Energia Solar e Vacinas: como os Sistemas Off Grid possibilitam a imunização em áreas remotas

Pouca gente sabe, mas energia solar e vacinas são dois assuntos que podem ter muito a ver.

Em tempos de pandemia, quando se fala em vacinação, a associação imediata é com a Covid-19. Porém, existe um calendário de imunização no Brasil que possibilitou erradicar diversas doenças nas últimas décadas. Todas as vacinas brasileiras são aplicadas conforme o Plano Nacional de Imunização (PNI), em um esforço coordenado entre União, Estados e Municípios.

Em muitos casos, a conservação das vacinas que protegerão a população só é possível graças à instalação de sistemas de Energia Solar Off Grid, que permitem o funcionamento de geladeiras para refrigerar os imunizantes 24 horas por dia.

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O desafio de levar Vacinas para Regiões Remotas

Um dos maiores desafios para vacinar a população brasileira é chegar a áreas remotas e manter a integridade dos imunizantes, considerando que muitas regiões do país não contam com energia elétrica ou possuem instalações precárias, com constantes quedas de luz.

Nesses casos, diversos lotes de vacina correm o risco de estragar se não forem armazenados em geladeiras que mantenham os imunizantes refrigerados na temperatura ideal. Diante desse problema, uma solução de grande importância é a instalação de sistemas Off Grid de energia solar fotovoltaica, que contam com baterias e permitem manter uma geladeira ligada mesmo em um local isolado.

Vacinação - Geladeira - Aplicação Energia Solar Fotovoltaica Off Grid
Sistemas Off Grid de Energia Solar contribuem com o cronograma de vacinação por permitirem que regiões remotas do Brasil mantenham geladeiras ligadas para conservas os imunizantes (Crédito da Imagem: Ronstik/ Pixabay/ Reprodução Neosolar)

Energia Solar e Vacinação: Muito além da Covid-19

Algumas doenças menos contagiosas podem aguardar um pouco mais pela chegada de agentes de saúde com a logística necessária para campanhas temporárias. Mas no caso da Covid-19, por exemplo, o esforço precisou ser rápido e coordenado, a fim de organizar a vacinação em tempo recorde e ainda atender às específicas necessidades de temperatura dos imunizantes — cuja validade é menor e sensibilidade à temperatura, muito maior.

Por isso, em áreas remotas do Brasil, os sistemas de Energia Solar Off Grid, cuja geração é completamente independente de qualquer ligação com a rede elétrica, se apresentaram como uma solução adequada para manter o fluxo constante de energia em unidades de saúde e, assim, garantir a vacinação contra a Covid-19 – e outras doenças.

No Norte do País, por exemplo, com o apoio de ONGs e fundações internacionais, esse tipo de sistema está fornecendo energia solar a Unidades Básicas de Saúde (UBSs) que atendem comunidades e aldeias indígenas, possibilitando cumprir as exigências do PNI.

Vacinação África com Energia Solar
Programa da Unicef possibilitou vacinação em áreas remotas da África graças à instalação de placas solares (Crédito da Imagem: Unicef/ Conexão Planeta/ Reprodução NeoSolar)

Autonomia energética em Sistemas Off Grid

As geladeiras usadas para acondicionar vacinas em UBSs da Região Norte, sobretudo em comunidades ribeirinhas, ficam conectadas na energia fotovoltaica, que também possibilitou autonomia energética e informatização das unidades. Milhares de pessoas estão sendo beneficiadas e as UBSs atualmente podem ter equipamentos que antes não tinham condições de funcionar, como inaladores, para atendimentos de urgência.

Anteriormente, as unidades de saúde dependiam de geradores a diesel para funcionar, equipamentos que também forneciam energia para outros locais públicos e residências. Frequentemente, a energia gerada não era suficiente para manter o funcionamento de todos os prédios e casas adequadamente por conta da corrente elétrica instável.

Nos sistemas fotovoltaicos das UBSs, dimensionados para funcionar 24h/dia, são utilizadas baterias de lítio e inversores, melhorando a qualidade do atendimento primário à saúde. O sistema, normalmente, compreende um gerador fotovoltaico de 3,68 KWp, painel solar, inversor solar e bateria solar de lítio 48V 3,6KWh.

Energia Solar Off Grid - Geladeira armazenamento de vacina
Energia Solar e Vacinas: imunizante sendo retirado de imunizante em Uganda, na África, com refrigeração possibilita por um sistema Off Grid de Energia Solar Fotovoltaica (Crédito da Imagem: Unicef/ Conexão Planeta/ Reprodução NeoSolar)

Por ser Off Grid, com a utilização apenas da energia solar produzida pelos painéis fotovoltaicos, o sistema distribui automaticamente energia para as unidades de saúde e o excedente é armazenado em baterias. Para gerenciar a produção e o consumo, é instalado um inversor-carregador, que converte a corrente contínua dos painéis em corrente alternada, conforme a demanda.

Para que o sistema funcione de maneira adequada, é necessário utilizar baterias para armazenar a energia gerada pelos painéis solares, garantindo que mesmo em momentos de baixa geração de energia, como em dias nublados, o fornecimento seja constante. A alternativa viável a longo prazo  é a bateria solar de lítio ferro-fosfato, já que permite o uso quase total de sua carga sem afetá-la, mantendo sua eficiência em até 10 anos.

África: geladeiras de vacinas em sistemas Off Grid

Um consórcio de organismos internacionais foi criado no ano passado para garantir que regiões mais pobres e com difícil acesso tenham condições de vacinar a população contra a Covid-19. O Unicef (Fundo das Nações Unidas para a Infância), por meio desse consórcio, vem investindo na compra e instalação de refrigeradores com energia solar fotovoltaica para o continente africano.

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Até o momento, de acordo com dados da ONU, 672 milhões de doses foram entregues aos países africanos, sendo 65% viabilizadas pelo Covax, bem como as seringas necessárias para essa aplicação. Atualmente, conforme a OMS, apenas 11% da população adulta africana está totalmente vacinada. 

Os refrigeradores funcionam com energia gerada por meio de placas solares em telhados de unidades de saúde, mas, nos sistemas africanos, as baterias foram eliminadas e a energia é armazenada diretamente na geladeira. Vacinar a população no continente é uma rotina do Unicef mesmo antes da pandemia, e a Covid-19 acelerou o processo de aperfeiçoamento para resfriar os imunizantes por mais tempo e em condições adequadas.

Energia Solar sem conexão à Rede Elétrica

Os sistemas Off Grid, assim como os On Grid, precisam ser instalados por técnicos qualificados que levem em consideração diversas questões para a montagem do sistema, como a carga necessária para manter o funcionamento constante. Eles são normalmente mais utilizados em localidades remotas, em que a rede elétrica não está disponível, como sítios, fazendas, comunidades isoladas, entre outras, mas também são opção para quem deseja ter independência energética em sua própria casa.

Geladeira - Energia Solar e Vacinas - Sistema Off Grid
Geladeira mantida com Energia Solar Off Grid garante a refrigeração de vacinas no Sudão do Sul (Crédito da Imagem: Unicef/ Conexão Planeta/ Reprodução NeoSolar)

Quem realiza a instalação deve considerar a eficiência global do sistema para não sobrecarregar as baterias, calculando sua carga e a capacidade real do conjunto, o que garante a vida útil de todo o equipamento. Além disso, o técnico também deve levar em consideração o cálculo de como manter o sistema com sobra de energia, para que não haja problemas em dias nublados ou chuvosos.

Assim, é possível ter segurança em relação ao fornecimento diário de energia pelo arranjo fotovoltaico conforme seu local de instalação, pensando inclusive na irradiação solar da cidade em que está o sistema e sua autonomia necessária.

Painel solar fotovoltaico é instalado em Serra Leoa para garantir funcionamento de geladeira que armazena vacinas (Crédito da Imagem: Unicef/ Conexão Planeta/ Reprodução NeoSolar)

Bateria de Lítio Solar: do celular no seu bolso para os Sistemas Fotovoltaicos

A busca por uma alternativa ao uso de combustíveis fósseis está cada vez mais presente na agenda das empresas e da sociedade de modo geral. E o uso de baterias está intimamente ligado a essa preocupação, especialmente quando falamos das baterias de lítio — dispositivos que há anos podem ser encontrados em diversos itens eletrônicos (como notebooks e celulares), mas que já se tornaram comuns também em aplicações de energia solar fotovoltaica. É a bateria de lítio solar!

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Para chegar à tecnologia utilizada nos sistemas de geração de energia solar, as baterias passaram por um longo processo de desenvolvimento. O primeiro modelo de bateria de lítio foi inventado em 1970 e viabilizado comercialmente em 1991. A partir daí, o desenvolvimento dessa tecnologia tornou possíveis sistemas de armazenamento de energia solar e eólica, um vislumbre de um futuro mais verde.

Sua aplicação está presente no dia a dia de todas as pessoas e, no caso dos sistemas de energia solar, a bateria LFP (lítio ferro-fostato) é a mais indicada — seja nos sistemas On Grid, que contam com outra fonte de energia paralela (como a elétrica, por exemplo); ou seja nos sistemas Off Grid, sem a dependência de outra fonte de energia.

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A bateria LFP oferece diversas vantagens para qualquer sistema de energia solar fotovoltaica, que incluem sua melhor densidade energética (grande capacidade de armazenar energia em menos espaço), a longa durabilidade e diversos outros benefícios.

Em muitos casos, portanto, a bateria de lítio solar é uma melhor opção do que as tradicionais baterias estacionárias de chumbo-ácido.

Bateria Solar Lítio Ferro Fosfato - LFP - Unipower - Unicoba - Neosolar
Bateria LFP (Lítio-Ferro Fosfato) da Unipower, indicada para sistemas fotovoltaicos de energia solar (Crédio da Imagem: Unicoba/ NeoSolar)

Quem inventou a bateria de lítio?

Um trio de cientistas premiado com o Nobel de Química em 2019 foi responsável pela invenção da bateria de lítio como conhecemos atualmente. A história começa na década de 1970, quando o britânico Stanley Whittingham estava pesquisando fontes de energia que não dependessem de combustíveis fósseis.

Ele inventou uma bateria em que um dos polos era parcialmente feito a partir do lítio metálico, que tinha força suficiente para liberar elétrons e gerar energia. Essa bateria tinha potencial de geração de até 2 volts. Porém, o lítio metálico era reativo e a bateria não era viável por ser potencialmente explosiva.

Na tabela periódica, o lítio pertence à família 1A da classificação dos elementos químicos (Crédito da Imagem: NeoSolar)

Anos depois, o americano nascido na Alemanha John B. Goodenough passou a pesquisar mais sobre o assunto e otimizou o primeiro protótipo desenvolvido por Wittingham, tornando possível dobrar a potência do modelo original, de forma mais estável, por meio da combinação de óxido de cobalto e íons de lítio. Aos 97 anos, ele se tornou a pessoa mais velha a ganhar um Prêmio Nobel, em 2019.

O japonês Akira Yoshino, por sua vez, foi responsável por transformar a bateria criada por Goodenough em um produto comercialmente viável, substituindo o lítio do ânodo por coque de petróleo, capaz de intercalar íons de lítio. Esse primeiro produto, finalizado em 1985, passou a ser distribuído inicialmente como bateria recarregável de máquinas filmadoras da Sony, no início da década de 1990.

Já no século 21, a popularização das baterias de lítio, especialmente com a alta demanda por veículos elétricos, fez com que a produção global aumentasse consideravelmente. Somente em 2018, foram produzidas 85 mil toneladas de lítio, conforme relatório anual do United States Geological Survey (USGS).

John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham e Akira Yoshino: o trio de centistas que recebeu o Prêmio Nobel de 2019 pela invenção da bateria de lítio (Crédito da Imagem: Nobel Prize/ Reprodução)

Baterias LFP: o Lítio Ferro-Fosfato na Energia Solar

As baterias mais indicadas em sistemas de geração solar são as de fosfato de lítio e ferro (LiFePO4), ou lítio ferro-fosfato – também conhecidas por outras nomenclaturas, como LFP e li-fosfato. Juntando as propriedades do lítio e do fosfato em prol do armazenamento de energia, trata-se de um tipo de baterias de íon-lítio relativamente novo no mercado.

Quando comparadas com baterias estacionárias de chumbo-ácido e outros tipos de baterias de lítio, as baterias LFP oferecem mais eficiência de carga e descarga, mais vida útil e alta capacidade realizar ciclos com desempenho linear.

Apesar do preço da bateria de lítio-ferro fosfato ainda ser mais alto que o de outras baterias comumente utilizadas em sistemas de energia solar, a LFP chega a durar mais de dez anos (dependendo da profundidade de descarga [DoD] em cada aplicação), mais que o dobro de outras baterias estacionárias de chumbo-ácido (como bateria estacionária comum, OPzS, OPzV, VRLA Gel, AGM e diversas outras tecnologias).

Além disso, a bateria de lítio solar não necessita de praticamente nenhuma manutenção, o que está fazendo com que alcance uma parcela cada vez maior do mercado.

Algumas vantagens da Bateria de Lítio Solar

Em termos de manutenção, existem baterias de chumbo-ácido que necessitam de acompanhamento regular, como no caso das Baterias de Eletrólito Líquido (Flooded) que utilizam uma mistura de ácido sulfúrico e água para ajudar a armazenar energia. A carga e descarga dessas baterias fazem com que a água evapore e seja necessário repor frequentemente o líquido.

Não verificar e repor o líquido nessas baterias pode danificá-las permanentemente, levando à diminuição da performance e do tempo de vida. Esse problema não existe nas baterias de lítio ferro-fosfato.

Bateria de Lítio Solar - Energia Solar Fotovoltaica - Neosolar
Inventadas na década de 1970, baterias de lítio são cada vez mais utilizadas em sistemas de energia solar fotovoltaica (Crédito da Imagem: Finnrich/ Pixabay)

As baterias de lítio e ferro também ocupam apenas 30% do espaço das de chumbo-ácido, por conta do seu tamanho reduzido e da alta densidade de energia. Ou seja: mais capacidade de armazenamento em espaço menor.

O peso da bateria de íons de lítio pode ser até 50% menor (por conta dos materiais utilizados em sua fabricação) e, de forma geral, a carga das baterias LFP é mais rápida. Além disso, as baterias lítio utilizadas em sistemas de energia solar são muito seguras, mesmo quando estão totalmente carregadas.

Também vale destacar como diferencial a quantidade de energia armazenada que pode ser utilizada pela bateria de lítio. Enquanto em baterias de chumbo-ácido a energia utilizada não deve ultrapassar mais de 50%, nas bateiras LFP o uso da carga pode chegar a 95% sem danificá-las.

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Outra vantagem das baterias de lítio ferro-fosfato é o seu sistema interno que conta com a tecnologia BMS (battery management system) para o funcionamento seguro, ajudando a manter as operações seguras e a otimizar a expectativa de vida, monitorando a saúde e temperatura da bateria enquanto equilibra a carga por meio das células de energia. Se o sistema detecta condições inseguras, a bateria é desligada para prevenir danos.

Bateria de Lítio Solar vale a pena

O sol é uma fonte intermitente de energia. Isso significa que uma bateria com mais capacidade e eficiência pode ser a diferença durante períodos com menos produção de energia, como dias nublados, por exemplo, uma vez que ela proverá eletricidade suficiente mesmo que os painéis solares não tenham tanta captação.

Dessa maneira, escolher uma boa bateria, como as baterias de lítio ferro-fosfato (LFP), é um investimento fundamental para garantir a qualidade e eficiência de um sistema de energia solar fotovoltaica por muitos anos.

Instalação de banco de baterias de lítio em gabinete, exemplificando a aplicação em um sistema de energia solar (Crédito da Imagem: Neosolar)