Por mais de 30 anos, a indústria solar foi construída em torno de painéis retangulares. Tudo, desde o corte das células de silício até a estrutura, o transporte, a montagem e a conexão aos inversores, foi projetado para linhas retas e ângulos retos. Essa padronização ajudou a reduzir custos, melhorar a confiabilidade e permitir que a energia solar crescesse rapidamente em todo o mundo.
Os telhados residenciais possuem águas-furtadas, janelas de sótão, claraboias, chaminés e recuos de segurança obrigatórios. Edifícios comerciais frequentemente apresentam paredes angulares e telhados com linhas irregulares. À medida que a arquitetura se torna mais criativa e complexa, encaixar uma grade retangular rígida nessas superfícies pode ser um desafio. Em muitos projetos de telhados, a principal limitação não é a luz solar ou o tamanho dos equipamentos, mas sim a adequação física dos painéis ao formato do telhado. Com a expansão da energia solar para espaços urbanos e arquitetonicamente mais complexos, a geometria se torna uma restrição importante, embora frequentemente negligenciada.
A indústria já testou alternativas antes. Módulos triangulares e outros módulos não padronizados foram introduzidos, principalmente no Japão, para preencher espaços nas bordas. Embora tenham resolvido casos específicos, não melhoraram significativamente a eficiência geral de empacotamento. A maior complexidade de fabricação e os ganhos de desempenho limitados fizeram com que o formato retangular permanecesse dominante.
Hoje, a questão pode ser abordada de uma maneira diferente. Em vez de usar painéis não retangulares apenas como pequenos complementos, podemos pensar no formato do painel como parte da estratégia geral de projeto. Em outras palavras, o formato do módulo se torna mais uma ferramenta que os engenheiros podem usar para instalar mais painéis em telhados irregulares ou com espaço limitado.
Os softwares modernos de projeto solar já tratam um telhado como um quebra-cabeça digital. O telhado é desenhado como uma forma, geralmente um polígono. Chaminés, claraboias e aberturas de ventilação são marcadas como obstáculos. Recuos de segurança e regras de espaçamento são adicionados. Dentro desse modelo digital, o objetivo é simples: instalar o máximo possível de painéis solares, respeitando todas as regras.
Com painéis retangulares tradicionais, os instaladores geralmente os posicionam em apenas duas direções: vertical ou horizontal. Isso funciona bem em telhados planos e retangulares. Mas muitos telhados não são perfeitamente quadrados. Quando a borda do telhado é angulada ou dividida em seções menores, os painéis retangulares não conseguem acompanhar as linhas com precisão. Pequenas frestas ficam ao longo das bordas e nos cantos. Essas frestas se acumulam e o espaço útil é perdido. Se os painéis puderem girar em mais ângulos, em vez de apenas dois, mais opções de posicionamento se tornam possíveis. Isso significa que os painéis podem seguir o formato natural do telhado mais de perto. Painéis em formato de losango, especialmente aqueles baseados em padrões de telha Penrose, são um exemplo. Devido à sua simetria, eles podem girar em incrementos específicos, como 36° ou 72°, e ainda se encaixar sem deixar buracos. Essa flexibilidade adicional ajuda a preencher áreas próximas a bordas angulares sem criar layouts aleatórios ou desorganizados.
Para entender o impacto, imagine duas comparações reais de telhados onde tudo foi mantido igual: mesmo tamanho do telhado, mesmos obstáculos, mesmo espaçamento de segurança. A única diferença era o formato dos painéis e o número de direções para as quais eles podiam estar voltados.
- O layout A acomodou 31 módulos retangulares em comparação com os 39 módulos em forma de losango de Penrose, um aumento de 25,8%.
- O layout B acomodou 19 módulos retangulares em vez de 28 módulos em forma de losango de Penrose, um aumento de 47,4%.
Se cada painel produzir aproximadamente a mesma quantidade de energia, mais painéis significam diretamente mais eletricidade. Em termos simples, ao aumentar a capacidade instalada, a produção anual de energia também aumenta. Ferramentas de modelagem como o PVsyst mostram que, em telhados com formatos irregulares ou limites restritos, ampliar as opções de orientação pode aumentar a produção anual de energia em cerca de 40%. (Os leitores que desejarem o arcabouço matemático completo e a metodologia de layout comparativo podem encontrar uma análise técnica mais aprofundada no artigo recente de Sheth no IEEE TechRxiv).
Uma preocupação comum em relação ao uso de painéis solares não retangulares é a possibilidade de causarem problemas elétricos. Na realidade, um painel em formato de losango pode ser construído utilizando os mesmos componentes internos de um painel retangular convencional. Internamente, ele ainda utiliza células solares de silício padrão conectadas em série, juntamente com pequenos dispositivos de proteção chamados diodos de bypass, que ajudam a reduzir a perda de energia caso parte do painel esteja sombreada. O comportamento elétrico básico, ou seja, a geração de tensão e corrente, permanece o mesmo.
Os fabricantes podem até usar semicélulas padrão dentro de uma estrutura não retangular. Se você alterar o número de células no painel, a tensão muda proporcionalmente, enquanto a corrente permanece praticamente a mesma. Isso significa que o painel ainda pode ser conectado aos mesmos tipos de inversores e sistemas de fiação usados atualmente. Os instaladores seguiriam as mesmas regras de projeto elétrico que já conhecem.
Em termos simples, o formato do painel não altera a forma como a eletricidade é gerada. O princípio científico de como os elétrons se movem dentro das células solares permanece o mesmo. A geometria afeta principalmente a forma como os painéis se encaixam no telhado, e não a eficiência com que geram energia.
Será que o setor manufatureiro consegue se adaptar?
É compreensível que as pessoas sejam cautelosas em relação a painéis solares não retangulares. A indústria solar passou décadas construindo fábricas e equipamentos projetados especificamente para painéis retangulares. Mudar o formato significaria cortar o vidro de maneira diferente, ajustar as máquinas de fabricação, redesenhar as estruturas e os sistemas de montagem, além de passar por novos testes de segurança e certificação. Essas são mudanças significativas, não pequenos ajustes. No passado, painéis triangulares foram testados em alguns mercados, mas a complexidade adicional não trouxe benefícios suficientes para justificar a produção em larga escala.
Dito isso, existem maneiras de reduzir a interrupção. Uma abordagem prática é continuar usando as mesmas células solares retangulares dentro do painel e simplesmente alterar o formato externo do módulo. Técnicas modernas de fabricação, como corte a laser, construção com células sobrepostas e conectores elétricos flexíveis, já facilitam a adaptação a novos layouts sem a necessidade de reconstruir completamente as fábricas. A questão principal passa a ser econômica: o custo adicional de fabricação justifica o espaço extra no telhado que pode ser utilizado? Em mercados onde a área do telhado é limitada ou muito valiosa, a resposta pode ser sim. É importante ressaltar que esse tipo de inovação não exige a invenção de novos materiais para células solares. Envolve principalmente repensar a forma como as células são acondicionadas e montadas no painel final.
A maior oportunidade para novos formatos de painéis solares pode estar na integração de painéis solares em edifícios, onde os painéis são projetados para fazer parte da própria construção, em vez de serem adicionados posteriormente. Hoje, arquitetos e construtores buscam sistemas solares que não apenas produzam eletricidade, mas que também tenham uma boa aparência, se integrem naturalmente à estrutura e atuem como barreira contra intempéries. Telhas solares são um bom exemplo. Em vez de instalar painéis sobre o telhado, as telhas solares substituem os materiais de cobertura convencionais e atuam como uma camada protetora contra chuva e outras intempéries. Da mesma forma, alguns edifícios utilizam painéis solares como parte das paredes externas, onde servem como revestimento e, ao mesmo tempo, geram energia. Nesses casos, a aparência e a flexibilidade do design são tão importantes quanto o desempenho.
Utilizar formatos como telhas em losango pode ajudar a criar uma superfície lisa e contínua, sem as fileiras rígidas dos painéis retangulares tradicionais. As bordas dessas telhas podem ser projetadas para se encaixarem, sobreporem-se ligeiramente e ocultarem os fixadores, funcionando como materiais de cobertura convencionais. Mesmo as seções que não geram eletricidade podem ter a mesma aparência, mantendo todo o edifício com um aspecto limpo e uniforme. O setor já demonstrou sua capacidade de evoluir por meio de inovações como módulos bifaciais, tecnologia de células sobrepostas, designs de vidro sem moldura e telhas solares. Em edifícios com formatos curvos ou incomuns, telhas menores podem acompanhar a superfície mais de perto do que grandes painéis retangulares. Locais como coberturas de estádios, estações de transporte público ou edifícios comerciais modernos com designs arrojados podem se beneficiar dessa abordagem. Nessas situações, o formato dos painéis solares não é apenas um detalhe técnico.
Com a crescente popularidade da energia solar nas cidades e a complexidade arquitetônica cada vez maior, o ajuste do formato dos painéis solares pode representar um avanço prático. Isso não significa substituir todos os painéis retangulares, que continuam sendo altamente eficazes em grandes superfícies simples. Em vez disso, a ideia é oferecer aos projetistas mais opções para edifícios que não sejam perfeitamente quadrados. Em um mundo de telhados irregulares e arquitetura criativa, essa flexibilidade adicional pode fazer uma diferença significativa.
Kajal Sheth é engenheira na Reactivate, uma empresa da Invenergy, onde se dedica à engenharia solar, análise baseada em dados e otimização de sistemas. Seu trabalho concentra-se no desenvolvimento de abordagens práticas e escaláveis para a implantação de energia solar distribuída e comercial. Ela possui mestrado em Gestão de Energia e Engenharia de Sistemas pelo Instituto de Tecnologia de Nova York e concluiu estudos de pós-graduação em Ciência de Dados e Inteligência Artificial na Universidade do Texas em Austin.
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