Casas solares agora são mini usinas de energia

O sol está brilhando em mais painéis solares do que nunca. Nos EUA, um novo projeto solar é instalado a cada 3,2 minutos , e o número de instalações acumuladas é de mais de 500.000 . Infelizmente, o Brasil está muito atrás desses números.

Puxe sua bússola e você observará que a maioria dessas instalações solares aponta para o sul. Há uma boa razão para isso: os painéis voltados para o sul capturam mais luz solar e produzem mais energia ao longo de um ano.

Mas ultimamente, muitos pensadores de energia estão se voltando para o céu ocidental. Eles apontaram que os painéis solares voltados para o oeste são melhores na geração de energia no final da tarde, quando a rede pode se beneficiar mais do suco extra. Um estudo de campo no ano passado de 50 casas solares no Texas verificou essa vantagem voltada para o oeste, e alguns estados ensolarados já estão apostando nisso. Em setembro, a Comissão de Energia da Califórnia iluminou o caminho quando anunciou um incentivo de US$ 500 para a instalação de painéis voltados para o oeste em novas casas. Ao pesquisar sobre mini usina hidrelétrica rural preço, você poderá ficar surpreendido com as opções.

Então, quantos sistemas solares de telhado atualmente apontam para o oeste? Quantos não? O que está em jogo para concessionárias e consumidores? E quais são as implicações para projetar a rede elétrica de amanhã?

Então, o que exatamente é o hidrogênio verde?
Para lançar alguma luz sobre essas questões, abrimos o repositório de dados de energia da Opower (o maior do mundo , abrangendo mais de 50 milhões de residências em todo o mundo). Analisamos dados de eletricidade por hora de 25.000 casas solares no oeste dos EUA, juntamente com dados públicos de cerca de 110.000 projetos solares residenciais instalados na Califórnia desde 2007.

Nossos resultados estatísticos revelam uma importante desconexão entre a paisagem de painéis solares de hoje e o sistema de energia mais amplo. Mas nossas descobertas também apontam para uma solução – uma que poderia fazer a rede elétrica do século 21 funcionar melhor tanto para os clientes de energia solar quanto para suas concessionárias.

As casas solares são mini usinas de energia, mas a maioria delas está fora de sintonia com a rede
Durante as horas mais ensolaradas do dia, a grande maioria das casas solares produz mais energia do que consome. E em mais de 40 estados, seu provedor de serviços públicos paga pelo excesso de energia.

Em um dia médio, 93% das casas solares em nosso conjunto de dados exportam eletricidade para a rede.

É por isso que o consumo de eletricidade da rede de uma casa solar fica efetivamente negativo por várias horas no meio do dia.

(Quer saber por que o uso de eletricidade da rede pelas casas solares dispara muito acima da média depois que o sol se põe? Provavelmente está relacionado às elevadas necessidades de energia do estilo de vida de seus proprietários: a casa solar típica em nosso conjunto de dados é 34% maior do que a típica não casa solar, 2,6 vezes mais probabilidade de possuir uma piscina e 2,7 vezes mais probabilidade de se inscrever em um plano de tarifas de veículos elétricos.)

As casas solares tendem a enviar mais energia de volta à rede por volta do meio-dia (correspondendo à parte inferior do “U” laranja). O tamanho de sua contribuição não é nada desprezível. Entre as 11h e as 13h de um dia típico, uma casa solar produz eletricidade suficiente para abastecer a si mesma e a toda uma casa não solar durante essas horas.

E no dia quente de primavera descrito acima (14 de maio de 2014), a casa solar média produzia energia suficiente das 11h às 13h para abastecer a si mesma e duas casas não solares. Impressionante.

Mas aqui está algo menos impressionante: a típica casa solar está severamente desalinhada com as necessidades da rede elétrica.

Para entender o porquê, confira o gráfico abaixo. Há uma grande diferença entre quando as casas solares enviam mais energia extra para a rede (por volta das 12h) e quando a rede mais precisa de energia extra (por volta das 17h).

Os dados solares e de rede apresentados acima são de 14 de maio deste ano – um dia ensolarado que desencadeou clima quente em toda a região oeste. A demanda elétrica da rede (curva azul marinho) atingiu o pico durante as 17h, mas já estava extremamente alta às 15h. Por que a demanda de energia atinge um pico em todo o sistema durante o final da tarde? Pense desta forma: muitas empresas ainda estão em ação e muitos consumidores estão voltando para casa do trabalho e da escola para acelerar seus próprios aparelhos.

Assim, o sistema de energia do final da tarde poderia se beneficiar muito com a importação de eletricidade extra dos telhados solares como uma alternativa atraente para as concessionárias que acionam usinas de energia adicionais.

Mas, infelizmente, a maioria dos telhados solares aponta para o sul, conforme detalhamos mais abaixo. E isso significa que eles enviaram seu pico de contribuição de energia para a rede muito mais cedo – quando os painéis voltados para o sul recebem sua maior dose de luz solar.

Por volta das 16h, a maioria das casas solares gera energia suficiente para reduzir o uso de eletricidade da própria rede, mas não o suficiente para exportar energia de volta para uma rede que precisa desesperadamente dela. O gráfico abaixo mostra que o número de casas solares girando seu medidor para trás cai rapidamente durante o final da tarde, assim como a demanda de energia regional está atingindo seu auge.

As casas solares poderiam ser mais úteis para satisfazer a demanda elétrica de pico na rede? A resposta é certamente sim. E um pequeno subconjunto de casas parece estar liderando o caminho.

Cerca de 9% dos sistemas solares residenciais estão voltados para o céu ocidental
Os painéis solares voltados para o oeste são melhores na produção de energia no final da tarde, à medida que o sol se põe e, finalmente, se põe no céu ocidental. Isso se alinha bem com uma rede elétrica que exige energia extra durante esse período – especialmente nos meses quentes.

Enquanto os painéis voltados para o sul geram mais energia por volta das 12h, os painéis voltados para o oeste atingem seu pico de produção por volta das 14h. Uma análise recente de pesquisadores da Universidade do Texas quantificou esse padrão: eles descobriram que os painéis voltados para o oeste geram 23% mais eletricidade do que os painéis voltados para o sul entre 14h e 20h durante o verão.

Virar-se para o oeste, no entanto, tem uma desvantagem fundamental. Significa perder a luz do sol que desce do céu não-ocidental no início do dia. Como resultado, os painéis voltados para o oeste geralmente produzem de 10% a 20% menos eletricidade total do que os painéis voltados para o sul ao longo de um ano. A maioria das casas solares hoje não está, por razões óbvias, disposta a fazer esse sacrifício voltado para o oeste.

E é por isso que a grande maioria dos painéis solares aponta para o sul – é a maneira de maximizar a produção de energia solar durante todo o ano. Nossa análise de dados de 110.000 sistemas solares residenciais na Califórnia verifica que os sistemas voltados para o sul dominam claramente a cena.

No geral, 71% dos sistemas residenciais no Golden State estão voltados principalmente para o céu do sul, enquanto 20% estão voltados principalmente para o céu do oeste. Apenas cerca de 9% dos sistemas estão a 10 graus do oeste – uma orientação altamente alinhada com as necessidades da rede, de acordo com diretrizes recentes da Comissão de Energia da Califórnia.

Aqui está uma visualização diferente dos mesmos dados.

Os 9% das casas solares da Califórnia com sistemas totalmente voltados para o oeste – e sua capacidade aprimorada de bombear energia durante o final da tarde – representam um benefício para as concessionárias e outras entidades que gerenciam a rede. Mas isso ainda pode deixar você se perguntando: se os painéis voltados para o oeste produzem de 10% a 20% menos eletricidade em geral do que os painéis voltados para o sul, por que um cliente escolheria o oeste em vez do sul?

Uma razão pode ser que algumas pessoas estão simplesmente presas a um telhado voltado para o oeste, mas realmente querem colocar painéis solares nele de qualquer maneira, apesar da produção de energia reduzida e da justificativa econômica mais fraca para o sistema. Isso pode explicar o punhado de painéis voltados para o oeste no gráfico acima.

Mas no cenário energético de amanhã, a instalação de painéis voltados para o oeste pode ser uma escolha muito mais clara.

Os painéis voltados para o oeste se tornarão virais?
Depende.

A inclinação de um cliente para instalar um sistema voltado para o oeste dependerá de incentivos. Se sua concessionária recompensa generosamente as casas que enviam energia de volta à rede no final da tarde, um cliente que escolhe entre painéis voltados para o sul e para o oeste pode optar pelo céu ocidental.

De fato, algumas concessionárias já oferecem planos de tarifas que variam no tempo, nos quais os clientes que exportam eletricidade no final da tarde de verão recebem uma compensação significativa (por exemplo, US$ 0,35 por quilowatt-hora) em relação à eletricidade exportada por volta do meio-dia (por exemplo, US$ 0,12 por kWh). Oferecer um belo incentivo para a energia solar oportuna (ou reduções oportunas no uso ) pode ser uma jogada inteligente para qualquer concessionária que procure evitar uma alternativa dolorosa: pagar custos marginais notoriamente altos para obter eletricidade de usinas de energia de “pico” (normalmente 3 vezes a 5 vezes o nível de preço normal).

No conjunto de dados regional que analisamos, 4,6% das residências solares estão atualmente inscritas em taxas variáveis ​​no tempo (em comparação com 1,3% das residências não solares). Essas taxas podem ajudar (e podem já ter ajudado) a levar os clientes de serviços públicos que possuem telhados voltados para o oeste a instalar um sistema voltado para o oeste. Uma estrutura de taxa de tempo de uso apropriada pode permitir que os sistemas voltados para o oeste obtenham retornos monetários atraentes, apesar de sua produção anual de energia reduzida. Nossa análise recente de taxas que variam no tempo – especificamente aquelas que incentivam o carregamento noturno de carros elétricos – sugere que elas podem ter um forte efeito na formação do comportamento do consumidor.

Incentivos para enfrentar o oeste também podem ser oferecidos antecipadamente. Um exemplo é a recente decisão da Comissão de Energia da Califórnia de conceder um subsídio de até US$ 500 para a instalação de painéis voltados para o oeste em novas residências. Na mesma linha, a maior concessionária do Arizona recentemente propôs um pagamento fixo mensal de US$ 30 para clientes dispostos a hospedar um sistema voltado para o oeste.

As concessionárias já começaram a alavancar os clientes – solares e não solares – como um ativo confiável no gerenciamento de picos de demanda elétrica. No verão passado, mais de 1 milhão de clientes em todo o país participaram de programas de “resposta à demanda comportamental”, em que pequenas mudanças no comportamento das famílias resultaram em reduções de pico regionais em grande escala de até 5% . Pode-se imaginar um desenvolvimento semelhante na arena solar: uma região com 25.000 telhados solares, especialmente se estrategicamente orientados, poderia enviar tanta energia no final da tarde de volta à rede quanto uma usina de pico de gás natural de 50 megawatts.

No futuro, os avanços tecnológicos podem apontar o caminho para diferentes abordagens para a orientação do painel solar. Por exemplo, os rastreadores solares podem girar um painel solar de leste a oeste ao longo de um dia para capturar o máximo de luz solar. Hoje eles são usados ​​em alguns sistemas de grande escala. Uma tecnologia de rastreamento solar acessível para telhados residenciais pode tornar discutível toda a questão de “sul versus oeste”.

Na mesma linha, o advento da tecnologia de armazenamento de energia eficaz pode favorecer os sistemas voltados para o sul que maximizam a produção total de eletricidade, armazenam e depois usam ou exportam energia durante as horas de pico de demanda regional.

Essas tecnologias são empolgantes, mas hoje ainda são caras e experimentais , e não há garantia de que estarão disponíveis em escala para o setor residencial em breve.

Enquanto isso, o céu ocidental está lá para ser tomado.

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