Parece trivial: eu tenho uma via para iluminar com luminárias solar, economizar em infraestrutura, energia elétrica e promover sustentabilidade. Mas não é, a luminária solar é um sistema que une iluminação com um dos cálculos mais complexo e delicado em projetos de energia solar: sistemas autônomos com bateria.
Para um projeto de iluminação solar ter sucesso, devemos estruturar um processo de cálculo que se interliga e se realimenta a partir das premissas e ferramentas que temos. Este texto propõe uma apresentação breve da fundamentação destas bases.
- O Preparo Luminotécnico
Iluminação é o produto principal da nossa estrutura de projeto, precisamos garantir os níveis de iluminação adequados em conformidade com a principal norma de iluminação pública do Brasil, a NBR 5101:2024.
O sistema ser alimentado com energia solar não muda a classe de iluminação exigida pela via. Se o trecho pede classe M2, o projeto deve entregar M2, com os mesmos níveis de luminância e uniformidade que valeriam para um sistema convencional.
Por isso o ponto de partida de qualquer projeto solar continua sendo o cálculo luminotécnico normal: geometria da via, altura de poste, espaçamento, fator de manutenção. Só depois de fechar esse resultado, com malha de cálculo e conformidade validada, a gente sabe quanta energia este sistema irá demandar.
- O Balanço Energético
Precisamos garantir que o painel gere energia suficiente para suprir o consumo de energia da luminária todos os dias do ano, incluindo o período de menor irradiação e,ainda, sobrar carga suficiente para manter a autonomia da bateria em dias sem sol. Neste fundamento iremos entender porque o mesmo produto performa, energeticamente, diferente paracada região do país onde o produto for instalado. Aqui trabalhamos com o conceito de HSP, hora de sol pleno, que é a nossa referência de irradiação solar disponível na região do projeto.
Usando as séries de dados solarimétricos históricas do INPE e do LABREN, iremos notar que a disponibilidade energética solar na Bahia é superior a do Rio Grande do Sul, por exemplo. Logo, por consequência, luminárias instalados no Rio Grande do Sul deverão ter mais capacidade em relação a luminárias instaladas na Bahia.
O HSP, além de ser regional, é sazonal. Faz sentido, geralmente, temos os meses de mais irradiação no verão e os piores no inverno. E, a partir do HSP do mês crítico, calculamos quanto o painel irá gerar de energia por dia, comparamos com o consumo diário da luminária no perfil de operação definido, e chegamos ao balanço energético do sistema. Em resumo: no pior mês de irradiação do ano, meu painel solar irá suprir energia suficiente para energizar o meu sistema? A diferença positiva entre a geração e consumo é armazenada na bateria. Este saldo compõe a autonomia pré-definida.
Note, na imagem 3, que a curva de consumo mantém-se abaixo da curva de energia gerada. Ou seja, a luminária Schréder M-150W, configurada para uma potência de saída de 70W, em Salvador me entrega, no pior mês de irradiação do ano, um saldo positivo de 431Wh/dia, tornando o sistema saudável energéticamente.
É aqui também que entram os perfis de dimerização, que eu citei lá no início. Reduzir a potência da luminária em horários de menor fluxo de veículos não é só uma questão de eficiência, é uma ferramenta de dimensionamento. Cada perfil de dimerização muda o consumo diário da luminária, e isso muda direto a conta de autonomia.
Note, pela imagem 4, que ao redefinir a potência em uma janela de tempo, alteramos a energia total consumida pela luminária dentro de um período inteiro de funcionamento. Por exemplo: se minha luminária tem potência de 100W e opera por 6 horas, seu consumo de energia diário será de 600Wh. Mas, se a mesma luminária, operar por 100W em 3 horas e 50% durante as 3 horas seguintes, o consumo energético total desta vez será de 450Wh. Portanto, dimerizar a luminária em janelas de tempo definidas reduz o consumo de energia da luminária solar, melhorando sua autonomia e disponibilidade.
Porém, deve-se sempre seguir os padrões mínimos exigidos pela NBR 5101:2024 a depender do tráfego local e condições climáticas, uma vez que a norma não recomenda dimerização em caso de chuva.
- O Produto
Idealmente, a definição dos componentes para o nosso sistema solar, acontece após as definições luminotécnicas e energéticas. Porém, as empresas especializadas trabalham com catálogos de produtos pré-definidos, demandando uma retroalimentação no cálculo luminotécnico e fotovoltaico, a fim de atender o portfólio.
Porém, devemos estar atentos as especificações técnicas fornecidas pelos fabricantes para escolher o melhor produto.
Na luminária, o que faz diferença é a eficácia luminosa e a curva fotométrica. Uma luminária com eficácia alta entrega mais lúmen por watt, o que reduz o consumo diário e alivia toda a conta de autonomia que falamos lá atrás. E uma curva mais aberta permite maior espaçamento entre postes, o que em corredor longo significa menos pontos de luz no projeto inteiro e menos poste para instalar.
No painel, a discussão hoje passa pelas tecnologias mais recentes de célula, como o TOPCon, que entrega eficiência maior que as células convencionais na mesma área de painel. Entenda, o mercado de painel solar é altamente dinâmico, semestralmente alguma tecnologia nova que incrementa a eficiência é anunciada. Para o painel o principal ponto é a eficiência, um número que gira hoje em torno dos 23% para paineis de alta tecnologia, como os HJT. Paineis descritos apenas como “monocristalinos” possuem uma eficiência na casa dos 19%.
O controlador de carga também entra nessa escolha, e não é só um componente de proteção entre painel e bateria. Controladores MPPT com possibilidade de configurar perfil de dimerização são o que permite a gente programar aquela redução de potência em horário de menor fluxo que eu citei lá no início. Além de fazer o papel de protetor da bateria, não deixando com que ela descarregue além do permitido.
E na bateria, a discussão principal hoje é o LiFePO4, mas dentro disso a escolha certa olha pra densidade de carga, peso e principalmente o DoD, profundidade de descarga. Bateria mais leve facilita instalação e reduz carga no poste, densidade maior significa mais energia armazenada no mesmo volume físico, e o DoD é o item que mais pesa direto na conta de autonomia, porque é ele que define quanto da capacidade nominal da bateria a gente realmente pode usar sem degradar o componente antes da hora.
- O Resultado
No fim, dimensionar um projeto solar é resolver três contas ao mesmo tempo e fazer elas conversarem entre si, quanto de luz a via exige, quanta energia o local disponibiliza pra sustentar essa luz, e qual produto entrega isso com a melhor eficiência dentro das restrições físicas do projeto.
Como projetista, a principal ideia que deve-se ter em mente é a de que uma luminária solar autônoma é um item que não deve falhar. O custo da falha é maior que o custo do zelo técnico.
- Mesopia
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