INTRODUÇÃO
A construção civil é uma das atividades que tem se modificado para respeitar os princípios da sustentabilidade, isto porque são nas edificações que ocorrem grande parte das ações humanas que demandam recursos naturais. Deste modo, são buscadas tecnologias para diminuir os impactos ao meio ambiente.
Pela sua ampla vida útil, as edificações que são mal projetadas ou gerenciadas trazem prejuízos à sustentabilidade e ao meio ambiente. Assim sendo, as energias renováveis surgem como uma opção para o abastecimento sustentável das edificações e atividades humanas, visto que este tipo de energia possibilita a geração de energia, seja térmica ou elétrica, a partir de fontes limpas.
É possível integrar equipamentos fotovoltaicos desde a fase de projeto do edifício, tratando-o como um elemento de construção completamente separado, maximizando assim as qualidades estéticas do projeto arquitetônico.
Além disso, é possível utilizar o próprio módulo fotovoltaico, seja ele de silício cristalino, filme fino, orgânico ou transparente para ser a estrutura de um ambiente, como por exemplo, fachadas, coberturas, telhados, entre outros.
BAPV E BIPV
BAPV
BAPV, do inglês Building Applied Photovoltaics, fotovoltaico aplicado (ou ainda anexado, adicionado) ao edifício, são elementos fotovoltaicos instalados em sobreposição do painel paralelo à estrutura do edifício. Nestes sistemas, a energia e o desempenho não são tão penalizados pela orientação não ideal das superfícies do envelopamento do edifício, onde os módulos PVs são colocados sobre a superfície e não substituem um material de construção. Há ainda, a necessidade da utilização de estruturas funcionando como suporte para definição da orientação e inclinação dos módulos fotovoltaicos.
A instalação não é muito cara, quando comparado ao BIPV, além disso, várias formas de tecnologia de constituição de módulos podem ser utilizadas nesse tipo de instalação, principalmente aqueles que utilizam frames. Não seguem padrão da estrutura do local, ou seja, são adaptáveis. Por fim, estudos de dimensionamento e energéticos são melhores realizados, pois consegue diminuir perdas por sombreamento.
BIPV
BIPV, do inglês Building Integrated Photovoltaics, são integrados em edifícios e construções, consistem em elementos fotovoltaicos com dupla funcionalidade: substituindo os elementos convencionais de construção e gerando energia. Eles são arquitetonicamente integrados ao projeto do edifício e servem como material de envelope de construção e gerador de energia ao mesmo tempo.
O QUE DISTINGUE UMA INSTALAÇÃO BAPV DE UMA BIPV?
Essas duas técnicas de integração de instalação solar fotovoltaica compartilham a característica de serem utilizadas na indústria da construção. Em ambos os casos, o objetivo é tornar as superfícies ativas, incluindo coberturas inclinadas e planas (telhas, painéis metálicos e membranas impermeabilizantes), fachadas, protetores solares, guarda-corpos e clarabóias.
A principal diferença entre BAPV e BIPV é a maneira como são projetados e integrados ao edifício em questão.
O método BAPV consiste em ajustar os módulos às superfícies existentes por meio de sobreposição, uma vez que a construção tenha sido concluída, como durante um projeto de renovação energética. Esta é a abordagem adotada para soluções fotovoltaicas tradicionais.
Já o método BIPV inclui a substituição do elemento de construção tradicional por materiais que incorporem módulos fotovoltaicos. Isto oferece uma dupla função, nomeadamente produzir energia e fornecer um elemento de construção para o edifício acabado. A segunda técnica pode ser empregada a qualquer momento, desde o início ou durante a obra, ou posteriormente, em caso de reforma de um trecho da edificação (telhados, janelas, revestimentos etc.). Esta é a abordagem preferida ao projetar um produto de arquitetura “ativo”.
Nas áreas urbanas, a exploração apenas das superfícies dos telhados dos edifícios permanece limitada, uma vez que tem sido geralmente preferido, por razões de restrições de espaço, construir edifícios altos em terrenos menores. Os terraços são cada vez mais áreas sociais privilegiadas, deixando menos espaço para equipamentos técnicos. O ideal é, portanto, optar pela integração de equipamentos que possam ser utilizados em tantas superfícies disponíveis quanto possível e que sejam fáceis de instalar. Por último, em áreas urbanas onde a manutenção da qualidade estética dos espaços é uma questão importante, o BIPV também tem a vantagem de tornar mais discreta a presença dos módulos fotovoltaicos. Diante desses objetivos, o método de integração BIPV vem se tornando cada vez mais a solução ideal para aplicação em áreas urbanas.
Figura 1 – Exemplo de instalação
Neste último caso, os BIPVs têm um grande potencial em comparação com os sistemas não integrados. Existem muitos estudos de caso que investigam o desempenho térmico de elementos fotovoltaicos e seu impacto no aumento ou redução da temperatura interna de um edifício (Cuce, Young, & Riffat, 2015; Young, Chen e Chen, 2014). O potencial isolamento térmico com base no uso de painéis fotovoltaicos como revestimento ou material de cobertura pode envolver uma importante economia de energia devido a o maior coeficiente geral de transferência de calor (valor U) da construção convencional materiais e, consequentemente, o maior consumo de energia exigida pelo ar-condicionado sistema (TOLEDO, 2016).
LINHA DO TEMPO E CAPACIDADE EUROPA
A figura 2 mostra a linha do tempo da BIPV.
Figura 2 – Linha do tempo BIPV
Fonte: BIPV: A practical handbook for solar buildings’ stakeholders
A figura 3 mostra a potência instalada em MW, de BIPV, na Europa, até o ano de 2019.
Figura 3 – Quantidade em MW instalada na Europa
Fonte: BIPV: A practical handbook for solar buildings’ stakeholders
APLICAÇÕES BIPV
Algumas aplicações do uso do BIPV em alguns locais. Podem fazer parte do edifício, como telhados, fachadas, coberturas e superfícies envidraçadas.
Nas coberturas fotovoltaicas, a sustentabilidade funde-se com a habitabilidade e a eficiência, resultando em edifícios amigos do ambiente que cuidam das pessoas que os habitam. Conforme ilustrado na figura 4.
Figura 4 – Cobertura de uma passarela
Fonte: https://bipv.solutions/en/services/
A integração de módulos fotovoltaicos em barreiras acústicas ao longo de rodovias e ferrovias é uma alternativa interessante para a integração de edifícios, podem ser vistas na figura 5.
Barreiras acústicas fotovoltaicas (PVNB) ao longo de rodovias e ferrovias hoje permitem uma das aplicações mais econômicas de sistema fotovoltaicos conectados à rede com os benefícios adicionais de usinas em grande escala e sem consumo extra de solo. Como no caso das edificações, nenhum terreno é consumido e a estrutura de suporte já está instalada.
Figura 5 – Barreira acústica
Solução para utilização na formação de beirais, uma vez que constituem uma gama de vidros tecnológicos ativos que têm a propriedade de gerar energia elétrica e podem ser utilizados tanto em edifícios novos como em reformas.
Esses tipos de soluções são perfeitos para combinar design e funcionalidade, combinando design e instalação elétrica, e são mostradas na figura 6. Os beirais são transformados graças aos painéis em elementos integrantes da instalação elétrica do edifício.
Figura 6 – Beirais
Estacionamento Solar, ou conhecido comercialmente como Carport, como mostrado na figura 7, além de aproveitar o benefício da proteção contra agentes meteorológicos, consegue utilizar sua estrutura para geração de energia. Já são bastantes vistas em instalações.
A geração de energia tem diversos usos, como recarga de veículos elétricos, autoconsumo e, portanto, redução no faturamento do consumo elétrico da rede.
Figura 7 – Estacionamento Solar (Carport)
As construções podem ser realizadas de muitas maneiras diferentes e resultam em uma ampla gama de soluções, mostradas nas figuras 8 e 9. As fachadas proporcionam ao visitante uma primeira visão do edifício. É o meio habitualmente utilizado por arquitetos e designers para transmitir a ideia do edifício e os desejos do cliente através de uma linguagem de formas e cores. Deixa o ambiente mais sofisticado e ecológico.
Figura 8 – Fachadas
Figura 9 – Fachadas
A telha solar é potencialmente um dos produtos mais inovadores do portfólio, apesar de ainda caro no Brasil. Ele apresenta um grande desafio para ser implementado em escala. Produzido na Solar Gigafactory da Tesla em Buffalo, Nova York, a Tesla lutou para refinar o design dos ladrilhos não apenas para a produção em massa, mas para instalações rápidas, eficientes e duradouras. Apesar de gerarem energia, a manutenção desse tipo de telha é mais complexa e desafiadora. A figura 10 exemplifica a utilização da telha.
Figura 10 – Telha Solar
APLICAÇÕES BAPV
A aplicação mais usual de BAPV são instalações em telhados e coberturas, onde o telhado, seja de cerâmica, metálica, fibrocimento, já estão instalados e o sistema é instalado acima dessas estruturas. A figura 11 ilustra o caso.
Figura 11 – CIGS em telhado
Sistemas instalados sobre a laje também são comuns de se ver, conforme figura 12.
Figura 12 – Sistema instalado sobre a laje
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Em comparação com instalações tradicionais de energia solar, o BIPV apresenta uma série de vantagens. A primeira delas é que a instalação não fica limitada aos telhados. Diversas superfícies podem ser exploradas na integração dos módulos fotovoltaicos através do BIPV: fachadas, claraboias, grades do prédio, beirais, marquises e muito mais. Tornando-se parte da estrutura, o sistema de energia solar BIPV pode criar um efeito arquitetônico único.
Por essa razão, o sistema fotovoltaico passa a ser parte da estética do edifício. É possível brincar com a transparência e cor dos painéis solares. Quando integrado a fachadas ventiladas, claraboias ou janelas semi-transparentes, o BIPV pode contribuir para manter certa temperatura dentro do edifício, economizando assim energia com ar-condicionado ou aquecimento.
Painéis tradicionais também podem ser utilizados nessa integração. Não é preciso recorrer apenas aos filmes finos ou outras tecnologias mais caras. Uma das aplicações mais frequentes de BIPV, inclusive, é na substituição de coberturas de garagem e estacionamentos tradicionais. Além de gerar energia limpa e renovável, os painéis produzem sombra e proteção para os veículos.
No Brasil, o BIPV ainda é um nicho relativamente pouco explorado pelo mercado. Entretanto, os arquitetos vêm utilizando cada vez mais o BIPV na concepção de novos edifícios. As políticas de sustentabilidade e energia limpa em empreendimentos ajudam a impulsionar a demanda por painéis solares e películas BIPV.
fornecer proteção contra os raios do sol;
isolamento térmico;
proteção contra a chuva;
sombreamento parcial de áreas;
substituição de telhas
Ainda assim, há algumas desvantagens, tais como: alto custo quando comparado ao sistema BAPV (convencional), manutenção mais criteriosa devido ao fato de, em alguns casos, serem mais complexos.
REFERÊNCIAS
BIPV. A Practical handbook for solar buildings’s stakeholders. 2020. Disponível em: < https://solarchitecture.ch/wp-content/uploads/2020/11/201022_BIPV_web_V01.pdf>. Acesso em 07 de abril de 2021
TOLEDO, Carlos. BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAICS (BIPV) VS. BUILDING ATTACHED PHOTOVOLTAICS (BAPV): BALANCE BETWEEN ENERGY PRODUCTION AND ARCHITECTURAL DESIGN. CARTAGENA. 2016
FARIAS, R. T.; MONTEIRO JR., P. N. M.; NASCIMENTO, A. C.; BLASQUES., L. C. M.; LONGO, F. M. V.; VINAGRE, M. V. A.; BIPV e BAPV: avaliações a partir de conceitos teóricos,deaspectos positivos e negativos e de estimativas de desempenho energético para regiões de baixa latitude. V Congresso Brasileiro de Energia Solar. Recife, 2014
NREL. Building-Integrated Photovoltaics (BIPV) in the Residential Section: An Analysis of Installed Rooftop Prices. 2012. Disponível em: < https://www.nrel.gov/docs/fy12osti/55027.pdf> Acesso em 02 de julho de 2022