Carregamento solar de baterias em VRs - Por Adauto
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 Uma  das  novas  tecnologias  de  carregar  baterias  que  apareceu  no  ambiente  dos
Veículos de recreação (VRs) e que certamente vai prevalecer sobre as outras é a fotovoltaica
ou energia solar. A energia gratuita fornecida pelo Sol é cada vez mais usada na indústria de
VRs para o recarregamento das baterias.

 

Autor: By Gary Bunzer
Tradução/adaptação: José Adauto de Souza
http://www.rvdoctor.com/2001/01/is-solar-battery-charging-in-your-rving.html

 

 
  Os  termos energia  solar  e  VR  tem  sido  citados  conjuntamente  desde  os  anos  70, mas
não eram muitos os que acreditavam nela. Somente um pequeno grupo de crédulos acreditava
neste  tipo  de  energia  e  a  maioria  não  abraçou  a  idéia  de  implementá-la  nos  veículos  de
recreação.  Recentemente,  avanços  na  tecnologia  tem  legitimado  a  viabilidade  de  uso  de
energia solar em sistemas 12V dos VRs. Atualmente, mais e mais campistas, principalmente os
de  tempo  integral,  os  trilheiros  e  os  que  acampam  ao  ar  livre,  estão  capturando  e  usando  a
energia do Sol.
  A ciência por trás dos fotovoltaicos e o aprimoramento tecnológico das células solares é
muito  interessante  e  estimula  pesquisas  adicionais.  Para  os  nossos  propósitos  aqui,  pouco
falaremos sobre a tecnologia em si. O diagrama 1 mostra a conversão da luz solar em energia
elétrica. Tenha uma certeza, a de que avanços ocorrem rapidamente no aprimoramento desta
tecnologia.
                                                           
Diagrama 1 – conversão de luz solar em energia elétrica             
 
  As placas solares são feitas de silício cristalino puro moldados como lingotes de forma
cilíndrica. Os lingotes são serrados em lâminas e banhados por Boro e Fósforo. A placa solar é
um verdadeiro sanduíche formada pelas lâminas de silício, com pasta de prata e vidro. Quanto
maior a placa, maior a captura de luz solar e conseqüente geração maior de corrente elétrica.
Quanto maior a corrente elétrica, melhor será o planejamento e dimensionamento para o uso
da mesma.
 
Principais componentes de um sistema solar para VR
 
Módulo solar e painéis
  Montado sobre o teto (uma ou duas polegadas acima da superfície), os painéis solares
coletam  a  luz  do  Sol  e  a  converte  em  eletricidade  DC.  Placas  agrupadas  numa  configuração
múltipla  aumentam  a  capacidade  de  produção  de  energia.  As  necessidades  específicas  de
cada VR (associadas às prioridades do campista) são quem vão implicar na configuração dos
painéis  solares.  Assim  como  no  caso  de  outros  sistemas  elétricos  tais  como  geradores,
inversores,  alternadores,  conectores  e  transmissores,  etc.,  os  componentes  de  uma
configuração de carregamento de baterias via luz solar tem que ser dimensionados de acordo
com  as  necessidades  elétricas.  Não  faça  a  besteira  de  comprar  o  primeiro  sistema  que
encontrar  a  venda,  pois  a  configuração  adequada  para  um  VR  requer  um  planejamento
cuidadoso.
  Cada  painel  solar  consiste  num  arranjo  de  células  individuais.  Cada  célula  produz
aproximadamente  0.5  volts  de  corrente  DC.  Um  painel  típico  tem  36  células  que  vão  gerar
aproximadamente  18V  DC.  Como  os  sistemas  solares  em  VR  são  usados  para  carregar
bancos de baterias 12V, uma voltagem maior é necessária para prevenir efeitos de degradação
e perda de voltagem, entre outros fatores.    
  Painéis  solares  são  rotineiramente  classificados  pela  sua  capacidade  em  wat,  que  é  a
multiplicação  da  amperagem  pela  voltagem  (w=v.a)  ou  capacidade  em  amperes/hora.  Cada
célula  num  painel  é  conectada  em  série,  sendo  que  os  painéis  de  uma  forma  geral  são
conectados  em  paralelo.  O  dimensionamento/configuração  de  um  sistema  de  painéis  é
baseado  em  4  fatores:  o  número  de  células  em  cada  painel,  a  taxa  de  intensidade  de  luz
absorvida  pelas  células,  a  limpeza/transparência  dos  painéis  e  a  temperatura  alcançada  nas
células. Sombras diminuem sensivelmente a taxa de geração de energia. Então, claramente as
condições locais de luz solar e a estação do ano influem no rendimento dos painéis solares. Na
média,  os  sistemas  solares  são  aceitáveis  quando  alcançam  75-80%  de  sua  eficiência
operacional.
 
Tipos de células
   Três  são  os  principais  tipos  de  células  fotovoltaicas:  a  de  película  fina  (amorfa),  a
multicristalina (policristalina) e a cristalina simples (monocristalina). Fisicamente similares, são
inteiriças  e  uma  vez  expostas  a  luz  solar  vão  produzir  eletricidade.  A  depender  do  tipo  da
célula, o rendimento pode ser diferente nos sistemas desenhados para VRs. No caso dos VRs,
as  configurações  são  específicas  e  não  idênticas  às  usadas  em  residências,  exigindo  pouca
manutenção.  Normalmente  o  campista  tem  que  tão  somente  manter  a  superfície  das  placas
limpas e checar as conexões, de uma forma periódica.
  Atualmente,  os  painéis  amorfos  tem  grande  potencial,  embora  no  passado  recente
tenham  passado  por  processos  de  delaminação  (descamação)  que  implicava  em  baixo
rendimento.  Os  painéis  cristalinos  são  mais  eficientes  e  conseqüentemente  mais  populares  e
só  o  tempo  dirá  se  os  painéis  amorfos  atualmente  em  produção  vão  alcançar  esta  mesma
eficiência. Os painéis cristalinos são feitos para durar e as garantias do fabricante vão de 25 a
35  anos.  Obviamente  os  painéis  cristalinos  são  os  mais  indicados  para  os  veículos  de
recreação.
 
Falando de eficiência.
  Qual  a  quantidade  de  energia  que  será  efetivamente  disponibilizada  para  o
carregamento das baterias? Algumas coisas a considerar:
a)  painéis monocristalinos possuem eficiência de 15 a 17%
b)  painéis policristalinos possuem eficiência de 14 a 16%
c)  painéis amorfos só possuem eficiência entre 6 e 8%
 
Os  painéis  amorfos  podem  custar  menos  por  wat  gerado,  mas  vão  exigir  o  dobro  ou
mais do espaço no teto para gerar a mesma quantidade de energia. Então o campista tem que
sabiamente escolher o tipo cristalino, apesar de um pouco mais caro. De uma forma geral, os
cristalinos ocupam menos espaço e são mais eficientes.
A  redução  de  eficiência  dos  painéis  está  atrelada  a  baixa  exposição  ao  sol  e  é
inversamente  proporcional  ao  aumento  de  temperatura  nas  células.  Uma  vez  que  os  painéis
são instalados em posição horizontal nos tetos dos VRs, a máxima captura de energia ocorrerá
quando  o  Sol  estiver  a  pino.  Por  outro  lado,  altas  temperaturas  nas  células  diminuem  a
eficiência  de  geração  de  energia,  muito  similar  ao  que  acontece  com  as  baterias:  baterias
aquecidas  perdem  eficiência  operacional.  Então,  quanto  maior  a  capacidade  de  transferência
de energia do painel, mais indicado é o painel.  
 
  Perdas de corrente e voltagens em sistemas solares para VR são atribuídas, mas não
limitadas a:
a)  Intensidade da luz. Quanto mais esta brilhar, mais energia irá gerar. Como exemplo,
se um painel recebe 1000w por metro quadrado de luz solar e tem capacidade para
tal,  produzirá  1000w  de  energia.  Se  este  mesmo  painel  só  receber  500W  de  luz,
produzirá somente 500w de energia.
b)  Sombra. Os painéis nos VRs estão sujeitos a sombras periódicas (nuvens, árvores,
antenas, ar condicionados, etc…), o que reduz a sua capacidade de produzir energia.
c)  Temperatura  da  célula.  Quanto  mais  quente  estiver  a  célula  num  painel,  maior  a
queda de voltagem na saída gerada. Sempre opte por painéis que possam produzir
17V ou mais: quanto  maior a voltagem, melhor.
d)  Ângulo da luz do Sol. A menos que equipado com um equipamento automático que
rastreie  a  direção  da  luz  do  Sol,  parte  da  luz  será  refletida  na  superfície  do  painel,
reduzindo  sua  capacidade de  gerar  energia.  Existem  equipamentos  que fazem este
rastreamento, mas recomenda-se recuperar esta perda de energia com mais painéis
e não optar por este tipo de equipamento rastreador.
e)  Conexões elétricas ruins. Todas conexões elétricas possuem resistência à passagem
da  corrente:  sendo  ruins,  esta  resistência  é  ainda  maior  o  que  implica  em  maiores
perdas na transferência da energia.
f)  Drenos parasitas. A maioria das baterias e carregadores consomem parte da energia
gerada:  estas  perdas  tem  que  ser  contabilizadas  quando  dimensionando/
configurando  os painéis solares.
 
Controladores de carga
  Os  controladores  de  carga  são  componentes  cruciais  nos  sistemas  de  carregamento
solar.  Em  algumas  ofertas  de  mercado,  este  item  é  oferecido  como  opcional  e  nomeado
“regulador de voltagem”. Na verdade, este regulador é obrigatório no carregamento de baterias
para prevenir sobrecarregamento. Se você tem uma necessidade real de energia a partir da luz
solar,  não  vacile  e  compre  um  sistema  com  um  bom  controlador  de  carga.  O  controlador  de
carga  monitora  a  voltagem  e  corrente  passadas  para  o  banco  de  baterias.  Sem  este
controlador,  a  corrente  gerada  nos  painéis  fluirá  de  forma  descontrolada  para  as  baterias,
provocando  o  sobrecarregamento  e  danificando  as  baterias,  ou  seja,  haverá  um  forte
encurtamento da vida útil dos bancos de baterias.
 
Os três principais controladores de carregamento solar encontrados em VRs são:
–  Com resistência
–  Estágio duplo
–  Múltiplo estágio ou MPPT
                              

 
Controlador  com  resistência(shunt).  É  o  mais  simples  de  todos  e  pode  ser  considerado
como uma chave liga/desliga. É também o mais barato, repassando corrente independente da
voltagem  disponível.  Este  sistema  simplesmente  interrompe  a  passagem  da  corrente  para  as
baterias  ao  alcançar  uma  voltagem  pré-determinada  e  não  selecionável.  A  corrente  não
repassada para carregamento é dissipada para um aterramento, que superaquece e necessita
de um dissipador de calor potente. Este tipo de controlador também tem limitação no máximo
de corrente que pode ser transferida.
Controlar de estágio duplo. È um equipamento mais funcional, que elimina a necessidade de
energia  solar  abundante.  Este  sistema  monitora  a  voltagem  da  bateria  e  faz  controle  na
transferência  de  energia  para  o  banco.  Entretanto,  quando  a  capacidade  máxima  de
carregamento é alcançada (tipicament 95%), o controlador passa a transferir carga em baixas
taxas  até  atingir  o  máximo  de  carregamento  possível.  Embora  a  energia  nunca  seja  perdida,
falta aos controladores de estágio duplo eficiência e otimização das baterias.   
Controlador  de  Múltiplo  Estágio  ou  controlador  de  Máximo  Alcance  de  Carga  (MPPT,
Maximum  Power  Point  Tracking).  Este  controlador  de  carregamento  é  de  longe  o  mais
sofisticado  e  o  mais  recomendado.  Este  controlador  é  o  que  tem  o  melhor  método  de
carregamento de baterias, mantendo as mesmas no máximo possível de carga o tempo todo.
Comparativamente,  equivale  aos  carregadores  (110/220V)  de  bateria  inteligentes  com
flutuação  e  opcionalmente  equalização.  Este  sistema  protege  contra  excesso  de  carga  solar,
curto-circuitos,  altas  voltagens  dos  painéis  e  previne  baixas  voltagens  nas  baterias.  Entre
outras  peculiaridades,  possuem  proteção  contra  polaridade  invertida,  proteção  contra
temperaturas  altas,  leitura  LCD  da  voltagem  do  banco  de  baterias,  corrente  (voltagem)  de
carregamento  e  monitoramento  do  consumo  momentâneo  dos  equipamentos  ligado  as
baterias.
  Alguns  modelos  de  controladores  MPPT  incorporam  capacidade  de  carregamento  de
45Ah  com  compensação  de  temperatura  e  equalização  da  bateria.  A  carga  de  equalização é
basicamente  uma  pequena  sobrecarga  em  intervalos  regulares  que  evitam  a  sulfatação  da
bateria  e  permite  que  todas  as  células  da  mesma  alcancem  o  seu  máximo  de  carga.  Alguns
controladores avançados permitem a adição/seleção de informação do banco de baterias tais
como  voltagem,  capacidade  e  tipo.  Resumindo,  o  sistema  de  carregamento  com  controle
múltiplo inclui 4 estágios: carga principal, carga por absorção, carga flutuante e equalização.   
 
Dimensionando um sistema de carregamento solar
  Duas  coisas  são  importantes  ao  dimensionar  um  sistema  de  carregamento  solar:
primeiro, os componentes devem ser dimensionados às necessidades de um VR em particular;
segundo,  o  banco  de  baterias  tem  que  ser  adequadamente  dimensionado  para  receber  a
corrente  produzida  nos  painéis  solares.  Evite  a  situação  onde  um  proprietário  de  VR  instalou
um sistema sub-dimensionado para o banco de baterias que nunca vai carregar as mesmas, ou
pelo  contrário,  um  banco  sub-dimensionado  que  vai  ser  arruinado  pelo  excesso  de  carga
produzido  pelos  painéis  solares.  Em  todos  os  casos,  o  dimensionamento  tem  que  ser
corretamente calculado. Tanto a definição do número de painéis como a capacidade do banco
de  baterias  tem  que  estar  atrelados  aos  hábitos  do  campista,  tipo  de  acampamento  e
equipamentos do VR.
  Outro  fato  importante  a  ser  considerado  é  que  alguns  equipamentos  tem  taxa  de
consumo em amperes e outros em wats. Recomenda-se que o campista tenha anotado todas
estas  taxas  em  ampere/hora  e  faça  estimativas  de  seu  consumo  no  dia  a  dia,  consumo  este
atrelado  aos  seus  hábitos  diários.  Claro  é  que  o  campista  tem  que  estar  ciente  quais  os
equipamentos que estão sendo alimentados pelo banco de baterias. Na conta final, o usuário
deve colocar uma reserva de 30% para os pequenos equipamentos de consumo contínuo tais
como  amplificador  de  antena,  alarme  para  CO,  circuitos  stand-by,  painéis  de  monitoramento,
etc. Também tem que se levar em conta as perdas por conversão, fugas, mudanças climáticas
sazonais, etc. Tenha em mente que cada VR é diferente um do outro. Não há como se falar em
médias  aceitáveis  para  todos  os  VRS,  mas  sim  que  cada  VR  em  uso  tem  sua  necessidade
média  de  carregamento  diário  das  baterias.  Para  calcular  o  número  de  painéis  necessários,
bastaria dividir a necessidade diária de carga pela capacidade de cada painel.
 
  Algumas regras básicas podem ser usadas para determinar a necessidade de carga:
a)  se a única necessidade é a manutenção básica da bateria (para evitar descarga total
e  danos),  um  único  painel  de  100W  é  suficiente.  Para  o  caso  dos  motorcasas,
recomenda-se uma capacidade instalada de 200W.
b)  Para  acampamentos  sem  nenhum  outro  recurso  de  energia  elétrica  (acampamento
selvagem ou dry camp) 3 painéis de 100W podem ser suficientes. É claro que neste
tipo de acampamento o uso de energia elétrica é sempre pequeno, normalmente só
para iluminação e equipamentos de baixo consumo.
c)  Para jogos, TV e uso intensivo de música (CD ou DVD) é aconselhável dimensionar o
carregamento para 400-600W
d)  Para os casos de acampamentos selvagens por períodos longos, aconselha-se não
sair  de  casa  sem  um  sistema  de  carregamento  de  800-1000W,  especialmente  nos
casos  de  uso  de  computadores,  impressoras,  smartphones,  tablets  e  outros
equipamentos de escritório.
 
A  qualquer  momento,  mais  painéis  podem  ser  adicionados  ao  sistema  a  depender  do
aumento de demanda ou aumento de equipamentos, tão somente dependendo de área
disponível  no  teto  do  VR.  Combinações  sofisticadas  de  painéis  estão  disponíveis  e
permitem adição de novos painéis sem emendas, de forma efetiva e segura (figura 3).
 
Banco de baterias
  Embora  os  sistemas  de  carregamento  solar  possam  ser  conectados  a  qualquer  banco
12V  de  baterias,  é  importante  mencionar  que  nem  toda  bateria  é  compatível  com  sistemas
fotovoltaicos.  Até  pouco  tempo  atrás,  um  dos  aspectos  negligenciados  nos  sistemas  solares
para  VR  era  a  baixa  capacidade  de  armazenamento  das  baterias.  Para  se  adequar  a  isto,  é
necessário  fazer  um  aprimoramento  (upgrade)  no  banco  de  baterias  de  forma  a  maximizar  o
aproveitamento  da  energia  solar  gerada.  Atualmente,  a  maioria  dos  fabricantes  produzem
baterias adequadas para carregamento solar. As baterias AGM (absorção do ácido por fibra de
vidro) são as mais recomendadas para este caso.
  Quantas baterias são necessárias? Uma vez dimensionadas as necessidades de carga
e o número de painéis solares, basta então configurar o banco de baterias que armazenará de
forma apropriada esta carga. A autonomia das baterias ou reserva de carga tem também que
ser incluída nos cálculos. A autonomia do banco de baterias é o número de dias que o banco
vai fornecer energia sem o auxílio de carregamento de energia solar. Normalmente estima-se 2
dias  sem  carregamento  como  aceitável,  mas  isto  pode  variar  em  função  da  estação  do  ano,
chuvas,  etc.  Recomenda-se  uma  margem  de  segurança  de  30%  nestes  cálculos,  ou  seja,  a
capacidade de armazenamento das baterias deve ser suficiente para 2,6 dias.
 
 

 
 
Se  possível,  recomenda-se  que  voce  tenha  um  banco  de  baterias  que  seja  o  máximo
possível  que  o  seu  VR  possa  armazenar.  Esteja  alerta  para  a  distribuição  de  peso,  pois
baterias são pesadas.
O  próximo  passo  é  considerar  o  tipo  de  bateria  para  o  arranjo  solar.  Tenha  em  mente
que  nem  toda  bateria  é  adequada,  principalmente  as  baterias  de  partida  (de  automóvel).
Baterias de ciclo profundo (estacionárias) são indicadas, mas o melhor é um banco de baterias
AGM (absorbent glass material). Um detalhe destas baterias é que as mesmas não necessitam
de carregadores flutuantes (4 estágios). De qualquer maneira, os carregadores inteligentes ou
MPPT estão capacitados a carregar todos os tipos de bateria empregados em VRs: gel, selada,
inundada e AGM.  
  Embora sistemas sofisticados de carregamento solar para VR sejam caros, os custos
iniciais são rapidamente compensados, especialmente no caso dos campistas de tempo
integral, pois maximiza-se a capacidade do sistema elétrico DC.
  Relembrando, a recreação com VR é mais que um hobby, é um estilo de vida.
 
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