Sensores e IoT no gerenciamento de usinas solares isoladas

Alfredo Patron (*)

Pergunte à maioria das pessoas sobre a principal diferença entre fontes de energia renováveis e convencionais e você certamente ouvirá sobre seus respectivos impactos ambientais. No entanto, para aqueles que realmente trabalham na indústria de energia elétrica, uma das diferenças práticas mais significativas é que as usinas convencionais, sejam de carvão, gás ou nuclear, operam em espaços fechados. As renováveis, por outro lado, tendem a ser distribuídas e normalmente dispersas em regiões de difícil acesso como colinas com vento, desertos escaldantes, parques eólicos offshore, planícies distantes e outros locais remotos.

Assim como suas contrapartes convencionais, turbinas eólicas e coletores solares exigem monitoramento constante, ajuste frequente e manutenção contínua. Por serem construídas em torno de tecnologias mais novas e sensíveis, suas necessidades de manutenção tendem a ser pelo menos tão grandes quanto as de uma usina tradicional. No entanto, a identificação e correção de problemas e a manutenção de máquinas no local são tarefas muito mais rápidas para quem trabalha em instalações dentro das paredes de uma usina tradicional.

Isso acontece por duas razões. Primeiro porque se as instalações solares fotovoltaicas quiserem ter o mesmo desempenho e a economia de geração de energia tradicional em larga escala, elas precisam utilizar mecanismos que permitam vigilância constante e controle imediato sobre um sistema coletor expansivo. E, segundo, porque a indústria de energia solar, como tantas outras, está no caminho da transformação digital. Ou seja: a captura de dados que permita às empresas de energia perceber os benefícios da operação digital é requisito fundamental para tal transição.

No entanto, o fato é que a geração atual de tecnologias está aquém. Por exemplo, tecnologias construídas em torno de sistemas de malha têm sido utilizadas para monitorar e controlar alguns sistemas fotovoltaicos. Suas unidades são frequentemente usadas para gerenciar dispositivos domésticos inteligentes de consumo, bem como equipamentos industriais, a exemplo de sistemas de gerenciamento de tráfego que precisam de conexões sem fio de curto alcance e baixa largura de banda. Os dispositivos contam com redes Wi-Fi e Bluetooth para comunicação, mas são ineficazes sobre grandes distâncias. Já outros tipos de sistemas, como os baseados em celulares ou radiofrequência, têm outras deficiências, como a ausência de recursos automáticos ou o fraco desempenho em tempo real.

O que fazer, então?

A alternativa mais atraente e inteligente é o uso de sensores e Internet das Coisas.

Sensores não tripulados, conectados à internet e microcontroladores digitais — dispositivos IoT que eliminam os perigos e desafios associados às instalações tradicionais de ligações por cabo – tornam a medição e o monitoramento de dados muito mais fáceis e baratos. Essa arquitetura descentralizada e altamente flexível proporciona uma forma muito mais rápida e eficaz de correspondência às implantações em instalações solares extensas.

O mesmo recurso pode ser igualmente usado para monitorar, analisar, transmitir e otimizar o desempenho das instalações solares residenciais. De fato, com o surgimento de energia solar residencial e outras tecnologias renováveis, a rede de energia norte-americana, por exemplo, tornou-se mais distribuída do que nunca. E as instalações domiciliares devem triplicar até 2025, de acordo com uma análise do Credit Suisse.

Mas por que a IoT é tão crítica para a energia renovável?

Independentemente do tamanho de uma usina, os dados de desempenho, bem como informações relacionadas à manutenção – como vibração, temperatura e desgaste – podem ser coletados por dispositivos na instalação e transmitidos para gateways fora do local, onde técnicos em serviço poderão usá-los para ajustar configurações e otimizar a manutenção remotamente. Tais informações são coletadas e retransmitidas de forma compatível com análises de alto desempenho e outros aplicativos, incluindo agendamento de inspeção, detecção de falhas e monitoramento de geração.

Como resultado, as decisões do operador que afetam a integração da rede elétrica, como controle de tensão, comutação de carga e configuração de rede, podem ser compartilhadas entre indivíduos em diferentes locais — independentemente de suas localizações físicas. Algumas dessas decisões podem até mesmo ser automatizadas.

Em 2016, o esboço conceitual de um sistema de monitoramento baseado em IoT para geração solar foi apresentado na II Conferência Internacional sobre Controle, Instrumentação, Energia & Comunicação. O conceito, rico em dados dos autores, monitoraria o desempenho das usinas solares de forma holística usando a tecnologia IoT. Os autores apontaram que a integração de instalações de energia solar em larga escala em redes de energia regionais exigiria análises de dados de alto nível para a tomada de decisões, bem como análises históricas de seu desempenho — um papel fundamental para a IoT.

A geração de energia, porém, não será sua única aplicação.

A Internet das Coisas é adequada também para projetos de conservação de energia. Um exemplo surpreendente de conservação de energia com IoT combinado com Inteligência Artificial e outras tecnologias avançadas é o Empire State Building de Nova York. O edifício, no auge de seus quase 90 anos de existência, se tornou muito mais inteligente através de um recente projeto de retrofit que custou US$ 550 milhões. Hoje, dispositivos IoT rastreiam os níveis de CO2 e de luz, movimentos, ocupação de carga, temperatura-ambiente, consumo de energia e muitos outros parâmetros para otimizar decisões relacionadas à energia do prédio. Um dos inquilinos corporativos do emblemático edifício, que ocupa todo o 32º andar, registrou uma redução de 57% nos gastos com eletricidade. E, além dos inúmeros benefícios ambientais, a economia de energia da empresa deverá atingir cerca de US$ 680 mil ao longo de seu contrato de 15 anos. Multiplique isso pelos 102 andares do Empire State – e a economia de energia se torna ainda mais impressionante.

O que a IoT representa, então, para a indústria solar?

Em reflexão sobre a contribuição da IoT para a transformação digital em instalações solares, um blogueiro da Sierra Wireless recentemente posicionou-se desta forma: “A IoT pode resolver desafios comuns associados a redes de energia complexas, tornando muito mais fácil gerenciar painéis e saídas de energia”.

Dito isso, o fato é que o uso de sistemas de IoT por usinas de energia para controle de instalações de painéis amplamente distribuídas não ajudará apenas no atendimento à demanda dos clientes. A mudança será
capaz de melhorar a eficiência geral ao mesmo tempo em que facilitará a implantação de uma muito bem-vinda transformação digital ao longo de todos os processos e suas operações.

(*) Alfredo Patron é Vice-Presidente de Desenvolvimento de Negócios da TeamViewer.