de equipamentos quanto para carregar o banco de baterias.

O recurso "Grid Zero", oferecido por alguns modelos, evita que o excesso de energia gerado pelos painéis voltem para a rede da concessionária, ou seja, dedicando o seu uso apenas para a carga consumidora (saída de equipamentos) e o banco de baterias.

No grid zero um sensor de corrente é instalado na conexão do sistema fotovoltaico com a estrutura da concessionária. Se o mesmo identificar alguma energia voltando para a rede, a potência do inversor é reduzida para distribuir essa energia apenas localmente.

Alguns modelos de inversores híbridos possuem também o recurso de consumo inteligente, da qual oferece ao operador a possibilidade de configurar o horário em que a energia da concessionária será utilizada, útil para sistemas onde a tarifa é cobrada por faixa horária.

Como exemplo, citamos abaixo um padrão de cobrança de acordo com a demanda de consumo

Horário de ponta: das 17:30 às 20:29
Este é o horário de maior demanda, onde o valor cobrado pelo consumo de energia da concessionária é maior

Horário intermediário: das 16h30 às 17:29:59 / 20:30 às 21:29:59
Apesar deste horário também ter uma boa demanda pelo consumo de energia a cobrança será menor, pois não atinge a faixa de consumo do horário de ponta

Horário fora de ponta: das 21:30 às 16:29:59
Por fim esta é a faixa de horário de menor demanda, consecutivamente o horário de menor custo de consumo

Fonte dos horários: Composição Tarifária - Distribuidora São Paulo - Neoenergia - Neoenergia

Diante deste cenário é possível configurar um sistema híbrido, que ofereça suporte a esta funcionalidade, para usar a energia da rede da concessionária apenas no período fora de ponta.

Existem locais onde é possível contratar um plano em que o consumo fica limitado a um valor definido em contrato, ou seja, caso o consumidor ultrapassar o valor contratado havera a cobrança de um custo adicional referênte ao excesso de energia utilizado. Diante dessa possibilidade alguns sistemas possibilitam que o banco de baterias seja utilizado para complementar a energia da rede elétrica, de forma a limitar o consumo da distribidora e assim manter a demanda sempre dentro do máximo contratado, mesmo em momentos com maior exigência por energia.

Para deixar as aplicações envolvendo paineis solares ainda mais didática, considere o exemplo abaixo

O consumo de um painel solar de 9.000 BTU, ligado 8h por dia, durante um mês, pode equivaler a 50% do consumo de uma residência. (fonte: Light).

Utilizando um painel de 560 Wp, como uma dimensão de 227x113x3 cm e pesando 29 kg, conseguiríamos manter esse mesmo ar-condicionado ligado por 3h38m todos os dias. Isto equivale a uma economia de aproximadamente R$ 46, fora os tributos

Observação

O valor exato depende do grupo de consumo da qual o cliente se encontra, da opção tarifária escolhida, além dos tributos, podendo variar de local para local e de conssessionária para conssessionária .

Maiores informações tarifárias para a cidade de Limeira e região, praticada pela empresa Neoenergia, pode ser consutada utilizando-se dos links abaixo

Composição Tarifária - Distribuidora São Paulo - Neoenergia - Neoenergia

02.NEOENERGIA ELEKTRO_TARIFAS DE ENERGIA ELÉTRICA_23 AGOSTO_2022_REH Nº 3100 - Nv Logo.xlsx

Energia eólica

Outra fonte de energia renovavél utilizada em grande escala tanto para aplicações de maior consumo quanto para resisdências é a energia eólica, que refere-se a uma forma de energia que tem como fonte a força do vento.

O processo de transformação da energia do vento em energia elétrica é realizada através de um rotor e de um gerador.

A energia eólica veio para complementar o sistema solar, sendo que em 2022 ela foi responsável por contribuir com 6% na produção de energia a nível global, contra 3,4% da energia solar.

No contexto da utilização para fins residências, existe um equipamento chamado turbina eólica, que destaca-se pela sua dimensão reduzida, baixa necessidade de manutenção, além da facilidade de instalação. Existem alguns modelos de turbina eólica que possibilitam inclusive aproveitar o vento independente da sua direção e velocidade, trazendo desta forma um maior aproveitamento nesse processo de conversão de energia.

Abaixo é exibido um modelo de turbina eólica.

Fonte: Notícias e informações sobre Energia Eólica 2024 (portal-energia.com)

Aqui na Power Network trabalhamos com algumas soluções para o modelo de energia solar off-grid, citando como exemplo os controladores de carga, as baterias, além dos inversores.

Se você estiver pensando em montar um sistema para reduzir os seus gastos com a conta de energia elétrica, não hesite em nos consultar, com certeza teremos algum equipamento e/ou sugestões para transformar a sua ideia em realidade.