Quando se trata de energia solar para ar-condicionado, uma dúvida muito comum é sobre o preço e a quantidade de placas solares necessárias para o dimensionamento do sistema fotovoltaico.
Nesse artigo você vai conferir, através de duas simulações, qual seria o preço para dimensionar um sistema de energia solar para ar-condicionado utilizando sistemas fotovoltaicos conectados à rede e autônomos (com baterias), bem como a quantidade de módulos fotovoltaicos necessários.
Energia Solar para Ar-Condicionado e as Altas temperaturas
Em épocas de altas temperaturas, como as que estamos vivendo ultimamente, fica claro que as preocupações com o conforto e a qualidade de vida perante o calor intenso são cada vez mais recorrentes.
Além de tomar água com maior frequência para nos hidratar e evitar longos períodos de exposição solar, estamos cada vez mais adquirindo um novo hábito: fazer o uso de ar-condicionado.
Para usufruir desse refrescante equipamento, quem instala um condicionador de ar também deve ter em mente o significante aumento na conta de luz.
Com a entrada e disseminação da energia solar fotovoltaica no mercado brasileiro, juntamente com a crescente demanda por energia elétrica, a primeira pergunta que muitos fazem quando o assunto é eficiência térmica é:
É possível estabelecer um sistema de Energia Solar para ar-condicionado? Qual o tamanho do sistema fotovoltaico?
Como funciona um ar-condicionado e por que consome tanta energia?
Para entendermos melhor toda essa questão, irei explicar de maneira sucinta o funcionamento de um aparelho de ar-condicionado do tipo split.
A unidade condensadora, ou unidade externa, é a responsável por capturar a massa de ar do ambiente externo e introduzi-la ao processo de resfriamento térmico.
Todo esse processo acontece pela intervenção de um compressor, gás refrigerante e dutos de cobre, que levam a massa de ar resfriada para a unidade interna.
A unidade evaporadora, ou unidade interna, é a responsável pelo fluxo do ar refrigerado dentro do ambiente interno. É ela que faz, também, o controle da temperatura interna desejada, velocidade de entrega e filtragem do ar.
Ao final, por consequência desse resfriamento, gotas de água são eliminadas através de uma mangueira de respiro.
Por que é importante conhecer o funcionamento de um ar-condicionado?
Porque esse processo nada mais é que a conversão real da energia elétrica em energia térmica e, por conta disso, possui perdas de eficiência que devem ser consideradas quando analisamos o consumo elétrico de um desses aparelhos, para o correto dimensionamento do sistema de energia solar para ar-condicionado.
Então, para estimarmos qual a capacidade necessária de um sistema fotovoltaico para alimentar um aparelho de ar-condicionado, vamos utilizar como exemplo um aparelho semelhante ao já estudado no artigo em que falei um pouco mais sobre as principais diferenças entre kW (Quilowatt) e kWh (Quilowatt Hora).
Energia Solar para Ar-Condicionado: Calculando o Consumo para o Dimensionamento do Sistema Fotovoltaico
Potência térmica: 9.000 BTU (British Thermal Unit “unidade térmica britânica”)
Função: Quente/Frio
Tensão nominal: 220 V (Volts)
Corrente nominal: 4,63 A (Ampères)
Potência de refrigeração: 815 W (Watts)
Tomando como base a equação para cálculo da potência elétrica, podemos saber qual a demanda energética desse equipamento:
Potência elétrica = Tensão nominal * Corrente nominal
Potência elétrica = 220 * 4,63
Potência elétrica = 1.018,60 W ou 1,02 kW (quilowatt)
Desses 1.018,60 W de potência, o ar-condicionado é capaz de converter 815 W em potência de refrigeração. Ou seja, temos cerca de 80% de eficiência.
Para um aparelho que permanece ligado, em uso, cerca de 8 horas por dia, durante 20 dias de um mês, temos o seguinte cálculo para o consumo de energia elétrica:
8 horas por dia * 20 dias = 160 horas de consumo
Energia elétrica = Potência elétrica * tempo
Energia elétrica = 1.018,60 * 160 = 162,97 kWh/mês
Para termos ideia de quão grande é o consumo de um aparelho de ar-condicionado, segundo dados da ‘Resenha Mensal do Mercado de Energia Elétrica’, disponibilizado em janeiro de 2016 pela EPE (Empresa de Pesquisa Energética), o consumo médio mensal de uma residência em 2015 no Brasil foi de 161,80 kWh/mês.
Ou seja, muito próximo ao consumo de energia elétrica do ar-condicionado durante um mês, calculado no exemplo desse artigo.
Casa com 3 Aparelhos de Ar-Condicionado
Projetando essa situação para uma residência que possui três aparelhos de ar-condicionado, um em cada dormitório, o consumo de energia elétrica oriundo desses equipamentos, é ainda maior. Cerca de 488,91 kWh/mês.
Geração de Energia Solar para Ar-Condicionado através de um Sistema Fotovoltaico Autônomo (aquele que usa baterias)
Primeiramente utilizaremos o consumo elétrico de 488,91 kWh/mês de 3 aparelhos condicionadores de ar , instalados na cidade de Belo Horizonte/MG, que possui cerca de 4,35 horas diárias úteis de radiação solar para geração fotovoltaica, como exemplo.
O consumo elétrico diário desses aparelhos, para um mês de 30 dias é de:
Como Calcular o Tamanho do Sistema Fotovoltaico para Abastecer 3 Aparelhos de Ar-Condicionado?
A partir de agora, iniciamos o dimensionamento do sistema fotovoltaico autônomo, considerando que o consumo elétrico diário é a quantidade de energia elétrica que o sistema deverá fornecer diariamente e, além disso, adicionando a eficiência média de 89% relativa a esse tipo de sistema fotovoltaico, a energia real diária fornecida é de:
Os aparelhos de ar-condicionado necessitam de estabilidade no fornecimento de energia elétrica para que possam funcionar regularmente e ainda, por terem o perfil residencial, grande parte desse consumo elétrico é noturno, justamente quando não há geração fotovoltaica, como já visto no artigo sobre o funcionamento (ou não) da energia solar durante à noite.
Então, nesse exemplo, utilizaremos um banco de baterias, para suprir a demanda solicitada, através do seguinte armazenador:
Modelo: Bateria estacionária
Tensão Nominal: 12 V
Capacidade Útil: C20
Capacidade de Corrente: 220 Ah (Ampère-Hora)
Profundidade de descarga: 60%
O conjunto, controlador de carga (equipamento que distribui a energia para o banco de baterias) e inversor interativo (equipamento que converte a corrente contínua para corrente alternada), serão alimentados em 12 V, então a capacidade útil de fornecimento deverá ser:
Respeitando a profundidade de descarga da bateria, a capacidade real de banco será de:
Sabendo que a capacidade de corrente da bateria utilizada é de 220 Ah, podemos dividir o valor de capacidade real por 220, para então, encontrarmos a quantidade de baterias necessárias para suprir a alimentação dos três aparelhos de ar-condicionado:
Energia Solar para Ar-Condicionado: Quantas Placas Solares Preciso?
Atualmente, o valor médio do investimento para a aquisição de uma unidade de bateria estacionária semelhante à utilizada no exemplo é de R$ 1.289,00. Para um banco de 24 baterias, o valor será de aproximadamente R$ 30.936,00.
Partimos agora para o dimensionamento do painel solar fotovoltaico necessário. Como o sistema é autônomo e a tensão nominal de todo o conjunto de geração é em 12 V, o módulo fotovoltaico utilizado e considerado para o estudo será semelhante ao ilustrado abaixo:
Modelo: 36 células
Potência nominal: 135 W
Tensão nominal: 18 V
Corrente nominal: 7,71 A
A geração fotovoltaica sofre grande perda de eficiência por conta da alta temperatura ambiente. Para o nosso estudo, a perda média está estimada em 20%.
Então, levando-se em consideração a quantidade de energia real diária demandada pelas cargas, a quantidade de horas de radiação solar útil e a corrente nominal do módulo, o conjunto fotovoltaico será formado por:
Em uma busca rápida pela internet, é fácil estabelecer o preço médio praticado por um módulo de 135 W e 32 células, cerca de R$ 600,00. Para adquirir um painel com 683 módulos fotovoltaicos, temos em média, um valor de
R$ 409.800,00.
Preço da Energia Solar para Ar-Condicionado em um Sistema Fotovoltaico Autônomo (que utiliza baterias)
Colocando na ponta do lápis, o investimento em um sistema fotovoltaico autônomo para alimentar 3 aparelhos de ar-condicionado de 9.000 BTU, durante um mês, em uma residência, não sairá por menos de R$ 440.000,00, pois não foram somados a essa conta, os valores do controlador de carga e também do inversor autônomo CC/CA.
Geração de Energia Solar para Ar-Condicionado através de um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede Elétrica
O sistema fotovoltaico conectado à rede não é projetado especificamente para suprir o consumo elétrico de uma ou demais cargas, mas sim para abater o consumo energético da conta de luz no final do mês e, por fim, obter o desconto financeiro tão esperando.
Mesmo assim, se desejássemos calcular o tamanho de um sistema fotovoltaico conectado à rede exclusivamente para alimentar os 3 aparelhos de ar-condicionado do nosso exemplo, qual seria o tamanho de sistema? De quanta energia solar para ar-condicionado estamos falando exatamente?
Cálculo da Energia Solar para Ar-Condicionado utilizando um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
Considerando as mesmas informações utilizadas para o dimensionamento do sistema fotovoltaico autônomo, ou seja, irradiação de 4,35 horas diárias, eficiência média do módulo fotovoltaico em 80% e energia real diária igual a 16,297 kWh/dia, a potência do painel fotovoltaico deverá ser, de:
Utilizando do seguinte módulo fotovoltaico:
Modelo: 72 células
Potência nominal: 265 W
Tensão nominal: 37,7 V
Corrente nominal: 8,66 A
A quantidade de módulos fotovoltaicos necessária para o sistema, será de:
Preço da Energia Solar para Ar-Condicionado em um Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede
Atualmente, o investimento que se faz para adquirir um sistema fotovoltaico conectado à rede, de potência 5 kW, é próximo a R$ 30.000,00 já contando com todos os custos para a solicitação de acesso à rede da distribuidora de energia elétrica e instalação completa do sistema.
Conclusão
É muito fácil concluir, mesmo através de um dimensionamento fotovoltaico simples, que o sistema fotovoltaico autônomo não é a solução ideal para quem deseja obter um sistema fotovoltaico com o intuito de gerar energia solar para ar-condicionado.
Nesses exemplos, ainda, desconsideramos inúmeras variáveis que desabonam a geração elétrica e as particularidades de cada projeto como, por exemplo, adaptações elétricas e limitações físicas por conta da falta de espaço e mal posicionamento dos módulos fotovoltaicos.
Portanto, para quem está procurando economia na conta de luz sem comprometer o conforto, bem-estar e a qualidade de vida, a solução é uma só: sistema fotovoltaico conectado à rede.
Essa é, com certeza, a melhor forma de utilizar a energia solar para ar-condicionado.