Introdução
O modelo atual de instalação elétrica foi todo baseado no conceito de que a energia elétrica deveria ser transportada de uma fonte de geração normalmente muito longe do ponto de consumo, e por isso era muito importante escolher uma tecnologia que permitisse esse transporte de forma eficiente, com o mínimo de perdas possível. Foi então que se fez a escolha pela corrente alternada (AC), que melhor atendia esse requisito, diferentemente da corrente contínua (DC).
Sem dúvida é a melhor forma de fazer esse transporte, considerando o fato de que a eletricidade na forma alternada permite facilmente ter sua tensão elevada para minimizar as perdas ao atravessar grandes distâncias e depois convertê-la em baixa tensão, adequando-a ao seu uso.
Temos assistido nos últimos 30 anos uma busca cada vez maior por fontes de energia renováveis na geração de energia elétrica. Busca essa que se fez necessária para diminuir o efeito nocivo do aquecimento global devido a emissão de gases do efeito estufa quando se usa combustíveis fósseis nos geradores elétricos, muito comum ainda nos países mais desenvolvidos. Já no Brasil o uso de fontes renováveis para este fim felizmente é predominante, porém está muito baseado no potencial hidráulico de rios e lagos, que exigem grandes investimentos e causam grande impacto ambiental. E mais recentemente o eólico, apesar de menor impacto, ainda assim, como o hidráulico, está muito distante dos grandes centros consumidores, exigindo ainda a construção de longas linhas de transmissão.
Já a energia solar, neste aspecto é diferente, pois não é concentrada como a hidráulica ou a eólica, é até mesmo muito dispersa, e neste sentido então ela parece ser a fonte de energia distribuída por excelência, visto ser a mais distribuída possível. Essa energia então é convenientemente convertida em eletricidade, pronta para seu uso no local. E o que podemos esperar agora? A energia solar já estará consolidada como fonte para quase toda a energia elétrica que precisaremos. Neste momento vamos começar a repensar o formato dessa energia, a forma como até hoje ninguém nunca questionou, é algo tão enraizado no conceito da instalação elétrica que nunca pensamos em fazer diferente.
Olhando a figura abaixo vemos que a energia elétrica é gerada no formato de corrente contínua (DC) nos painéis FV e depois convertida em corrente alternada (AC) na tensão de rede: 220V, 380V, etc, para que possa ser consumida pela carga local (eletrodomésticos, máquinas, iluminação, eletrônicos, aquecedores, etc.) ou exportada para a rede de AC local, no regime de compensação vigente, para uso posterior. É o sistema fotovoltaico operando no regime conectado à rede de distribuição, também conhecido como “on-grid” ou “grid-tied”. Mas perceba que são equipamentos projetados para serem alimentados pela energia elétrica em AC, porque essa energia nasce em AC nas usinas geradoras pela óbvia e inquestionável vantagem que esta propicia na transmissão em longas distâncias e distribuição local.
Então todos os equipamentos elétricos que usamos de uma maneira geral são alimentados por AC não porque eles precisam da eletricidade neste formato (AC), mas devido a sua disponibilidade no local. A maioria desses equipamentos na verdade precisa da eletricidade no formato de DC, e são obrigados internamente a fazer a conversão de AC para DC.
Se pudéssemos agora disponibilizar a eletricidade em formato de DC no local de consumo eliminaríamos do processo de geração local a necessidade de conversão de DC para AC e depois para DC novamente. Não haveria mais a necessidade do inversor nos geradores fotovoltaico e dos retificadores nos equipamentos que compõem parte da carga elétrica, o que diminuiria consideravelmente os custos e as perdas inerentes, estimadas em +/- 20%.
O que é a JPA DC Systems
A JPA DC systems é um braço da JPA Smart Energy com o objetivo de promover e fomentar o uso da energia elétrica na forma de corrente contínua (DC) alinhado com o cenário vislumbrado na introdução acima. O primeiro passo e o mais desafiador será incentivar os fabricantes de dispositivos e equipamentos elétricos a criar uma linha alternativa voltada para essa nova tecnologia, ou seja, produtos que trabalham com corrente contínua ao invés da atual e velha conhecida, corrente alternada. À primeira vista pode parecer que haveria muitas dificuldades e até mesmo alguma barreira tecnológica, mas se analisarmos mais de perto vamos perceber que na verdade não há. O futuro é muito promissor se todos caminharem nessa direção. A sociedade como um todo, incluindo fabricantes e consumidores, ganha com essa mudança.
O conceito JPA DC systems de instalação elétrica consiste num projeto de casas e prédios residenciais com as seguintes inovações:
- Rede elétrica interna para cargas totalmente alimentadas em corrente continua (DC)
- Eletrodomésticos básicos tais como fogão, geladeira, ar-condicionado, aquecimento de água, máquina de lavar e secar roupa, todos em corrente continua, já incorporados na casa (padrão americano)
- Instalação de sistema solar fotovoltaico
- sem inversor,
- com banco de baterias recondicionáveis,
- conectado na rede elétrica da concessionária local que servirá apenas como “back-up” e será “zero-grid” ,
- operando continuamente, mesmo durante o apagão da rede da concessionária local
- sem o pagamento da TUSD e o ICMS sobre a energia excedente
- Para condomínios poderá ser implementado uma micro-rede na qual o armazenamento de energia elétrica é compartilhado
- Tomada para carro elétrico alimentada com a energia solar gerada do local
Quais as vantagens da corrente contínua (DC)
- Estar alinhada com a geração de energia elétrica mais promissora atualmente: a geração fotovoltaica. Vai tornar a sua instalação mais barata, pois não haveria mais necessidade do inversor, por exemplo, eliminando assim um equipamento muito complexo e sensível, e seu elevado custo de manutenção corretiva.
- Permitir de forma mais fácil o uso de banco de baterias que daria ao consumidor maior autonomia em relação às concessionárias de energia elétrica, além de garantir um suprimento parcial no caso de apagão.
- Redução, ou até mesmo eliminação, das elevadas tarifas e impostos incidentes na compra de energia elétrica das concessionárias.
- Redução no custo de vários eletrodoméstico, visto que muitos deles necessitam de retificadores internos que seriam dispensados se convertidos para DC
- As harmônicas que infestam as redes de AC causando desgaste precoce aos aparelhos inexistem em rede de DC.
- Também não haveria mais perdas de energia devido às correntes parasitas das potências reativas, geradas por excesso de cargas indutivas/capacitivas, quando alimentadas por AC.
Como ficariam os principais eletrodomésticos convertidos para corrente contínua (DC)
– Equipamentos eletrônicos
Os equipamentos eletrônicos, tais como televisores, computadores, aparelhos de som, sistemas digitais em geral, carregadores de lap-top, celulares, etc., e também os eletrônicos de potência, tais como os fornos de micro-ondas e os fogões de indução, funcionam em DC. Todos eles agora poderiam então ser alimentados com DC diretamente das tomadas, eliminando assim a necessidade de circuito de conversão dentro dos mesmos.
– Iluminação
A iluminação, agora como temos visto nos últimos anos, vem migrando para a tipo LED, muito mais eficiente: mais lumens por watt de energia elétrica. Seu funcionamento é muito semelhante a dos equipamentos eletrônicos já relatados acima, e portanto igualmente teria seu custo de produção e consumo reduzidos (não necessidade do retificador AC/DC). Já as antigas lâmpadas fluorescente fazem uso da AC, e sua versão em DC exigem um circuito eletrônico mais complexo, o que as tornam mais caras que a versão em AC. Mas já tem disponível no mercado a tipo LED tubular que simula uma lâmpada tubular fluorescente convencional, com a vantagem de ser mais eficiência e operar em DC
– Aquecedores
Aquecedores que utilizam resistência elétrica, tais como chuveiros, reservatórios de água quente (“boilers”), fornos e fogões elétricos funcionam baseados no principio simples de uma corrente elétrica circulando por uma resistência ôhmica, que pelo efeito joule gera calor. Poderiam facilmente, com pequenos ajustes, operar igualmente em DC.
– Máquinas com motores elétricos
A mudança mais sensível, e que poderá causar maior impacto, deverá ocorrer nos eletrodomésticos e equipamentos em geral que utilizam motores elétricos, tais como geladeiras, freezers, máquinas de lavar, aparelhos de ar-condicionado, bombas de calor, bombas de água, etc. A diferença no design entre motores em AC e DC é bastante relevante. Os motores em AC são usados numa escala bem acima da DC, e por isso tem seu custo muito menor. Mas a tecnologia de motor em DC já existe e é bem desenvolvida, é só uma questão de adequar a escala. Certamente não será impeditivo para o avanço da corrente continua (DC).
– Carro elétrico
E ainda está vindo mais uma importante carga que vai se “pendurar” em nossas casas: o carro elétrico. Ele já nasceu com voracidade por DC, sem nenhum resquício de AC, pelo contrário, futuramente poderá aos poucos eliminar a necessidade de ter internamente o peso morto do retificador AC/DC, como possuem atualmente. E ironicamente o avanço do carro elétrico trará junto a sua bateria de alta performance que servirá de acumulador de energia para as casas da qual deve se servir.
Na figura abaixo vemos agora como ficaria a configuração do sistema fotovoltaico no regime não mais conectado à rede de distribuição, operando totalmente com DC., formando o que vem sendo chamado de “microgrid” (micro-rede), neste caso em sua menor dimensão. Prédios comerciais ou industriais e mesmo grupos de pequenos consumidores poderiam formar cada sua própria micro-rede em maiores dimensões, e futuramente, todos eles desconectados da rede de distribuição de energia da concessionária local (“off-grid”).
…e como ficariam os componentes elétricos usados nos circuitos elétricos convertidos para D.C.
Quantos aos dispositivos usados na rede elétrica, tais como condutores, conectores, quadros de comando com disjuntores, chaves, fusíveis, DPS, DR, contadores, etc. Todos eles já existem para DC, e com a utilização em escala terão seus custos também reduzidos. Seu uso até trará vantagem, como por exemplo, os condutores elétricos que não terão mais a parcela da resistência pelicular devido ao 60hz.
O que a JPA DC Systems oferece
- Projeto e instalação de rede interna de distribuição de energia elétrica predial, totalmente em corrente continua (DC), com geração solar fotovoltaica e banco de baterias recondicionáveis.
- Consultoria para fabricantes no desenvolvimento de produtos em corrente continua (DC)
- Apresentação em eventos do projeto DC Systems e os trabalhos para o desenvolvimento dos produtos em corrente continua (DC) e seus patrocinadores.
- Consultoria para grupos de trabalhos na criação de especificações de produtos elétricos em corrente continua (DC) e normas de instalação.
- Consultoria para construtoras e arquitetos nos projetos e construções de casas residenciais utilizando rede elétrica interna em corrente continua (DC) com sistema solar fotovoltaico mais banco de baterias.
Como participar desse projeto
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