A crise energética no Brasil sinaliza a necessidade urgente de novas soluções para geração de energia. De acordo com o Sistema de Informações de Geração (SIGA) da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), a capacidade de geração elétrica no Brasil é hoje composta majoritariamente por fontes renováveis (82,69%), sendo apenas 2,14% originária de energia solar. Em um cenário com espaço para novas tecnologias, os pesquisadores do Instituto de Física “Gleb Wataghin” (IFGW) da Unicamp desenvolveram um sistema híbrido que responde a essa demanda por alternativas mais sustentáveis.

Atuando no campo da Fotônica, o professor Newton Frateschi (foto) e o pesquisador Arthur Vieira de Oliveira sugerem o melhor aproveitamento da energia fotovoltaica por meio de um dispositivo integrado, com especial aplicação em indústrias. Ele possibilita o aquecimento de fluido e a geração fotovoltaica com aumento de eficiência de cada elemento do sistema, de forma complementar e inovadora.

“O principal ponto de partida para essa patente é o gasto excessivo de eletricidade que se emprega no Brasil para aquecimento de água”, avalia o professor. “Da forma como ocorre hoje, utiliza-se a mesma fonte de energia capaz de sustentar a atividade de um computador, ou de processos complexos e sofisticados, para a tarefa mais trivial possível do uso de eletricidade que é o aquecimento de água. A ideia é ter um sistema que gere eletricidade por conversão fotovoltaica acoplada a um sistema de aquecimento direto de água”, descreve.

Boa parte da energia solar que incide nas células fotovoltaicas não é aproveitada nessa conversão, sendo refletida e desperdiçada. Na proposta, o arranjo de placas fotovoltaicas é tal que essa energia refletida é levada a incidir diretamente sobre sistemas de aquecimento de água, promovendo, simultaneamente, geração de energia elétrica e aquecimento. Mais ainda, como antes do aquecimento a água passa sob as células fotovoltaicas, essas se tornam mais eficientes por serem resfriadas, particularmente quando o fluxo de água necessário é alto, tal como ocorre em vários setores da indústria e mesmo em hotéis e outras grandes instalações. 

Complemento na geração de energia

“Enquanto na Europa e nos Estados Unidos o uso da energia fotovoltaica já está bem mais estruturado e sistemas elétricos de aquecimento de água são menos utilizados, no Brasil ainda encontramos muitos sistemas elétricos para aquecimento de água, apesar de já se observar muitos lugares contando com sistemas de aquecimento solar direto de água. Mas ainda é baixa a presença de painéis fotovoltaicos”, compara o professor Frateschi.

Uma vez que os sistemas de aquecimento direto solar de água e os sistemas fotovoltaicos disputam os mesmos espaços para a exposição ao sol, é importante ter uma solução que não privilegie a geração fotovoltaica para que essa seja depois perdida para o aquecimento de água. O sistema híbrido provê uma solução combinando os dois sistemas de forma eficiente e sustentável de geração de energia elétrica e, de modo complementar, aquecimento de água.

A tecnologia inova ao desenvolver um sistema que acopla, de forma simultânea, os aquecedores de água e as células fotovoltaicas dentro de uma mesma estrutura. Essa estrutura pode, então, ser instalada tal como já se realiza com conversores fotovoltaicos ou aquecedores de água, com a vantagem de oferecer, complementarmente, o aquecimento de água.

Mais ainda, nos casos de uso industrial, hotéis ou grandes instalações, onde a demanda de água aquecida é maior, o sistema se mostra mais eficiente graças ao fluxo de entrada de água que resfria a parte fotovoltaica do sistema, aumentando sua eficiência.

“Nessa patente, é possível combinar os componentes de maneira direta, de forma que a energia elétrica utilizada no conversor fotovoltaico não seja gasta em seguida para geração de calor. Tudo se produz e se aproveita dentro de um mesmo sistema híbrido”, explica o professor.

Segundo Frateschi, a tecnologia pode ser utilizada em aplicações domésticas, mas apresenta mais vantagens em grandes instalações, com elevada demanda de água quente, como fábricas e hotéis. “Quanto mais água fresca entra no sistema, maior a eficiência das células fotovoltaicas. Com um só sistema é possível aquecer água e gerar eletricidade ao mesmo tempo”, pontua.

A inovação é especialmente vantajosa porque, além de gerar energia elétrica a partir da luz do sol de modo mais eficiente, ela pode, ao mesmo tempo, aquecer grandes volumes de água. A energia solar se torna mais bem aproveitada. “Assim conseguimos reservar a eletricidade para atividades mais nobres e ainda obter água quente, sem necessidade de energia elétrica para aquecimento”, descreve Frateschi.

Energia solar e crise energética

O pesquisador considera a eletricidade como uma joia que acaba sendo desperdiçada em processos para os quais já existem soluções mais simples. “Esta patente propõe um sistema completamente sustentável, do ponto de vista ambiental e também comercial e econômico”. Em relação à placa solar, que é construída em separado do sistema de aquecimento de água, a estrutura acoplada apresenta um percentual de eficiência de 15 a 20% maior.

A Agência Inova da Unicamp entrou com pedido da patente em 2010, que já foi concedida pelo Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) e está apta a ser licenciada por empresas que desejem seu desenvolvimento e exploração comercial.

A crise energética é um problema global, sobretudo no Brasil. A atual é considerada a pior em 90 anos. A falta de chuvas, as mudanças climáticas e o alto consumo levaram os reservatórios das usinas a níveis muito baixos. “Utilizar energia renovável é fundamental. Não existe forma de gerar energia elétrica sem causar problemas, sobretudo no atual panorama de consumo. Mesmo as hidrelétricas causam distúrbios severos ao meio ambiente”, justifica o professor.

“Existem alternativas, e dentre elas, a energia fotovoltaica é a mais aplicável. Não faz sentido transformar energia elétrica em calor quando esse pode ser obtido da energia solar. Isso é um desperdício tremendo”. Do ponto de vista da sustentabilidade, os investimentos na fonte solar podem exercer impacto para o futuro ambiental do planeta.

Matéria original publicada no site da Agência de Inovação Inova Unicamp.