Sistemas fotovoltaicos conectados à rede: breve histórico e aplicações em ambiente hospitalar – IPH

RESUMO
Estudo relativo à implantação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede para redução de consumo de energia e geração de energia limpa em ambientes hospitalares. Leva-se em conta as intervenções físicas e elétricas necessárias nos hospitais para a correta implantação do sistema fotovoltaico, além de realizar um breve estudo financeiro relativo à redução no faturamento de energia. São introduzidos alguns estudos de caso de projeto e de execução em hospitais no Brasil e no mundo.

PALAVRAS-CHAVE
Sistema fotovoltaico, ambiente hospitalar.

DIVISÃO DOS ASSUNTOS ABORDADOS
Este artigo foi dividido em três grandes áreas:

Contextualização do setor de energia
Revisão técnica e integração com hospitais
Estudos de caso e processo decisório

Assim, espera-se que os profissionais da área de projetos de hospitais, diretores da área da saúde e toda a cadeia de pessoas envolvidas na organização e operação de um hospital possam ter uma visão abrangente dos motivos de implantação de um sistema fotovoltaico, dos baixos riscos técnicos associados e do processo de tomada de decisão que viabiliza esse tipo de implantação.

CONTEXTUALIZAÇÃO

O crescimento no consumo de energia global
Desde o início da idade contemporânea, a energia elétrica transformou-se no imaginário popular, passando de um desconhecimento geral para um item de necessidade básica em pouco menos de um século.

Atualmente, vê-se no aumento do consumo de energia um indicador de crescimento econômico e de melhora da qualidade de vida. Porém, seus aspectos negativos também ficam evidentes, principalmente no que tange fatores ambientais.

O consumo global de energia elétrica cresceu cerca de 5000% desde o ano de 1800 e mais de 100% nos últimos 30 anos, principalmente com a reestruturação econômica chinesa e o crescimento dos países emergentes (IEA, 2016, p.8)

Figura 1. Crescimento de geração de energia por setor ao longo dos anos.

Fonte: Based on Vaclav Smil estimates from Energy Transitions: History, Requirements and Prospects together with BP Statistical Data for 1965 and subsequent.

Impactos ambientais da energia elétrica
Os impactos ao meio ambiente causados pela expansão da potência elétrica no mundo são enormes, correspondendo a aproximadamente um quarto das fontes diretas de emissão de gases efeito estufa (IPCC, 2014, p. 44), principalmente devido à construção de usinas geradoras e de linhas de transmissão, além do uso de fontes tidas como sujas, como o carvão.

Devido à perspectiva de contínuo crescimento do consumo de energia e às grandes preocupações de cunho ambiental, a pesquisa e o desenvolvimento de energias renováveis vêm crescendo cada vez mais. Se, no começo da década de 70, aproximadamente 0,1% da energia era proveniente das chamadas fontes alternativas, hoje temos este número aumentado em 14 vezes (IEA, 2016, p.6).

Neste contexto, com o barateamento das energias renováveis e com seu caráter potencialmente menos centralizado do que nas grandes usinas, novos horizontes na geração de energia se consolidam com a chamada Geração Distribuída (W El-Khattam, 2004, p. 119).

As energias alternativas no Brasil
No Brasil, em 2012, entrou em vigor o Sistema de Compensação de Energia Elétrica, estabelecendo as regras de mercado para geração distribuída de fontes alternativas, principalmente referentes à energia solar fotovoltaica e à eólica (ANEEL, 2012).

A partir de então, tornou-se possível instalar um sistema fotovoltaico ligado à rede elétrica comum em prédios e casas, o que garante o maior tempo possível de fornecimento de energia, ao mesmo tempo que a própria energia é gerada de forma mais barata.

Deste modo, ocorreu no Brasil um grande crescimento na capacidade instalada em energia fotovoltaica, passando de zero para 21MW no período 2014-2015, assim como na energia eólica e demais fontes renováveis (TOLMASQUIM, p.279).

Figura 2. Potência instalada 2015/2016 por setor de instalação

Fonte: CCEE, 2015b, 2016

A energia solar é fonte direta e indireta de quase todas as outras formas de energia encontradas na natureza que o ser humano utiliza para geração de energia elétrica. A energia solar fotovoltaica se baseia na transformação direta da radiação solar em energia elétrica, mas fontes de energia térmica, hidráulica, eólica, biomassa, maremotriz entre outras são oriundas indiretamente da energia solar.

Contextualização no ambiente hospitalar
Hospitais possuem diversos equipamentos eletromédicos (também conhecidos como equipamentos médico-hospitalares, EMH), diversas lâmpadas, e geralmente há uso intenso de aparelhos de ar-condicionado.

Isto implica em um consumo alto de energia elétrica, tendo impactos financeiros que minam investimentos nas atividades-fim de um hospital. Com o uso de sistemas fotovoltaicos, principalmente os sistemas conectados à rede, a geração própria de energia e a redução no consumo elétrico vindo da distribuidora implicam numa grande redução de custos e grande redução da emissão de carbono oriunda da operação do prédio.

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO

O efeito fotoelétrico e o annus mirabilis da física
O efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez pelo físico francês Edmundo Bequerel em 1839 (NASA, 2002), que descobriu que certos materiais produziam corrente elétrica quando expostos ao sol.

Algumas décadas depois, no ano de 1905, a física teve seu annus mirabilis, principalmente com três dos artigos mais importantes de Albert Einstein sendo publicados. No mais famoso destes, Einstein descreve a famosa equação E=m.c², que relaciona energia e massa. Apesar da popularidade da equação e da fama do físico vinda do estudo sobre a Teoria da Relatividade, foi o trabalho de Einstein descrevendo a natureza da luz no efeito fotoelétrico (EINSTEIN, 1905) que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física e deu início à era moderna do estudo da energia fotovoltaica.

Em resumo, a geração de energia elétrica acontece quando os fótons, provenientes principalmente do Sol, fornecem energia o suficiente para os elétrons dos materiais se deslocarem, o que possibilita a geração de corrente elétrica. É importante frisar que não é o calor do Sol que é capaz de gerar energia elétrica neste caso, mas sim a luz e a radiação solar que atingem o material que realiza esta transformação.

Construção física dos módulos fotovoltaicos
A maioria das células fotovoltaicas são feitas através de materiais semicondutores, que também são amplamente utilizados na indústria eletrônica para confecção de chips.

As células geralmente consistem de silício, revestido por uma fina camada de um material antirreflexivo, em geral um vidro com tratamento especial, que fornece uma boa transparência, resistência ao tempo e resistência mecânica a impactos.

Para a construção de células solares, um wafer de silício é dopado de tal forma a gerar um campo elétrico no material. Quando há incidência de luz na célula, os elétrons são desprendidos de seus átomos no semicondutor, podendo gerar corrente.

Figura 3. Funcionamento de uma fotocélula

Fonte: Adaptado de Alternative Energies Photovoltaic "Solar Cell for Photovoltaic Solar Panels.pdf"

A intensidade de corrente produzida varia de acordo com a incidência de radiação solar. Na presença de uma fonte de sombreamento, a corrente elétrica gerada diminui e, consequentemente, a potência disponibilizada pelo módulo.

Histórico da célula fotovoltaica moderna
O conjunto de células fotovoltaicas conectadas eletricamente umas as outras em um suporte é chamado de módulo fotovoltaico, a conexão em série dos módulos fotovoltaicos pode ser chamada de string, o conjunto de strings forma um arranjo fotovoltaico.

Figura 4. Ilustração das interligações entre células e módulos fotovoltaicos.

Fonte: Science Beta NASA - How do Photovoltaics Work? de 6 de agosto de 2008.

O primeiro módulo fotovoltaico foi construído em 1954 pelo Bell Laboratories e possuía um considerável custo para ser produzido em larga escala. Cinco anos depois, iniciou-se o uso desta tecnologia para prover energia elétrica às espaçonaves e aos satélites da NASA e, graças a este investimento, o custo de produção de módulos fotovoltaicos foi reduzido.

Logo em seguida, na década de setenta, houve a crise global do petróleo, abrindo espaço para o reconhecimento das fontes alternativas de energia.

Atualmente, tem-se um crescimento cada vez maior na pesquisa de materiais e tecnologias mais eficientes para o efeito fotoelétrico, conforme pesquisa da americana National Renewable Energy Laboratory (NREL, 2014).

Figura 5.
Fonte: National Renewable Energy Laboratory 2014.

TENDÊNCIAS DO SETOR FOTOVOLTAICO

Panorama nacional
Em 2012, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) publicou a Resolução Normativa nº 482, posteriormente atualizada pela Resolução Normativa nº 687/2016, na qual são estabelecidas as condições gerais para micro e minigeração distribuída no País, assim como o sistema de compensação de energia elétrica.

Esta resolução permite que clientes das distribuidoras de energia tenham sistemas próprios de geração e que injetem seu excedente na rede em troca de créditos de energia, podendo ser utilizados para abatimento de valor das futuras contas de luz por um prazo de 60 meses.

Neste contexto, vê-se que o setor de geração de energia fotovoltaica é um dos setores brasileiros que mais crescem, mesmo durante a crise econômica recente do País, apresentando projeção de crescimento de 300% em 2016 (MEYER, 2016).

No período de 2013 a 2015, o número de instalações solares fotovoltaicas no Brasil cresceu mais de 70 vezes. Mesmo que a quantidade de instalações seja numericamente baixa se comparada a países consolidados do setor, como Alemanha, China e Estados Unidos, a previsão da Empresa de Pesquisa Energética (EPE) para crescimento até 2024 é exponencial (EPE, 2014, PDEE p. 383).

Figura 6.
Fonte: Empresa de Pesquisa Energética 2014

Potencial brasileiro
O Brasil é um país que possui altos níveis de insolação e, graças a isso, é visto com grande potencial de se tornar um gerador consolidado de energia solar fotovoltaica.

Os níveis de insolação alemães, um dos maiores produtores fotovoltaicos do mundo, são inferiores aos brasileiros. Tanto que, o melhor local em território alemão em relação à insolação possui somente dois terços da insolação do pior local brasileiro (VILLALVA, 2015).

No Brasil, as regiões Nordeste e Centro-Oeste são as que recebem maior insolação solar, sobretudo no interior baiano. O Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) brasileiro produziu o Atlas Solar Brasileiro (INPE, 2006, p.40), abaixo ilustrado com a radiação solar global no plano inclinado, média anual.

Figura 7 .
Fonte: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2006

Figura 8. Usina Fotovoltaica de Pesquisa IFBA Irecê, interior da Bahia, uma das regiões com maior insolação do Brasil

Fonte: Solstício Energia, 2015

Perspectiva global
As perspectivas da International Energy Agency (IEA) são de crescimento exponencial da capacidade instalada de energia fotovoltaica. Estima-se que até 2050 haja cerca de 2000 GW instalados, mais de 100 vezes a capacidade instalada total na Alemanha em 2010.

De acordo com dados da IEA, em 2020, os sistemas residenciais e comerciais deverão responder por, aproximadamente, 60% da geração fotovoltaica, enquanto as centrais fotovoltaicas representarão 30% e os sistemas isolados, 10%. Esse crescimento é fruto de uma maior procura por sistemas de pequeno porte devido a uma queda de aproximadamente 50% dos custos entre 2010 e 2020 (IEA, 2012).

Figura 9. Projeção do crescimento da capacidade instalada e custos até 2050

Fonte: Elaboração do EPE a partir de IEA (2012)

ANÁLISE DOS TIPOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFVCR ou grid-tie) se diferenciam dos sistemas isolados da rede (off-grid) em três aspectos principais: nos tipos de equipamentos utilizados, na finalidade do uso e no custo associado.

Tipo de Sistema	Equipamentos utilizados	Finalidade	Custo
Conectado à rede	Painéis Fotovoltaicos Inversores de frequência	Redução da conta de luz Redução do impacto ambiental Blindagem contra aumento de tarifa	Menor
Isolado	Painéis Fotovoltaicos Baterias Controlador de Carga Inversores de frequência	Gerar energia em locais isolados da rede elétrica Independência da Rede Elétrica	Maior

Figura 10.
Fonte: Solstício Energia, 2017

Os SFVCR oferecem vantagens, como maior garantia de disponibilidade de energia em horários sem insolação, menor custo de instalação, mercado regularizado e reduções na conta de luz e no impacto ambiental de quem instala um sistema deste tipo, além de possuir menor custo de manutenção que sistemas off-grid por não possuírem baterias.

A finalidade do inversor de frequência fotovoltaico
Como pilhas e baterias, os módulos fotovoltaicos geram tensão e corrente contínuas e, portanto, para que possam ser utilizados para alimentar equipamentos de uso comum, precisam realizar a transformação de corrente contínua em corrente alternada. O equipamento responsável por esta transformação é o inversor fotovoltaico.

Os inversores, desta maneira, são os responsáveis pela conexão à rede e é através deles que a energia fornecida pelos painéis alimenta as luzes e demais equipamentos conectados à rede elétrica convencional.

Com esses diferentes usos, existem algumas topologias de inversores fotovoltaicos que serão apresentadas a seguir.

Tipo de Inversor	Vantagens	Desvantagens	Uso típico
Microinversor	Otimiza grupos pequenos de painéis e painéis individuais Localizado sob o painel fotovoltaico	Maior custo de escalabilidade Maior custo de manutenção	Pouca quantidade de painéis Painéis com múltiplas orientações Alta quantidade de fontes de sombreamento
Inversor String e Multi-string	Otimiza grupos de painéis Possui diversas faixas de potência Mercado consolidado Diversos modelos disponíveis	Pouca otimização quando existem fontes de sombreamento	Instalações em telhado Instalações comerciais, residenciais e industriais
Inversor Central	Inversor único para um grande grupo de painéis	Exige muito espaço Exige grupos idênticos de painéis	Usinas fotovoltaicas

Figura 11.

Fonte: Solstício Energia, 2017

Com o passar dos anos e com a necessidade de redução de custo dos inversores, diversos fabricantes surgiram e se consolidaram no mercado com várias tecnologias. Assim, o custo por Watt (unidade de potência) dos inversores despencou nas últimas décadas (GERALDI, 2013), facilitando o acesso aos equipamentos e diminuindo o custo global de implementação de sistemas fotovoltaicos.

Figura 12.

Fonte: EPE - Empresa de Pesquisa Energética, "Análise de Inserção da Geração Solar na Matriz Elétrica Brasileira", Rio de Janeiro, 2012

Figura 13. Exemplo de instalação de inversor fotovoltaico tipo string

Fonte: Solstício Energia 2016

Inversores em ambiente hospitalar
Os tipos de inversores que mais se adequam ao uso em ambiente hospitalar são os microinversores e os inversores string, sendo que estes últimos geralmente possuem a melhor relação entre custo e benefício.

Fisicamente, ambos os tipos inversores exigem pouco espaço de utilização, geram ruídos baixíssimos, abaixo de 50dB(A), e não demandam muita infraestrutura para seu abrigo, sendo muitas vezes possível sua exposição ao tempo.

Portanto, tanto em hospitais já construídos quanto naqueles em fase de projeto as adaptações necessárias para abrigo desse equipamento são mínimas.

INTERFERÊNCIA EM EQUIPAMENTOS MÉDICOS-HOSPITALARES
Uma preocupação constante em ambientes da área de saúde é a segurança dos equipamentos, de seus operadores e dos pacientes em contato com estes. Assim, deve-se analisar também a operação de equipamentos médico-hospitalares (EMH) quando há presença de geradores fotovoltaicos.

Fontes de interferências elétricas nos EMH e seus riscos associados
Existem três principais fontes de interferência elétrica em equipamentos médico-hospitalares que podem gerar medições inconsistentes, danos materiais ao equipamento, prejudicar o tratamento ou colocar em risco a vida de um paciente (AMARAL, 2012).

Causa de interferência elétrica	Fonte da interferência	Riscos associados
Baixa qualidade de energia elétrica	Distribuidora de Energia	Defeitos ou falhas nos EMH, podendo afetar diagnósticos e trazer riscos aos pacientes
Transitórios elétricos	Ação direta e indireta de raios	Defeitos, falhas e danos físicos aos EMH, podendo afetar diagnósticos e causar danos materiais ao Hospital e colocar a vida do paciente em risco
Interferências Eletromagnéticas	Equipamentos sem regulamentação Celulares	Defeitos, erros de leitura e erros de atuação de EMH, que podem afetar diagnósticos e colocar a vida do paciente em risco

Figura 14.
Fonte: Solstício Energia 2017 e AMARAL 2012 p.43

O inversor fotovoltaico e interferências em EMH
Tendo em vista as causas de interferências ilustradas na tabela acima, é possível analisar que um inversor fotovoltaico de boa qualidade muito dificilmente causará impactos e danos aos pacientes e aos EMH.

Além disso, a venda de inversores no Brasil só é feita após certificações realizadas pelo INMETRO, que garante que os inversores sigam todas as normas brasileiras para atuação segura de vários pontos de vista. Caso o inversor possua comunicação Wi-Fi, este módulo também necessita de certificação da ANATEL.

Causa de interferência elétrica	Medidas de mitigação dos inversores fotovoltaicos
Baixa qualidade de energia elétrica	Inversores certificados pelo INMETRO Desligamento automático do inversor em caso de baixa qualidade de energia
Transitórios elétricos	Dispositivos de Proteção de Surto (DPS) integrados ao equipamento e com instalação externa
Interferências Eletromagnéticas	Módulos Wi-Fi certificados pela ANATEL Equipamentos eletromagneticamente blindados

Figura 15.

É importante notar também que, do ponto de vista do equipamento elétrico, a fonte de energia que o alimenta pouco altera seu funcionamento.

Desta forma, por exemplo, uma máquina de tomografia computadorizada não tem seu funcionamento alterado se sua energia elétrica é provida pelo sistema fotovoltaico, por uma hidrelétrica ou por uma usina movida a gás.

FORMAS DE ADESÃO À ENERGIA FOTOVOLTAICA E PREVISÃO DE INFRAESTRUTURA ELÉTRICA PARA HOSPITAIS
Existem diversas formas de participação no Sistema de Compensação de Energia Elétrica da ANEEL. A forma mais direta é a implantação do sistema fotovoltaico no hospital em áreas com pouco sombreamento, como telhados e coberturas de estacionamentos, mas também existem opções de adesão por meio de cotas de condomínios solares e de autoconsumo remoto, onde a planta fotovoltaica é implantada em local distante da unidade de consumo.

Projeto e previsão de infraestrutura elétrica em ambiente hospitalar para implantação de sistemas fotovoltaicos
As necessidades de infraestrutura para sistemas fotovoltaicos, geralmente, são pouco intrusivas e, muitas vezes, dão utilidade a uma área que seria deixada de lado, como telhados e coberturas de estacionamentos.

Além disso, a interface de conexão dos inversores fotovoltaicos com a rede elétrica do hospital é relativamente simples, exigindo somente a disponibilização de cabeamento adequado e de um local conveniente para abrigo do inversor, podendo inclusive ser exposto ao tempo.

Exemplo de hospital-modelo para recebimento de SFVCR
Um hospital-modelo teria alguns aspectos técnicos relativamente simples para receber com qualidade um sistema fotovoltaico. É importante frisar que os itens listados são facilitadores da implantação fotovoltaica, e não condições sine qua non para este tipo de empreendimento.

Aspecto técnico	Vantagens trazidas
Telhado sem sombreamento Telhado orientado para o norte e/ou com inclinação próxima à latitude do local	Maior geração de energia dos painéis
Telhas de boa qualidade Estrutura do telhado de boa qualidade	Maior segurança da estrutura de fixação
Conduítes elétricos do telhado até locais dos inversores	Maior segurança e menor exposição do cabeamento elétrico
Disponibilização de rede elétrica para local do inversor	Maior facilidade e qualidade de instalação
Local do inversor com acesso restrito Equipe de manutenção treinada	Mitigação de riscos na operação

Figura 16.

Mesmo que um hospital já construído não tenha todos esses aspectos técnicos, ainda assim há boa chance de existir viabilidade de implantação do SFVCR.

APLICAÇÕES EM AMBIENTES HOSPITALARES PELO MUNDO
Já existem diversos hospitais espalhados pelo mundo com experiências de sucesso na implementação de sistemas fotovoltaicos de variados tipos e tamanhos.

Existem hospitais que são alimentados exclusivamente por sistemas isolados da rede, que abastecem totalmente o hospital e armazenam a energia em baterias, principalmente em locais onde a rede elétrica é inexistente ou de baixa qualidade.

Também há aplicações conectadas à rede no sistema de créditos e venda de energia, como o caso belga descrito abaixo, em que 95% da energia consumida é oriunda do SFVCR, sendo esse valor reduzido da conta de luz.

Figura 17. Hospital que recebeu doação de sistema autônomo (off-grid) com capacidade de 19kW no norte do Benin, que abastece o almoxarifado e o refeitório local

Fonte: MORAGUES, 2015

Figura 18. Sistema fotovoltaico conectado à rede de 425kW em Soignies, Bélgica, em hospital já existente, que reduzirá os custos com eletricidade em 95%

Fonte: TECSOL 2014

Figura 19. Sistema conectado à rede de 266kW com 38 inversores string em Pialba, na Austrália, que contou com projeto fotovoltaico desde sua concepção e foi otimizado para receber o SFVCR

Fonte: ABB, 2013

Figura 20. Sistema fotovoltaico conectado à rede com 2,34 kWp de painéis e 3kW de inversor, localizado em São Paulo, Brasil, na sede do Instituto de Pesquisas Hospitalares Jarbas Karman

Fonte: Solstício Energia, 2016

Impacto na Fatura de Energia - Breve Análise Econômica
Para entendermos o impacto que o sistema fotovoltaico causará nas contas de energia do hospital, é preciso primeiro caracterizar a forma de tarifação da maioria dos hospitais brasileiros. A ANEEL prevê, de forma geral, a classificação dos clientes do mercado de energia cativo - unidades consumidoras que compram energia diretamente das concessionárias ou permissionárias - em dois grandes grupos: clientes que estão conectados em baixa tensão elétrica, ou clientes B, e clientes conectados em média/alta tensão, ou clientes A. O tipo de tarifação aplicada para cada uma dessas unidades varia, portanto, com a sua respectiva classe.

B1 - Residencial		A1 (230 kV ou mais)
B2 - Rural		A2 (88 a 138 kV)
B2 - Cooperativa de Eletrificação Rural		A3 (69 kV)
B2 - Serviço Público de Irrigação		A3a (30 a 44 kV)
B4 - Iluminação Pública		A4 (2,3 a 25 kV)
B4a - Rede distribuidora		AS (Subterrâneo)
B4b - Bulbo da lâmpada

Figura 21. Classes tarifárias de acordo com o tipo de unidade consumidora e tensão de conexão.

Fonte: MME, 2011

Unidades consumidoras que possuam demanda contratada acima de 75 kW devem ser conectadas em pelo menos média tensão e classificadas a partir do subgrupo A4, conforme acima. Assim, para fins desse estudo, adota-se um caso padrão em que o hospital esteja classificado perante a concessionária no subgrupo A4, e, além disso, tenha escolhido tarifação verde. As possibilidades de tarifação, dentro do subgrupo A4, são: convencional - beneficia estabelecimentos de pequeno e médio porte; verde - beneficia estabelecimentos de médio e grande porte que tenham consumo no horário de ponta controlado, onde a tarifa é mais elevada; e azul - beneficia estabelecimentos de médio e grande porte que necessitam consumir energia no horário de ponta. As diferenças mais específicas entre esses subgrupos tarifários não serão abordadas neste artigo.

Em geral, excluindo-se outros possíveis encargos e multas, o valor da conta de energia de uma unidade consumidora A4 Verde deve ser calculada obedecendo a equação 1.

Onde C representa o consumo de energia em kWh; D, a demanda contratada em kW; TE, a tarifa de energia; TUSD, a tarifa de uso do sistema de distribuição; FP, fora ponta; P, ponta; %ICMS, %PIS e %COFINS representam as alíquotas dos impostos que incidem na conta de energia.

Como um dos objetivos da aquisição de um SFVCR é a redução na conta de energia, dentro do âmbito do Sistema de Compensação de Energia Elétrica previsto pela ANEEL, fica claro pela equação X1 que, ao reduzirmos as variáveis CFP e CP, o valor da conta de energia reduz nas mesmas proporções. Isso é possível porque, para todo território nacional, os impostos PIS e COFINS incidem sobre o montante consumido, abatendo-se previamente os créditos gerados. Além disso, 22 Estados já aderiram à isenção de ICMS para micro e minigeração distribuída.

De uma forma geral, o retorno financeiro para a aquisição de um SFVCR para um Hospital classificado como A4 Verde é próximo de 7 anos, dependendo de variáveis como as tarifas de energia, o perfil de consumo do Hospital, e a potência do sistema a ser instalado. O preço dos sistemas maiores, normalizados por unidade de potência, costumam ser menores pelo ganho de escala do projeto.

Porém, considerando que a geração solar fotovoltaica acontece geralmente em horário considerado fora ponta, para que o sistema possa ser completamente viável, com paybacks na ordem de cinco anos, é necessário ter uma geração superior ao consumo da unidade. Isso porque é previsto pela ANEEL que, para utilizar os créditos gerados no fora ponta na ponta, deve-se respeitar a relação entre as tarifas de energia (TE) de cada. Assim, passa a ser interessante para o hospital, que paga uma relação de cerca de 3 a 4 vezes para a tarifa P cheia comparado com a FP, adquirir um sistema maior, já que essa relação não se mantém quando se olha para a parcela de energia. É comum encontrarmos um fator de 1,4 vezes, comparando TEP com a TEFP.

O cenário do mercado de sistemas fotovoltaicos conectados à rede para 2019 é positivo, não somente pelo aumento significativo de aquisições por parte dos brasileiros - hoje já são mais de 30.000 unidades consumidoras com geração distribuída - mas também porque, com a expansão global da tecnologia, os preços estão em queda. Cada kWp - unidade de potência comumente utilizada para sistemas fotovoltaicos, é capaz de gerar por volta de 1400 kWh anuais e está custando hoje, para sistemas de grande porte, por volta de R$ 4.000,00.

Tomando então um hospital de porte médio, com consumo mensal médio de energia de 100.000 kWh, seria necessário um sistema maior que 850 kWp para geração completa de créditos, novamente lembrando que a relação da geração para abatimento de consumo ponta não é 1:1. Assim, o custo de implementação para esse sistema estaria próximo de R$ 4 mi, com payback descontado de 5 anos. Deve-se sempre levar em consideração que a tarifa de energia no Brasil não é estável e possui variações que podem ser evitadas com a aquisição de um sistema fotovoltaico, como, por exemplo, as bandeiras tarifárias. A aquisição de um SFVCR é, portanto, não somente um investimento seguro - o sistema possui vida útil de 25 anos - mas também uma segurança em relação aos aumentos posteriores da tarifação de energia.

Estudos de caso em hospitais existentes ou em fase de projeto no Brasil
Em termos de modelo arquitetônico, os hospitais normalmente são definidos pela horizontalidade de construção. A necessidade de expansão ao longo do tempo de operação e a divisão física entre especialidades tornam a edificação um conjunto de blocos independentes tanto na concepção do telhado quando nas ligações elétricas. Essa independência afeta a compatibilidade dos telhados para instalação e demanda uma forma diferente de dimensionamento que siga esses conceitos.

Figura 22. Sistema conectado à rede de 650kW com 11 inversores string em Araguaína, Tocantins, em imagem ilustrativa que compõe o projeto fotovoltaico.

Fonte: Solstício energia, 2015

Em edificações descontínuas como hospitais, o ideal é desenvolver o projeto considerando uma divisão física do sistema, estabelecida pela disposição e distância dos telhados. Dessa forma, é possível otimizar a quantidade de cabos e outros insumos utilizados, reduzir drasticamente o tempo e impacto da instalação da rotina do hospital e aumentar a confiabilidade na operação do sistema.

No caso do sistema fotovoltaico de 124,8kWp instalado no Hospital Israelita Albert Einstein, em São Paulo - SP, o local de instalação dos painéis foi escolhido devido à área disponível em teto verde. Há uma integração simbiótica entre sistemas fotovoltaicos e teto verde, onde há redução de temperatura e aumento na circulação de ar sob os módulos fotovoltaicos e redução da insolação direta no gramado.

Outros critérios que foram levados em conta para o planejamento da instalação desse sistema fotovoltaico, além do local dos módulos, foram os citados anteriormente, como local do ponto de conexão elétrica, a disponibilização de sala elétrica para os inversores, com acesso restrito, entre outros.

Também se tornou necessário um estudo de seletividade e ajuste dos equipamentos de proteção elétrica no quadro de conexão da subestação do Hospital, devido à criticidade do ponto de conexão, que alimentava também o banco de sangue. No estudo de seletividade, leva-se em conta se, em caso de falta elétrica do sistema fotovoltaico, haverá consequências de atuação da proteção elétrica em outros circuitos, com consequente interrupção no fornecimento de energia.

Desta forma, o estudo realizado contemplou os reajustes dos dispositivos de proteção para agirem de forma seletiva de forma a garantir que um erro ou problema elétrico no sistema fotovoltaico cause interrupção de energia somente no sistema fotovoltaico, sem afetar a operação de outro circuito de alimentação elétrica.

Figura 23. Sistema conectado à rede de 124,8kWp com 3 inversores string em São Paulo, SP, em imagens comparativas e ilustrativas da execução e projeto do sistema fotovoltaico no Hospital Israelita Albert Einstein - HIAE.

Fonte: Solstício energia, 2018 e Google Earth (Digital Globe), 2018

Reiteração da Viabilidade da Implementação de Sistemas FV em Hospitais
Neste artigo, mostrou-se a possibilidade de geração de energia limpa in loco para o ambiente hospitalar, contextualizando no crescimento global da energia fotovoltaica e em sua redução de custo a ponto de se tornar financeiramente interessante o investimento em energia solar.

Apresentou-se o princípio de funcionamento dos sistemas fotovoltaicos e seus principais componentes, explorando os pontos de atenção na integração da geração de energia em hospitais e reiterando a viabilidade técnico-financeira desse tipo de projeto.

Referências Bibliográficas
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