Como os plásticos tornam viáveis os projetos de usinas fotovoltaicas flutuantes

A disseminação das usinas fotovoltaicas instaladas na superfície aquática tem criado oportunidades para os fornecedores de polímeros e aditivos, imprescindíveis à fabricação dos flutuadores em que são ancoradas as placas fotovoltaicas. Os processos de rotomoldagem e de extrusão-sopro são os escolhidos para a fabricação desses componentes, normalmente moldados com diferentes graus de polietileno.


Adalberto Rezende, da redação

Data: 15/10/2017

Edição: PI Outubro 2017 - Ano 20 - No 230

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A crise hídrica que ocorreu em alguns estados brasileiros e a iminente demanda por fontes de energia capazes de suprir as necessidades da população impactando o mínimo possível o meio ambiente estão entre os fatores que têm impulsionado desenvolvimentos no setor de geração de energia fotovoltaica. Esses avanços incluem a elaboração de projetos de módulos flutuantes feitos de plástico voltados para a construção de sistemas de captação de radiação solar que incide em, por exemplo, lagos e reservatórios. Uma alternativa aos empreendimentos deste tipo ocupando superfícies terrestres.

Alguns dados do setor obtidos por meio de um levantamento realizado pela agência de pesquisa e consultoria Greener (São Paulo, SP), o qual abrangeu o mercado fotovoltaico brasileiro de geração distribuída e centralizada, são animadores. De acordo com a sondagem, até julho último o ramo de geração distribuída cresceu 52,3% em relação a 2016, apresentando faturamento de aproximadamente R$ 725 milhões, ao passo que a receita do setor de geração centralizada superou os R$ 4 bilhões. Entretanto, conforme apontado pela entidade, a estabilidade do mercado fotovoltaico nos próximos quatro anos dependerá da realização de leilões e ações voltadas para essa área em geral.

O uso de plásticos para a fabricação de flutuadores destinados ao ancoramento de painéis fotovoltaicos vem ganhando espaço em projetos de usinas fotovoltaicas instaladas em áreas alagadas. Esse tipo de empreendimento permite o contínuo resfriamento dos painéis, o que garante um melhor rendimento operacional. Além disso, o sombreamento possibilita a redução da evaporação de água

Nesse contexto a Associação Brasileira dos Comercializadores de Energia (Abraceel), com sede em Brasília (DF), tem solicitado o apoio de instituições ligadas ao setor de geração de energia fotovoltaica. Na visão da instituição, é necessário criar projetos e medidas que fomentem a manutenção e principalmente a modernização do setor para que ele seja cada vez mais atuante no competitivo meio da indústria energética. E isso dependerá do posicionamento dos envolvidos e da elaboração de políticas para o segmento.

Apesar de ainda não haver um consenso sobre a quantidade ideal de painéis para a configuração de uma usina fotovoltaica flutuante que apresente potência energética significativa, as projeções referentes à comercialização de flutuadores são promissoras se for considerada a abundância de lagoas, rios, hidrelétricas e até mesmo criadouros aquáticos e praias no País.

De acordo com Rodrigo Sauaia, presidente da Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (Absolar), “não importa a área ocupada por flutuadores, e sim o tipo de tecnologia empregada nos painéis fotovoltaicos utilizados. A área instalada de usinas flutuantes deve ser similar à comumente determinada para as terrestres, que é de 1,6 a 2 hectares por megawatt instalado. Tomando como base a área de reservatórios brasileiros ocupada por usinas-piloto, a instalação deve cobrir, mais ou menos, 70% do reservatório”. Para ele, entre as oportunidades desse nicho está a instalação em canais permanentes de irrigação e em tanques de piscicultura, os quais ainda podem ser beneficiados pela redução da evaporação de água devido ao sombreamento proporcionado pelos flutuadores e pelo constante arrefecimento dos painéis devido à sua proximidade com a água.

Esse assunto foi abordado em um estudo realizado na Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), em Minas Gerais 1. O trabalho foi embasado na implantação de um protótipo de usina flutuante que ocupava uma área de aproximadamente 3.030 m2 de um lago situado nas dependências da instituição.

Plásticos, fundamentais à fabricação de flutuadores

O polietileno (PE) é um dos principais materiais aplicados na fabricação de flutuadores comercializados atualmente, sendo a rotomoldagem e a extrusão-sopro os processos comumente utilizados. Os modelos se dividem em versões com formato cilíndrico, retangular ou quadrado, apresentam superfície lisa e/ou com relevo, e podem ser voltados para a sustentação de painéis fotovoltaicos ou servir de plataforma para a locomoção de operadores e técnicos de manutenção. Além disso, eles podem ser configurados de forma a constituir sistemas de proteção ou ancoramento.

Ilustração de sistema de flutuadores projetados para a instalação de painéis fotovoltaicos em lagos e reservatórios, fornecidos pela Ciel & Terre. Os modelos fabricados por extrusão-sopro podem ser ancorados no fundo ou nas margens, e podem suportarventos de alta velocidade

A escolha de aditivos que proporcionem aos plásticos resistência às condições do meio em que atuarão, assim como capacidade para impactá-lo minimamente, poderá determinar o tempo de vida útil dos flutuadores e a viabilidade de sua instalação. Basicamente, é indispensável o uso de produtos que impeçam a oxidação e degradação dos polímeros, que podem ser causadas pela umidade e pela incidência de radiação UV. Também é recomendável considerar o aumento da resistência mecânica desejada para os equipamentos, o que pode ser feito, por exemplo, por meio de aplicação de cargas de reforço no material. Esse último tópico é muito relevante no caso de composições implementadas em ambientes com alto índice de incidência de ventos, ondulação e presença de animais, que podem causar eventuais torções, impacto e atrito. Para projetos direcionados ao meio marítimo, é necessário o uso de aditivos que possam inibir a proliferação e aderência de “craca” aos flutuadores, nome popular dado aos crustáceos típicos dessas áreas.

A visão dos fabricantes

A Ciel & Terre Brasil (São Paulo, SP), com matriz na França, fornece os flutuadores da linha Hydrelio, e especificou para a sua fabricação o polietileno de alta densidade (PEAD), processado por extrusão-sopro. A empresa comercializa modelos que apresentam base superior com inclinação de 12o, parede (face interna/externa) com espessura de 3 mm e peso de 9,5 kg. Eles podem suportar painéis fotovoltaicos com 60 ou 70 células, com comprimento de 1.670 a 1.975 mm e largura de até 991 mm, bem como cabos com comprimento de 1.000 a 1.200 mm. Além disso, a série conta com flutuadores retangulares com peso de 3,5 kg que têm superfície antideslizante. Todos os produtos são fabricados com resina virgem, fornecida pela Braskem (São Paulo, SP), e possuem resistência à corrosão e à radiação UV.

Os flutuadoresda linha Hydrelio são fabricados em polietileno e possuem resistência à corrosão e à radiação UV

De acordo com Orestes Gonçalves Junior, diretor da companhia, os módulos podem ser ancorados no fundo ou nas margens de áreas alagadas, o que lhes permite suportar ventos com velocidade de até 210 km/h. Sua vida útil pode variar de 5 a 20 anos. A fabricante forneceu flutuadores para a construção de usinas fotovoltaicas nos municípios de Cristalina (GO), Sobradinho (BA) e Balbina (AM).

Já a Rotto Brasil (Guararema, SP) fabrica flutuadores com polietileno de média densidade (PEMD) usando rotomoldagem. Produzidos com resina virgem, eles têm formato cilíndrico e são comercializados em versões com diâmetro externo de 78 a 114 mm, comprimento de 455 a 480 mm e cavidades laterais para amarração com comprimento de 37 a 50 mm. Podem ser submetidos a ambientes marítimos e a empresa também desenvolve modelos sob medida.

Possíveis configurações de flutuadores

O projeto de usinas fotovoltaicas flutuantes pode abranger o uso de outros tipos de plásticos, além de diferentes arranjos para o conjunto. Entretanto, é importante avaliar a capacidade dos materiais poliméricos escolhidos, as condições às quais eles serão submetidos e a viabilidade econômica de cada instalação.

Entre as opções, está a construção de módulos poliméricos de formato cilíndrico ou retangular, ocos ou preenchidos com poliestireno expandido (EPS), os quais podem sustentar, por exemplo, estruturas metálicas destinadas à instalação de painéis; píeres confeccionados com tubos e chapas de PVC, sendo as placas voltadas para a acomodação dos painéis e os tubos aplicados nas laterais do conjunto – unidos por “Ts” ou “cotovelos” – servindo de proteção. Nesse caso, devem ser projetadas áreas voltadas para a circulação de pessoas; plataformas flexíveis compostas por cubos acoplados entre si por encaixes articulados, um tipo de sistema recomendado para regiões com alto índice de ondulação e oscilação de nível de água; e ancoramento feito com cordas e estacas de poliamida (PA) ou poliésteres. Neste caso, é recomendável avaliar as forças horizontais e verticais que atuarão sobre a composição.

Essas e outras configurações fazem referência a modelos de usinas flutuantes que têm sido testados em diversos países, abordados em um estudo realizado pela Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp)2.

Flutuadores rotomoldados em polietileno de baixa densidade fornecidos pela Rotto Brasil podem ser usados em sistemas de ancoramento e proteção, assim como para a sustentação de cabos

Potenciais aplicações

Um dos argumentos favoráveis à implantação de usinas fotovoltaicas flutuantes é o sombreamento dos reservatórios, o qual reduz o crescimento de algas que podem prejudicar a qualidade da água, assim como a diminuição da ondulação que geralmente leva à erosão de margens de lagos naturais ou à perda de água no caso de instalações compostas por tanques. Isso torna até mesmo recomendável a implantação de flutuadores e equipamentos fotovoltaicos em regiões onde os recursos hídricos não são suficientes para suprir as necessidades da população. Isso pode compreender, por exemplo, a elaboração de projetos voltados para estações de abastecimento público, de tratamento de resíduos e/ ou de dessalinização, açudes etc.

Em todo caso, é recomendável que transformadores da cadeia de plásticos e usuários analisem o impacto que essas composições possam causar no meio ambiente, recorrendo a órgãos que atuam nessa área e que concedem licenciamentos. De acordo com o Ibama, a análise dos impactos ambientais de um projeto no âmbito do Licenciamento Ambiental Federal (LAF) depende da apresentação de estudos ambientais pelo empreendedor. A entidade não possui uma análise pronta de determinado tipo de empreendimento que seja válida para todos os casos. Informações sobre o processo de licenciamento podem ser obtidas pelo site da instituição.

Referências

  1. LOPES, M. M.; JUNIOR, P. A. de S. Sistemas fotovoltaicos flutuantes: análise do tema e estudo de caso para o lago da UNIFEI. Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI), Minas Gerais, 2016.
  2. STRANGUETO, K. M. Estimativa do potencial brasileiro de produção de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos flutuantes em reservatórios de hidroelétricas. Faculdade de engenharia mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), Campinas, São Paulo, 2016.