Arquitetura orientada com uso de tecnologias fotovoltaicas

A tendência de adotar a tecnologia fotovoltaica integrada a edificações vem crescendo mundialmente e no Brasil isso agora começa a chamar a atenção. Os avanços tecnológicos aumentaram significativamente a eficiência de conversão energética, otimizaram os equipamentos e tornaram a estética dos módulos cada vez mais atraente para que estas placas que já estão disponíveis, em áreas variando entre 1,6 e 3,1 m2, possam ser usadas como elementos da edificação.

O melhor momento para pensar na integração fotovoltaica em uma edificação é durante a fase de concepção do projeto arquitetônico. Neste momento, o projetista terá maior liberdade de explorar as possibilidades da tecnologia visando equilibrar a qualidade estética e um bom desempenho energético no seu projeto. Para isso, é fundamental que os projetistas se familiarizem com a tecnologia e conheçam os impactos de suas decisões.

Tecnologias FV mais adequadas para a arquitetura 

Existem diversas tecnologias fotovoltaicas e pode-se dizer que todas elas são adequadas à integração em meio urbano. No entanto, dependendo da forma de aplicação desejada, umas podem oferecer mais vantagens do que outras.

Um exemplo clássico são os módulos semitransparentes de silício monocristalino, que existem em um mercado customizado desde os anos 1990. Estes módulos deixam a luz passar entre suas células, tornando-os muito atraentes para a integração em coberturas de estacionamento, pergolados, brises e claraboias.

Outro exemplo são os módulos de silício multicristalino que possuem uma película colorida em sua face mais externa (Figura 1). Esta película imprime cores ou até mesmo imagens aos módulos, ideais para composições em fachadas.

Isso não significa dizer que os módulos convencionais, mais amplamente utilizados, não possam valorizar uma integração arquitetônica. Por terem um preço mais competitivo e maior facilidade de compra, acabam sendo a opção da maioria dos clientes. Estes módulos são mais indicados para instalações em coberturas, sejam elas planas, inclinadas ou até curvas.

Ao escolher uma tecnologia, o projetista precisa ter em mente o local que irá instalar os módulos, qual a área ele terá disponível, quais as condições do entorno e qual a visibilidade que o sistema terá. Diante destas respostas, ele poderá tomar a sua decisão.

O Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica/UFSC tem desenvolvido projetos fotovoltaicos integrados a edificações desde 1997 quando instalou um sistema de 2 kWp como brise em um edifício da Universidade Federal de Santa Catarina. Este foi o primeiro sistema fotovoltaico integrado a uma edificação no Brasil, que continua operando ininterruptamente e que neste ano irá completar 24 anos.

De lá para cá, muitos outros projetos foram desenvolvidos. Pode-se destacar o projeto MegaWatt Solar da Eletrosul (Figuras 2) que distribuiu 1 MWp na cobertura do edifício sede e em coberturas para os estacionamentos adjacentes, o Mineirão Solar (Figura 3), que fez parte do Projeto Estádios Solares, O Centro de Cultura e Eventos da UFSC  e o próprio Laboratório Fotovoltaica UFSC, que integra sistemas fotovoltaicos em suas coberturas planas e curvas, cobertura do estacionamento, estação de recarga do ônibus elétrico e que está agora em expansão para integrar uma cobertura em que os próprios módulos fotovoltaicos serão as telhas do prédio (Figuras 4).

Os resultados são projetos que privilegiaram a estética arquitetônica e otimizaram a configuração elétrica dos módulos e inversores. Dessa forma, não comprometeram a geração energética dos sistemas fotovoltaicos e tornaram-se exemplos a serem seguidos.

Desafios e oportunidades 

Os desafios mais comuns para alavancar a integração de módulos fotovoltaicos como elementos construtivos pensados juntamente com a concepção do projeto arquitetônico são: receio do que não se domina, receio de utilizar a tecnologia de forma incorreta, receio de comprometer a estética arquitetônica; receio do sombreamento do entorno; e receio do alto investimento inicial.

Ao mesmo tempo que tais temores são compreensíveis, muitos são facilmente derrubados, sendo substituídos por oportunidades.

A tecnologia fotovoltaica já está madura o suficiente no Brasil e sua eficácia já foi comprovada. Existem muitas formas de se atualizar e se adequar a este novo mercado, seja fazendo cursos, seja contratando uma consultoria especializada. Dessa forma, tem-se a segurança de usar a tecnologia de forma correta.

Em relação ao receio de comprometer a estética, é importante destacar que não existe apenas um modo de usar os módulos fotovoltaicos. Pelo contrário, há muita liberdade de posicionamento em que os módulos apresentam um alto desempenho energético. Existem soluções incríveis para fachadas, pergolados, brises, sheds, coberturas planas ou até curvas. Em relação ao sombreamento do entorno, há muito avanço tecnológico nesta área e os sistemas podem ser otimizados mesmo sob sombreamentos parciais.

E, por fim, tem-se o receio do investimento inicial. No entanto, é importante destacar que ele é praticamente o único investimento em um sistema, visto que não há necessidade de manutenção, em muitos casos a chuva é suficiente para garantir a limpeza. Além disso, a troca de equipamentos será apenas ao fim de sua vida útil (10 anos para os inversores e 25 a 30 anos para os módulos) e os custos vêm caindo ano após ano, ao passo que o custo da energia convencional aumenta, ano após ano.

Relação de custo-benefício 

O custo-benefício de um sistema fotovoltaico instalado em solo é medido pelo seu payback. Segundo relatórios recentes de consultorias especializadas neste tipo de levantamento, o payback  médio de um sistema está em torno de 5 anos, o que significa gerar lucro por, pelo menos, 20 anos.

No entanto, nas condições em que os módulos fotovoltaicos forem utilizados como um material de revestimento substituindo algum outro elemento passivo que seria utilizado para este fim, há de se somar ao cálculo os custos evitados com o material que deixou de ser necessário. Vale destacar que com a acentuada redução de preços, 10 vezes nos últimos 10 anos, os módulos fotovoltaicos já custam menos por m² do que muitos materiais de revestimento.

Veja sobre: Material do painel solar

Em recente artigo publicado pelo Laboratório de Energia Solar Fotovoltaica da UFSC, esta comparação foi feita para prédios de escritórios, mostrando que dependendo do tipo de material de revestimento de fachada escolhido, as placas fotovoltaicas podem ser consideradas como geradores gratuitos.

A orientação solar dos edifícios

A posição ideal é obtida quando os módulos estão orientados ao norte (para cidades do Hemisfério Sul) e com inclinação igual à latitude local. No entanto, uma grande vantagem da tecnologia fotovoltaica é a sua grande capacidade de aproveitamento da irradiação solar, mesmo quando os módulos não estão idealmente posicionados. Isso significa que desvios em relação ao norte e inclinações diferentes da latitude devem ser avaliadas e as perdas decorrentes de tais alterações, quantificadas. Muitas vezes, as diferenças incorrem em perdas menores que 5% ao ano.

Portanto, não existe apenas uma orientação ideal, mas de modo geral, quanto mais orientado ao norte, melhor. As ferramentas computacionais necessárias para a realização destes estudos são diversas e os profissionais que desenvolvem projetos de arquitetura solar devem ter o conhecimento necessário para simular e calcular até onde se pode ir entre o compromisso estético e o compromisso de desempenho energético anual.

*Professor Titular da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), doutorado em Electrical and Electronic Engineering - The University of Western Australia (UWA-1995) e pós-doutorado em Sistemas Solares Fotovoltaicos realizado no Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems na Alemanha (Fraunhofer ISE-1996) e na The University of Western Australia (UWA-2011). Atualmente é coordenador do Laboratório FOTOVOLTAICA/UFSC (Grupo de Pesquisa Estratégica em Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina, cadastrado no Diretório de Grupos de Pesquisa do CNPq).

** Texto escrito em parceria com a fundadora da Arquitetando Energia Solar, Clarissa Debiazi Zomer, doutora em Engenharia Civil em energia solar fotovoltaica integrada à arquitetura.