Pesquisadores do Instituto de Tecnologia King Mongkut da Tailândia, Ladkrabang, conduziram um estudo de viabilidade para um sistema de iluminação pública baseado em nano rede e descobriram que a energia fotovoltaica é a fonte de energia mais adequada para a configuração do sistema proposto.
Eles investigaram o sistema como se fosse alimentado por painéis fotovoltaicos, eólicos ou piezoelétricos e testaram sua viabilidade tecnológica e econômica.
“A viabilidade de empregar sistemas fotovoltaicos, piezoelétricos e de captação de energia eólica como fontes de energia elétrica para sistemas de iluminação pública é examinada, considerando tanto a geração de energia quanto a viabilidade econômica”, afirmou a equipe. “Uma avaliação econômica foi realizada para um sistema de iluminação pública de nano rede de 1 km, considerando a proximidade da Tailândia com a linha do Equador e sua abundante luz natural diurna.”
Os materiais piezoelétricos são comumente usados para aplicações de engenharia, principalmente como atuadores e sensores que geram e detectam deformações mecânicas em materiais. Eles podem gerar energia elétrica convertendo a energia mecânica exercida sobre eles, no caso desta pesquisa, passando por carros.
O sistema de iluminação pública consiste em postes de LED de 120 W instalados em 56 postes para uma carga total de 80.640 Wh/dia ou 28.089,6 kWh/ano. No cenário de instalação fotovoltaica, cada poste também carregará um painel de silício monocristalino de 350 W com eficiência de 20%. Com os níveis de irradiação de Bangkok, isso soma uma produção diária de 98.000 Wh e uma produção anual de 37.770 kWh.
As métricas de viabilidade econômica resultaram em um período de retorno descontado (DPP) de 12,2 anos, taxa interna de retorno (TIR) de 11%, valor presente líquido (VPL) de US$ 27.293 e custo nivelado de eletricidade (LCOE) de US$ 0,11/kWh.
O caso do sistema de captação de energia piezoelétrica exigiu a instalação de 4.466 placas no asfalto, cada uma com capacidade de 0,102 W. Com base na suposição de 20.000 carros que circulariam diariamente sobre o sistema, a produção diária de energia resultou em 25,31 Wh e a produção anual em 9,24 kWh. As métricas de viabilidade econômica resultaram em um DPP de mais de 20 anos, sem TIR, um VPL de US$ 425.227 negativos e um LCOE de US$ 3.121/kWh.
A turbina eólica foi simulada como tendo um eixo vertical de duas pás, a uma altura de um metro. Foram necessários 560 aerogeradores de 100 W, de acordo com a simulação. Com base no vento gerado por 20.000 carros, a produção diária de energia resultou em 227.455 Wh, e a produção anual é de 83.021 kWh. As métricas de viabilidade econômica resultaram em um DPP de 33,2 anos, sem TIR, VPL de US$ 30.362 negativos e um LCOE de US$ 0,18/kWh.
“Os resultados do estudo mostram que o sistema fotovoltaico e eólico podem produzir energia elétrica suficiente para os sistemas de iluminação pública. No entanto, o sistema eólico tem custos elevados e não é economicamente viável”, explicaram os acadêmicos. “Já a energia piezoelétrica produz energia elétrica insuficiente para os sistemas de iluminação pública e contribui para altos custos de investimento. Portanto, não é adequado como fonte de produção de energia elétrica.
Após esses resultados, a equipe decidiu otimizar a nano rede para um sistema que inclui energia fotovoltaica e eólica e armazenamento de baterias de íons de lítio ou chumbo-ácido. No caso do chumbo-ácido, foram necessários 113 kWh de armazenamento, juntamente com 5,98 kW de energia fotovoltaica e 10 kW de energia eólica. O DPP, neste caso, foi de 15,8 anos, a TIR foi de 3,4% e o VPL foi de US$ 16.280. No caso do íon de lítio, foram necessários 71,5 kWh de armazenamento, juntamente com 4,06 kW de energia fotovoltaica e 8 kW de energia eólica. Nesse caso, o DPP foi de 13 anos, a TIR foi de 5,5% e o VPL foi de US$ 45.820.
“Os sistemas híbridos de captação de energia eólica fotovoltaica oferecem a opção mais economicamente viável para sistemas de iluminação pública de nano rede”, concluiu a equipe. “O sistema eólico é priorizado como fonte primária de energia devido ao seu desempenho superior, com o sistema fotovoltaico usado para complementar períodos de geração insuficiente de energia eólica. Como resultado, essa estratégia reduz o tamanho necessário dos sistemas de coleta e armazenamento de energia.”
Suas descobertas foram apresentadas em “Investigating the feasibility of nano-grid infrastructure integration into street lighting systems based on energy production and economic evaluation”, publicado na Scientific Reports.
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