Estação caseira de Energias Renováveis – parte I

10 Dezembro 2007 at 17:50 (Diy) (energias renováveis, solar)

Um dos meus sonhos era ter uns painéis solares fotovoltaicos no telhado da casa. E um pequeno gerador eólico no quintal. E quem sabe também um pequeno tanque para aproveitar alguma água da chuva. Assim satisfazia pelo menos uma parte das minhas necessidades energéticas. As vantagens são óbvias: redução de custos e menores danos ao ambiente. Mas tenho um pequeno problema: não tenho quintal e o telhado da casa não é meu. Pois é, tal como a maioria dos portugueses, vivo encaixotado num prédio. Estará tudo perdido 😦 ?… Talvez não 🙂 .

Tinha que haver alguma forma de nós, os encaixotados em prédios, podermos tirar algum proveito de energias renováveis, já. Pus-me a pensar nisto já há muito tempo, e foi quando vi uma antena parabólica presa na varanda de um apartamento que se fez luz. É disso que preciso, um “captador” de energias renováveis de prender na grade da varanda! Depois podia usar a energia captada para carregar pilhas re-carregáveis ou a bateria do telemóvel; ou até mesmo uma bateria barata de chumbo-ácido e usá-la para alimentar uma luz nocturna de leitura ou para aumentar a autonomia do computador portátil. E daí que finalmente arranjei algum tempo para me dedicar a desenvolver essa máquina, que baptizei “Estação de Energias Renováveis” (mais conhecida como “Estação”).

Quero que a estação seja o mais fácil possível de construir, de modo a que o maior número de pessoas o possa fazer. Quero ver Estações espalhadas pelas varandas de todos os prédios, quero mudar o Mundo 🙂 ! Bom, mas deixando a utopia de lado, uma maquineta destas vai sempre envolver construção mecânica e electrónica, e não é o cidadão mais comum que vai pegar no berbequim, serrote, lima ou no ferro de soldar… até porque ele tem outros interesses e mais o que fazer. Por isso, se eu realmente quero que isto chegue ao maior nº possível de pessoas incluindo o cidadão mais comum, a Estação tem que ser muito fácil de construir. E é esse o objectivo deste 1º artigo: como construir uma Estação a partir de peças compradas em lojas de “electrodomésticos”.

Então mãos à obra.

No outro dia à noite deitei-me e apaguei a luz, mas ficou uma luzinha verde acesa, ao fundo, no chão. “ah, é a PowerStation” pensei eu, tinha-me esquecido dela ligada depois de ter estado a fazer uns testes num projecto.

Uma PowerStation é pouco mais do que uma bateria e alguns circuitos de monitorização, protecção e recarga, tudo embrulhadinho numa caixinha jeitosa. Ela fornece 3, 6, 9 e 12 V DC, que podem ser usados para alimentar aparelhos onde não existam outras alternativas de fontes de energia, ou alternativas apropriadas. Também podem ser usadas para prolongar a utilização de aparelhos que sejam alimentados a pilhas, uma vez que a bateria dentro destas PowerStations é de “grande capacidade”; para teres uma ideia mais concreta, podemos dizer que guarda tanta energia como 27 pilhas AA recarregáveis de 2600 mAh (as de maior capacidade que eu tenho visto à venda)!

27 x =

Estas PowerStation encontram-se à venda até nos grandes hipermercados (onde esta foi comprada), na zona das ferramentas. Também se encontram em lojas de astronomia.

A PowerStation (Estação de Energia, em português) tem alguns detalhes interessantes, entre os quais o facto de ter 2 fichas tipo isqueiro de automóvel. Ora, estas fichas são ideais para ligar por exemplo carregadores de telemóvel ou de pilhas.

E além disso, e acima de tudo, também dão para ligar carregadores de baterias de carro a energia solar, como este que comprei outrora na DMail, por curiosidade.

E não é preciso mais nada, é só ligar o carregador solar à PowerStation durante o dia. A energia que este carregador solar capta por dia é pouca, quando comparada com a energia que a PowerStation pode armazenar. Mas ao captares essa energia para a PowerStation vais aumentar o período de tempo entre carregamentos a partir da rede. A carga da PowerStation vai dar para mais tempo. Uma parte da energia que vais consumir será “renovável” :). E se a usares por exemplo só para carregar o telemóvel, pode acontecer que nunca tenhas que a re-carregar a partir da rede eléctrica!

Existe ainda um outro “detalhe” da PowerStation, que permite que tudo isto funcione. A bateria interna é do tipo chumbo-ácido selada, que é “equivalente” a uma bateria de automóvel. Por isso o carregador solar serve para a PowerStation!

A montagem é simplérrima. Estes carregadores solares não foram feitos para estar à chuva, por isso convém ser instalado dentro de casa, ou bem abrigado da chuva. Escolhe o local mais solarengo da tua casa e posiciona o painel solar virado para o Sol. O Sol muda de posição durante o dia, mas como não vais querer estar sempre a re-orientar o painel, coloca-o numa posição “média”. Virado para Sul é a melhor opção se possível, pois o percurso do Sol no céu durante o dia é essencialmente na zona Sul, às latitudes do nosso país.
Idealmente o painel também deveria ser instalado com uma inclinação de aproximadamente 33,5º em relação à horizontal (em Portugal; ver neste site) para maximizar a captação, mas às vezes não dá muito jeito; se o instalares na vertical ou horizontal ele também vai funcionar embora não capte toda a energia que poderia captar.

A varanda do meu quarto tem uma face que está mais ou menos virada a Sul, e leva com Sol toda a manhã. Resolvi colar o painel ao vidro com uma fita-cola espessa e forte de dupla face; escolhi uma fita para baixas/altas temperaturas (-30ºC a 150ºC), uma vez que vai estar ali ao Sol directo durante horas e de noite vai estar bastante frio.

Depois de colado o painel, pega na PowerStation e liga o carregador solar a uma das fichas-isqueiro. Então muda o interruptor vermelho para a posição ON para começar a carga (se houver Sol!). Atenção que não é para a posição CHA(rge) como se faz para carregar a PowerStation a partir da rede, é mesmo para a ON! Só na posição ON é que a ficha-isqueiro fica ligada directamente à bateria interna da PowerStation, permitindo assim que o carregador solar possa injectar energia na bateria para a carregar. Na posição CHA, a bateria fica ligada à ficha lateral de carregamento a partir da rede, e as fichas-isqueiro são desligadas.

É necessário um minimo de energia captada pelo painel solar para que o carregador consiga carregar a PowerStation. Curiosamente, a forma como ela está construída permite-nos saber se a energia que está a ser captada pelo painel solar atinge ou não esse mínimo, observando as luzinhas: com o interruptor em OFF, se a energia captada pelo painel atinge o mínimo então a luzinha verde “Full” acende, caso contrário acende a luzinha amarela “Empty”. Se estiver escuro, nenhuma luzinha vai acender. E esta, hein?

Nota a foto acima à esquerda; a luz ambiente é mais forte porque estava Sol, e a luz verde está acesa, com o botão da PowerStation na posição OFF. Depois, vieram umas núvens que esconderam o Sol e então a luz ambiente diminuiu como se pode ver na foto da direita, levando a acender a luz amarela. Isto é apenas uma curiosidade, serve por exemplo para teres uma noção de “quanta luz do Sol” é necessária para o painel solar recolher energia suficiente para carregar a PowerStation. Para utilização normal de carregamento, já sabes que tens que colocar o interruptor vermelho da PowerStation na posição ON.

Ok… e depois de eu ter a PowerStation e o carregador solar, como é que os “ponho a render”?… Bom, de dia o painel solar capta energia que é armazenada na PowerStation, e de noite usas a energia armazenada na PowerStation para carregar o telemóvel ou pilhas. Se a PowerStation estiver longe do teu quarto ou no exterior, à noite trá-la para dentro de casa para a usares. De manhã antes de ires pá escola ou trabalho, toca a pôr a PowerStation outra vez a carregar.

Humm… e em quanto é que fica isso tudo? O carregador solar custou-me quase 30 €. Vejo que a DMail já não comercializa este carregador, mas vejo por aí outros locais na net onde vendem carregadores semelhantes, até mais baratos como 20€, e parecem-me ser mais potentes (18/04/2008: encontrei à venda cá em Portugal um outro modelo para o mesmo fim, por cerca de 28€, na Aquário). A PowerStation compra-se actualmente por aproximadamente 40€. Existe também uma EGS 1800, que me parece ser praticamente o mesmo que a EGS12, visualmente não encontro nenhuma diferença além da pega. Há até quem chame EGS1800 à EGS12, por isso provavelmente esta EGS1800 é apenas de uma evolução visual do mesmo produto (ainda não consegui confirmar).

Este é o sistema base, que portanto fica em 60 € a 70 €. Depois precisas dos aparelhos para usar a energia, como os carregadores de pilhas ou telemóvel de ligar ao isqueiro do carro. Alguns destes provavelmente tu até já tens.

Existem paineis solares mais eficientes, mas também são bastante mais caros (150 € e mais!), portanto acho que estes carregadores solares para baterias de automóvel são um compromisso aceitável, pelo menos para começar.

E… isso carrega mesmo a PowerStation? Bom, teoricamente carrega, mas demora muito tempo. O painel solar que tenho debita pouco mais de 1 Wh quando está a apanhar com um solzinho directo, sem núvens. Vamos assumir que o carregador solar tem uma eficiência de 75%, debitando então 0.75 Wh. A bateria da PowerStation é de 12 V * 7 Ah = 84 Wh, o que quer dizer que, para carregar por completo a bateria, seriam precisas 84 / 0.75 = 112 horas de exposição ao Sol… Na melhor das hipóteses terás, talvez (não medi), 5h de Sol directo por dia, em que o painel debita 1Wh, resultando que só ao fim de 112 / 5 = 22.4 dias estaria a PowerStation carregada. E isto só se todos os dias fossem solarengos!
Ainda assim há vantagens neste sistema, porque se só precisares de carregar o telemóvel diáriamente e umas pilhas de vez em quando, a PowerStation vai demorar muito tempo a descarregar, porque apesar de todos os dias lhe retirares um bocado de carga, também todos os dias lhe dás um bocadinho de carga. Vamos imaginar que a bateria do teu telemóvel é de 1 Ah (1000 mAh) e 3.6 V, o que corresponde a 1 Ah * 3.6 V = 3.6 Wh, e que tens que o carregar todos os dias. Se o carregador tiver uma eficiência de 70 %, são necessários 3.6 Wh / 0.70 = 5.14 Wh. Nos dias em que conseguires 5 horas de Sol, estarás a captar 5 * 0.75 Wh = 3.75 Wh. 3.75 Wh são 73% de 5.14 Wh, logo a energia solar que acumulas na PowerStation durante o dia já cobre quase 3 quartos do gasto de carregar o telemóvel durante a noite! Se assim fosse todo o ano, terias de carregar a PowerStation pela rede eléctrica apenas 1 vez em cada 84 Wh / (5.14 Wh – 3.75 Wh) = 60 dias (2 meses). Sem a energia captada diariamente pela Estação, terias que carregar a PowerStation 1 vez em cada 84 Wh / 5.14 Wh = 16 dias (meio mês). Notas a diferença :)? Se só precisasses de carregar o teu telemóvel 1 vez a cada 2 dias, então a Estação já seria capaz de cobrir todas as necessidades energéticas das tuas “comunicações”, e não terias nunca que carregar a PowerStation a partir da rede. Vem-me à cabeça a frase “comunicações grátis” :).
Estes são, contudo, valores optimistas. Fiz algumas simplificações e existem outras perdas que não contabilizei, como por exemplo o facto de a PowerStation ter alguma electrónica que consome energia só pelo facto de ela estar ligada. Nos próximos artigos vou medir a performance real desta 1ª versão da Estação e arranjar formas de a optimizar.

Não podemos melhorar a Estação? Pois claro que podemos. Mas isso já vai envolver alguma bricolage, e será tema para outros artigos. Este 1º artigo é essencialmente didáctico e serve de introdução, e estou a escrever à medida que próprio vou desenvolvendo este tema. Como já referi, nos próximos vou analizar a performance da Estação para ver o que está realmente a acontecer. E depois vou tratar de a optimizar e extender. De qualquer forma vou avançar tentando sempre fazer pequenas modificações, por pequenos passos, de modo a que me possas seguir e parar quando achares que a bricolage se torna demasiado técnica para as tuas habilidades.

Stay tuned ;)!