BR102018068831A2 - Telha de concreto com dispositivo fotovoltáico e usos - Google Patents

Abstract

telha de concreto com dispositivo fotovoltáico e usos a presente invenção refere-se a um conjunto de elementos e componentes, tecnicamente desenvolvidos para executar concomitantemente a função de cobertura superior de edificações e um processo de produção, geração e/ou armazenamento e/ou conversão de energia fotovoltaica. o invento compreende uma alternativa para reduzir o impacto visual causado pelos painéis solares utilizados atualmente nas instalações convencionais, que alteram a aparência dos telhados, com possibilidades socioeconômica e ambiental de geração de energia limpa, pertinentes ao setor técnico das edificações. a invenção pode ser utilizada em edificações comerciais, residenciais, rurais, e quantas outras forem possíveis. assim, seu campo de atuação é engenharia civil, ambiental e arquitetura.

Description

TELHA DE CONCRETO COM DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO E USOS

CAMPO DA INVENÇÃO [001] A patente de invenção refere-se a telha de concreto composta por um conjunto de elementos e componentes, tecnicamente desenvolvidos para executar concomitantemente a função de cobertura superior de edificações e um processo de geração e/ou armazenamento e/ou conversão de energia fotovoltaica.

[002] O invento compreende uma alternativa para reduzir o impacto visual causado pelos painéis solares utilizados atualmente nas instalações convencionais, que alteram a aparência dos telhados, com possibilidades socioeconômica e ambiental de geração de energia limpa, pertinentes ao setor técnico das edificações. A invenção pode ser utilizada em edificações comerciais, residenciais, rurais, e quantas outras forem possíveis. Assim, seu campo de atuação é engenharia civil, ambiental e arquitetura.

ESTADO DA TÉCNICA [003] A demanda energética a que temos assistido nos últimos anos tem levado à necessidade de exploração de novas fontes de energia. O mais importante e abundante recurso que nos é naturalmente oferecido é o sol, apresentando-se como uma inesgotável, e amiga do ambiente, fonte de energia. A sua radiação pode ser convertida em energia eléctrica devido ao efeito fotovoltaico. Particularmente, o aproveitamento da energia solar necessita de superfície com dimensões amplas o suficiente para instalação e uso dos dispositivos fotovoltaicos conversores. Deste modo, as telhas fotovoltaicas atendem essa característica.

[004] Atualmente, a solução mais implementada é aquela em que módulos fotovoltaicos convencionais, colocados em uma estrutura ou suporte, são instalados como elementos para a captação da radiação solar.

[005] A utilização de telhas com dispositivo fotovoltaico visa tornar os equipamentos geradores (painéis fotovoltaicos) em componentes de construção

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2/15 que possam ser integrados de uma forma estética e harmoniosa na construção de edifícios com design contemporâneo, não necessitando a instalação de painéis que destoam das características do telhado, além de serem energeticamente autossustentáveis e gerando “energia limpa”. A instalação de telhas fotovoltaicas é semelhante ao das telhas comuns, já que não necessita de armações diferentes para fixação.

[006] As telhas, coberturas fotovoltaicas, além de substituírem os painéis fotovoltaicos e as telhas convencionais, constituem uma alternativa de produção renovável de energia elétrica, com capacidade de armazenar e compartilhar com a rede elétrica convencional a energia gerada. O aproveitamento da energia solar se dá por meio de modelo que permite a otimização do espaço de instalação e dos parâmetros geométricos que se configuram como a própria estrutura do imóvel. Estima-se que este invento tenha apreço dentro das ideologias e apelos com focos sustentáveis atuais.

[007] Variados tipos de construções podem utilizar o presente sistema seja ele comercial, residencial, instalações rurais, industriais, etc., desde que tenha uma estrutura, mesmo aqueles que originalmente tenham somente a laje, poderá ter a própria energia gerada por meio da cobertura geradora fotovoltaica.

[008] A telha é um artefato da edificação fixada na cobertura que protege o seu interior das variações climáticas do meio ambiente, principalmente dos raios solares e das precipitações pluviais. Atualmente são confeccionadas por barro cozido, (calcário), concreto e fibras sintéticas. Ao longo dos anos as telhas de barro tiveram grande prevalência nas edificações devido à abundância de matéria prima (calcário), facilidade de moldagem e também o seu bom desempenho. São produzidas no modelo romana, paulistinha, francesa, plana, etc. Porém o esgotamento da matéria prima e o uso exacerbado de energia têm limitado o seu uso, além da liberação do CO2 em seu processamento que é causador do efeito estufa.

[009] A telha de concreto surgiu há 50 anos no Brasil e tem desempenho similar à telha de barro e incorpora as tecnologias recentes do concreto combinado com

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3/15 sistemas sofisticados de moldagem a alta pressão. São encontradas em diversas cores, oferecendo opção estética para variados projetos.

[010] O cimento oferece determinadas vantagens em relação ao policarbonato que é recomendado para cobrir áreas externas e ambientes que exijam luz natural, pois apresentam índices da transmissão de luz visível na ordem de 28 a 84%, praticamente semelhante ao vidro. Cabe destacar que parte da radiação, ao incidir em uma superfície transparente, é absorvida pelo material e consequentemente transformada em calor e que a absorção varia em função da espessura do material e de seu coeficiente de absorção. Outro fator também reside, nas casas que possuem apenas a cobertura de telhas, não havendo nenhum tipo de laje ou forro como uma segunda proteção. Neste caso, os habitantes das edificações dotadas desse material de superfície transparente e/ou translúcida estariam expostos a certos índices de radiação solar gerando, assim, desconforto térmico e possíveis efeitos nocivos.

[011] Apesar de serem conhecidas como produto de grande durabilidade, as telhas de concreto geralmente apresentam elevada porosidade e demandam tratamento com impermeabilizantes ou agentes hidrofugantes para evitar problemas de vazamento ou alteração de cor por efeitos de carbonatação. Para resolver esse problema técnico apresentado por algumas telhas, o presente invento utiliza o cimento Portland CP - III caracterizado por ser alto forno, que tem em sua composição de 30 a 75% de escória de alto forno e proporção de 65-25 de clínquer e gesso. O cimento Portland foi criado por um construtor inglês, Joseph Aspdin, que o patenteou em 1824. Nessa época, era comum na Inglaterra construir com pedra de Portland, uma ilha situada no Sul desse país. Como o resultado da invenção de Aspdin se assemelhasse na cor e na dureza a essa pedra de Portland, ele registrou esse nome em sua patente. É por isso que o cimento é chamado cimento Portland. Esse tipo de cimento apresentou maior impermeabilidade e durabilidade, além de baixo calor de hidratação, assim como alta resistência à expansão/dilatação devido à reação álcali-agregado, além de ser resistente a sulfatos. Também apresentou menor porosidade e maior durabilidade.

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4/15 [012] Em relação a outros produtos disponíveis no mercado, destacamos a telha criada pela empresa norte americana Tesla, que é um mini painel solar, porém em forma e aparência de uma telha e que, juntas, formam um telhado gerador de energia solar que é semelhante a um telhado comum. Destacamos aqui que essa é uma telha de vidro (diferente desta invenção que é de cimento), fabricada para atender as demandas dos telhados americanos, ao passo que a proposta do presente invento foi pensada para telhados brasileiros.

[013] A presente inovação também se aproxima de determinadas aspectos identificados na Tegola Solare, produto desenvolvido pelas empresas italianas Area Industrie Ceramiche e REM, posto que a Tegola Solare se trata de uma telha em que foram embutidas quatro células fotovoltaicas, a fiação segue embaixo do telhado. Porém, a mesma é feia de cerâmica normal, o que confere aspectos de baixa resistência, com maior fragilidade a determinados impactos. Diferentemente do invento aqui proposto, onde aplicasse adesivo a base de silicone para evitar o contato de água ou umidade no local de saída da fiação para o conversor, consiste no material à base de cimento, possui baixa perda devido a maior resistência e durabilidade, reduzida absorção de água, possibilitando, como exemplo, menor proliferação de fungos e/ou musgos na face superior.

[014] A patente BR 20 2012 022836-5 U2, é uma telha de polímero em dimensões maiores do tipo placas, semelhantes à tradicional telha de fibrocimento. Nesta patente, as células fotovoltaicas são fixadas na parte traseira de uma telha curva altamente transparente e encapsulada com polímero plástico. Nesse aspecto, diferencia-se da solução proposta nesse documento, pois considera apenas o uso de telhas transparentes. Difere da presente invenção, tanto em relação ao material constituinte da telha, modelo, dimensões e a estrutura de montagem, uma vez que não necessita de elementos de fixação para unir a telha na estrutura de madeira. Destacamos ainda que essas telhas não podem ser utilizadas em qualquer área de um telhado por reterem mais calor. Fato este que em climas quentes podem deixar o local muito mais aquecido do que se a cobertura fosse feita de outro material.

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5/15 [015] A patente PI 0721426-0 A2, é uma telha de cerâmica com aplicação de uma célula fotovoltaica aplicada diretamente sobre a superfície da telha por meio de uma camada protetora polimérica tal como policarbonato ou polímeros e não há encapsulamento da célula. Diferencia-se do presente invento na fixação da célula, já que é feito por meio de encapsulamento e também quanto ao material utilizado para confecção da telha.

[016] O pedido BR 10 2012 027389 6, utiliza material polimérico para a fabricação e o encapsulamento da célula fotovoltaica é em vidro temperado e adesivo termoplástico para integração com a edificação. Diferenciando-se da proposta deste documento tanto no material constituinte da telha, quanto do método para o encapsulamento da célula fotovoltaica.

[017] A patente PI 0716131-0 A2, produz telha do tipo A e B, onde o tipo A produz energia elétrica pelo uso das lentes de Fresnel, e o tipo B definido como “telha simples” para lugares onde não são necessários usar telha produtora de energia. Porém deve seguir simultaneamente a seguinte exigência: o elemento usado tem que revestir toda a superfície do telhado e, se aplicável, paredes igualmente submetidas à exposição elevada, precisam usar superfícies irradiadas otimamente e continuamente. Diferencia-se do presente invento, visto que, um dos objetivos é reduzir a área utilizada para geração de energia, possibilitando assim, a geração de energia em locais com dimensões menores e custos menores.

[018] A patente WO 2007132027 A1, Teja solar fotovoltaica, propõe a utilização de material cerâmico para a elaboração da telha, diferente da proposta da presente invenção. O meio de encapsulamento também se difere da presente proposta.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO [019] Tendo em vista as limitações elencadas acima quanto ao material e a técnica de encapsulamento e no propósito de superá-las, foi desenvolvida uma telha de concreto (1) composta preferencialmente por pelo menos 2 células fotovoltaicas (2) conectadas por fios ligados em série (3) e dois orifícios (4) para a saída desses

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6/15 fios. A presente invenção possui um formato diferenciado (com possibilidade de produção em outros formatos, de acordo com a necessidade) e custo mais acessível em comparação aos painéis solares convencionais, visto que, dispensa a estrutura de sustentação, pois a própria telha funciona como geradora de energia elétrica.

[020] O diferencial da invenção é a praticidade e o baixo custo, já que não é necessário substituir todo o telhado nas edificações existentes e sim parcialmente, pois é possível que, para o sistema funcionar corretamente a depender do dimensionamento quanto ao consumo de energia do local de instalação, se substitua apenas algumas das telhas convencionais por telhas fotovoltaicas em um telhado já existente (5) viabilizando o aproveitamento da estrutura. Isso porque as telhas podem ser confeccionadas no formato desejado ou necessário, com dimensões adaptáveis aos padrões de medidas de telhas existentes no mercado. Nesse processo, não se exclui a utilização de células solares flexíveis em área desejada da respectiva telha, uma vez que, poderá constituir determinada modelagem em curvatura.

[021] Outro diferencial é o uso preferencial do CP III - Cimento Portland de Alto Forno, que garante característica de menor porosidade ao produto, diferindo dos demais tipos de cimentos Portland. O referido cimento, como material constituinte da telha, apresenta como propriedades: absorção ou infiltração reduzida da chuva, consequentemente, menor sobrecarga na estrutura da construção.

[022] Ainda se diferencia das demais invenções do mesmo campo técnico, já que o invento consegue ser um produto mais leve que as demais telhas (convencionais e fotovoltaicas).

[023] Assim, a novidade fica evidenciada quando possibilita a adequação de telhados já existentes, assim como na utilização do cimento Portland CP III que possibilita um produto de menor porosidade e, ainda, um produto final de menor peso com capacidade de transformar energia solar em elétrica.

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7/15 [024] Os efeitos técnicos alcançados são a possibilidade de produzir energia elétrica limpa, sem alterar a aparência dos telhados e pelo menor custo de instalação.

[025] Assim, a invenção proposta sana o problema técnico existente uma vez que oferece a possibilidade de transformar energia solar em elétrica por meio de um sistema de cobertura de edificações que pode ser utilizado nos diversos tipos de telhado, já que o sistema de encapsulamento e as células fotovoltaicas podem ser adaptados a diversos formatos. Ainda, o produto proposto apresenta menor peso que os similares, possibilitando uma estrutura de telhado mais leve, o que diminui os gastos com a estrutura da construção. Outra vantagem é que em telhados já existentes pode ser feita a substituição de apenas algumas telhas já que, cada metro quadrado, é capaz de gerar no mínimo 440 W de potência elétrica, ou seja, em quatro telhas do modelo proposto. Destacamos ainda que, a energia deslocada pelo sistema de fiação pode ser usada diretamente na unidade consumidora, pode ser descarregada na rede da concessionária (sistema on-grid), ou ainda pode ser armazenada em baterias (sistema off-grid).

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [026] O presente invento trata-se de uma telha de concreto fotovoltaica (1), elaborada com cimento Portland Composto CP - III, uma mistura curada de areia fina e areia grossa e água.

[027] A telha possui pelo menos uma placa de proteção translúcida (9); pelo menos 2 células fotovoltaicas (2) rígidas ou flexíveis unidas por fios condutores (3); pelo menos uma camada de material isolante (11); pelo menos dois orifícios entre 3 e 5 mm (4); elementos de conexão (3); elementos de fixação dos fios (6) e um meio adesivo para ajuntamento dos elementos 1,2, 9 e 11.

[028] A telha de concreto fotovoltaica (1), pode ser utilizada para cumprir a função de telhado e/ou coberturas em edificações comerciais, residenciais, rurais, industriais, móvel.

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8/15 [029] A telha (1) têm a função de coletar e transformar a energia da radiação solar em energia elétrica. A energia solar transformada em elétrica pode ser utilizada por dois sistemas sendo: sistema autônomo - off grid -(Figura 6); e/ou um sistema conectado à rede de transmissão de energia elétrica - on grid - (Figura 5).

[030] Tanto no sistema on-grid (Figura 5) como no off-grid (Figura 6) essa energia é gerada em corrente contínua e convertida pelos inversores em corrente alternada. No sistema off-grid a energia gerada é armazenada em baterias e utilizadas em dias nublados ou de menor radiação.

[031] O sistema on-grid (Figura 5) funciona em função de sua conexão à rede de transmissão. Esse sistema permite que a energia produzida em excesso e que não for consumida pela residência seja repassada para a rede de transmissão e sendo nesta convertida em créditos de energia para a mesma residência.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS [032] Figura 1- trata-se do encapsulamento decomposto da configuração preferencial da invenção (1,2, 4, 7, 9 e 11).

[033] Figura 2- vista superior da configuração preferencial da invenção;

[034] Figura 3- vista lateral apresentando o modo de encaixe (7 e 8) da configuração preferencial da invenção;

[035] Figura 4- vista inferior que permite visualizar os orifícios (4) e a fiação interna (3) da configuração preferencial da invenção;

[036] Figura 5- vista do processo de produção de energia do sistema on grid da configuração preferencial da invenção;

[037] Figura 6- vista do processo de produção de energia do sistema off grid da configuração preferencial da invenção.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [038] A telha proposta na invenção tem em sua composição, preferencialmente uma mistura curada de areia fina e areia grossa, água e como aglomerante o

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9/15 cimento Portland Composto CP - III, na proporção aproximada de: 280 a 320g de cimento, 1,0 a 1,300g de areia grossa, 350 a 420g de areia fina e 350 a 420 ml de água. As areias grossa e fina passaram previamente por um processo de peneiramento e posteriormente por secagem por um período entre 20 a 30 horas para garantir a uniformidade da classificação granulométrica. A montagem da telha é realizada sobre o madeiramento ou estrutura metálica de sustentação do telhado previamente existente (5) na unidade consumidora. Na telha (1), a passagem dos fios (3) do conjunto de células fotovoltaicas interconectadas [módulo] (2) realiza-se através de dois orifícios (4), de modo que a configuração será composta por dois fios conectados em série (3) por baixo da telha encarregados de extrair a energia gerada nas células, e a fiação segue para o interior da unidade consumidora sobre o madeiramento/estrutura metálica fixos por cavaletes (6), que são elementos fixadores de fios. A telha proposta pode ser instalada em um sistema autônomo denominado off-grid (Figura 6) ou em um sistema conectado à rede de transmissão de energia elétrica denominado on-grid (Figura 5). A telha pode possuir um formato retangular onde, em uma das extremidades (7), há um alargamento no sentido transversal da telha, com o intuito possibilitar o encaixe com a telha subsequentemente inferior a primeira (8) e assim sucessivamente, permitindo uma maior vedação do telhado.

[039] Seguem exemplos da invenção, não limitantes.

[040] A utilização dos materiais que compõem a telha, fez com que a mesma apresentasse peso médio de 4 kg, ou seja, ficou com 800 g mais leve que as convencionais que pesam em torno de 4,8 kg/peça, A forma geométrica da telha proposta compreende preferencialmente as medidas de 11,5 x 36 cm (Figura 2) na parte retangular vertical e 28,5 x 8 cm (Figura 2) na parte retangular horizontal, com 6 cm de profundidade (Figura 3). Porém, é possível elaborar telhas em formatos que são mais comuns nos telhados brasileiros, possibilitando assim, a substituição de apenas parte do telhado com telhas que geram energia.

[041] Em geral os consumidores consideram que a telha de concreto é mais pesada do que a telha cerâmica tradicional, mas isso é um equívoco. O peso da

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10/15 telha deve ser calculado com ela molhada, e a telha de concreto apresenta um peso de 4,5 % a mais se comparada com seu peso seco. Já a de telha cerâmica apresenta um aumento de peso de cerca de 16%. No consumo por metro quadrado, a telha cerâmica utiliza em torno de 10,4 telhas por metro quadrado, enquanto a telha de concreto de 8 telhas por metro quadrado.

[042] Para a proteção das células fotovoltaicas (2) foi colocado uma placa de proteção que permita a entrada de luz até a parte fotoativa das células, um material transparente endurecido possível de ser adaptado à geometria da invenção para que a forma final da superfície da telha seja aproximadamente igual a de uma telha comum, preferencialmente de vidro, com espessura entre 2 a 4 mm (9), funcionando também como uma proteção a possíveis intempéries, tais como, chuva, vento, pedra ou granizo.

[043] A camada de células fotovoltaicas (2) contemplada na presente inovação deve ser construída com no mínimo duas células fotovoltaicas rígidas ou flexíveis. Estas células convertem a energia luminosa em eletricidade. Neste invento, as células solares ou fotovoltaicas, construídas à base de silício policristalino (p-Si) preferencialmente, mas não descartando a utilização de outros modelos, mostram-se unidades básicas adequadas para a conversão direta da radiação solar em energia elétrica. O resultado fotovoltaico acontece por meio de efeitos da radiação (calor e luz), da interação/excitação dos elétrons do material/substrato semicondutor simples [Silício]. No respectivo arranjo, a absorção da luz ocasiona consequentemente o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos da estrutura de material semicondutor (célula).

[044] Sistema fotovoltaico solar pode compreender dois ou mais módulos de célula solar de alta-tensão eletricamente conectados em série uns aos outros e ao inversor de frequência (10) por fios (3). As células apresentam tensão elétrica de no mínimo 5V, intensidade de corrente elétrica de no mínimo 166 mA, com 1W de potência elétrica, nas dimensões preferencialmente de 15x15 cm cada, seu material semicondutor é o silício (Si) e constituída por cristal policristalino. Entre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar em energia

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11/15 elétrica, usualmente chamados de células solares ou fotovoltaicas, se destacam os construídos à base de silício.

[045] As células fotovoltaicas constituídas de material policristalino é, de fato, um fator que reduz a eficiência em termos de conversão da energia luminosa em energia elétrica. No entanto, o seu menor custo no mercado mostra-se uma condição viável economicamente, no sentido de minimizar os gastos do processo de estruturação da presente telha e apesar do processo de fabricação das células de silício policristalino ser semelhante ao das de silício monocristalino, as primeiras são mais baratas por exigirem menos controle durante o processo de fabricação e a diferença entre os dois tipos de silício está em algumas características específicas como tamanho, morfologia e concentração de impurezas.

[046] Embaixo das células fotovoltaicas (2) existe pelo menos uma camada, preferencial de poli[(etileno)-co-(acetato de vinila)] - EVA - (11), material que permite proteger as células fotovoltaicas contra ações como umidade, e minimizar possíveis danos físicos e/ou impactos.

[047] Destacamos o processo de encapsulamento da presente invenção. A primeira camada funciona como uma proteção a possíveis intempéries (Ex: chuva, vento, pedra, granizo) para o conjunto de células fotovoltaicas. Essa camada é constituída de um material transparente e translúcido, preferencialmente vidro, que permite a energia luminosa atravessar até a parte fotoativa das células fotovoltaicas. Essa primeira camada deverá ser acima da camada de células fotovoltaicas.

[048] Quando a luz solar chega a essas células, parte dos elétrons presentes nelas absorve fótons (que são os quanta de energia presentes na luz) capazes de arrancar elétrons de materiais presentes nas células. Esses elétrons, por sua vez, são transportados pelo material semicondutor, até que sejam puxados por um campo elétrico que é o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por um sistema delas. Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas e provocam forças elétricas. Neste campo elétrico, os

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12/15 elétrons podem ser extraídos da célula solar, ficando disponíveis para serem aproveitados na forma de energia elétrica.

[049] A segunda camada encapsulante é colocada embaixo da camada de células fotovoltaicas (2), com o intuito de proteger as células. Utilizou-se uma camada de copolímero poli[(etileno)-co-(acetato de vinila)] - EVA - (11). Esse material é formado pelo encadeamento de sequências aleatórias de polietileno e poli(acetato de vinila) (PVAc) com espessura entre 1,0mm a 4,0 mm. Essa segunda camada permite proteger as células fotovoltaicas contra ações como umidade, e minimizar possíveis danos físicos as células fotovoltaicas. Suas propriedades são geralmente intermediárias, quando comparadas as dos componentes puros, o que se deve à sua complexa morfologia, que é composta por uma fase cristalina, contendo unidades metilênicas, uma região interfacial, com segmentos metilênicos e segmentos de acetato de vinila (VAc), e uma fase amorfa, com segmentos metilênicos e unidades de VAc.

[050] Se comparado com um polietileno de baixa densidade de mesma massa molar, o EVA apresenta maior valor de elongação na ruptura e de resistência ao impacto, e menor módulo de elasticidade. O EVA com teores de acetato de vinila entre 18-28% em massa possui grande aplicação na indústria de calçados, sendo a maior parte utilizada na confecção de placas expandidas para estampagem de palmilhas, entressolas, confecção de solados, ou de variados artigos como: viseiras, brinquedos, material didático, etc. Os solados produzidos com EVA expandido possuem densidades menores e apresentam células fechadas, o que diminui a absorção de água, fato este importante para a proteção das células fotovoltaicas. Essa segunda camada de encapsulante é feita nas mesmas dimensões da célula fotovoltaica, sendo, portanto, em tamanho menor que a primeira camada de encapsulante que possui as dimensões entre 15 x 35 cm (dependendo do tamanho das células utilizadas). [051] Estas camadas podem ser unidas preferencialmente por meio adesivo que pode ser a base de silicone nas laterais do encapsulamento, depois de todas as camadas já unidas em ordem.

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13/15 [052] O sistema da telha de concreto como dispositivo fotovoltaico pode ser utilizado como sistema autônomo off-grid, sistema desligado da rede elétrica (Figura 6), e também pelo sistema on-grid, sistema conectado à rede de transmissão de energia elétrica (Figura 5). O sistema off-grid (Figura 6) é composto por quatro componentes: as telhas fotovoltaicas (1), os controladores de carga (12), os inversores (10) e as baterias (13). Cada componente exerce uma função de acordo com o tipo de instalação do sistema. A célula fotovoltaica (2) tem a função de coletar e transformar a energia da radiação solar em energia elétrica, essa energia é gerada em corrente contínua e convertida pelos inversores (10) em corrente alternada, transmitida por fios (14). A energia gerada é armazenada pelas baterias (13) e utilizadas em dias nublados ou de menor radiação. Cabe aos controladores de carga (12) evitar a sobrecarga e a descarga excessiva das baterias (13) e prolongar a vida útil do sistema. Dessa forma, a energia solar é captada pelas células fotovoltaicas (2) e convertida em energia elétrica, essa energia é transportada pelos fios condutores (3) alocados no madeiramento com o auxílio de cavaletes (6) até o controlador de carga (12), em seguida essa energia é armazenada por baterias (13), quando houver demanda por eletricidade, essa energia passará pelo inversor (10) e estará disponível para o consumo em corrente alternada ou também sem opção de passar pelo inversor e obter a energia para o consumo em corrente contínua.

[053] No sistema on-grid (Figura 5) a energia solar é captada pelas células fotovoltaicas (2) e convertida em energia elétrica, essa energia é transportada pelos fios condutores (3) alocados no madeiramento com o auxílio de cavaletes (6) até o inversor (10) onde, se houver demanda na unidade consumidora (15), a energia elétrica estará disponível para o consumo ou, caso haja um excedente, passará pelo medidor digital (16) seguindo para a rede elétrica de transmissão da concessionária (17).O sistema on-grid (Figura 5) funciona em função de sua conexão à rede de transmissão. Esse sistema permite que a energia produzida em excesso e, possivelmente não consumida pela unidade consumidora, seja repassada para o medidor digital (16), sendo que, ao deslocar por este medidor, a energia elétrica produzida pela unidade consumidora gera créditos de energia

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14/15 para a mesma unidade consumidora ou para outra unidade consumidora com o mesmo cadastro, após passar pelo medidor digital (16) a energia gerada e não consumida segue seu caminho para a rede de transmissão (17).

[054] Em contrapartida, o sistema off-grid demonstrado na (Figura 6), é um sistema autônomo que necessita de baterias (13) para armazenar a energia produzida pelas telhas (1). Esse sistema necessita de maiores investimentos para produzir a mesma quantidade de kWh consumida por uma residência tal qual se esta fosse produzida pelas concessionárias de energia.

EXPERIMENTO DE DEMONSTRAÇÃO [055] Para fins de teste, foi construído um molde como exemplo não limitante para atender a forma geométrica e a composição proposta no invento.

[056] O protótipo foi submetido ao ensaio de absorção de água proposta pela NBR 13858-2. A absorção de água dos protótipos é calculada usando a massa do corpo-de prova seco em estufa até a constância de massa e o valor da massa do corpo-de prova saturado. Segundo a NBR 13858-2 a absorção de agua da telha não deve ser superior a 10%. Para testar a absorção de água da telha, o protótipo foi submetido a um ensaio, onde ficou determinado que a telha proposta enquadra-se dentro dos limites estabelecidos já que o teste que utilizou a equação AA(%) = (Mu-Ms)/Ms x 100 apontou uma absorção de 4,5%.

[057] O teste para verificar a capacidade de produção de energia elétrica foi realizado e permitiu concluir que cada metro quadrado, é capaz de gerar no mínimo 440 W de potência elétrica, em quatro telhas. Uma vantagem ao ter uma produção de 440 W por metro quadrado está na possibilidade de reduzir a área para a geração de energia. Com base na Média geral do consumo mês de kWh = 300 kW = 300000 W, dividido pela quantidade de dias do mês teremos 10000 W, tomando como base a irradiação na cidade de Orizona-GO de 6,0 a 6,5 kWh/sq.m/day, teremos o quociente da quantidade de watts (W) por dia pela irradiação, resultando em 1.666,66 e considerando uma eficiência de 83% (1666,66*0,83 = 2008,02) numa telha com produção de 110 W, seriam necessárias aproximadamente 19 telhas fotovoltaicas para atender as

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15/15 necessidades de energia, ou seja, apenas 5m² do telhado terá as telhas fotovoltaicas.

CONCLUSÃO [058] A telha fotovoltaica de concreto proposta neste invento se mostra como importante meio de transformação de energia solar em geração de energia elétrica, colaborando assim com as demais propostas que tem como foco atender as demandas de preservação ambiental e socioeconômica de geração de energia limpa.

[059] A proposta também oferece uma alternativa de reduzir o impacto visual causado pelos painéis solares utilizados atualmente nas instalações convencionais, que alteram a aparência dos telhados.

[060] A utilização dos materiais que compõem a telha, fez com que a mesma apresentasse peso médio de 4 kg, ou seja, ficou com 800 g mais leve que as convencionais que pesam em torno de 4,8 kg/peça diminuindo assim o peso total do telhado, possibilitando o uso de suporte/madeiramento de peso e custo menores.

[061] Ressalta-se ainda, que o sistema de encapsulamento pode ser utilizado nos diversos formatos de telhas já existentes, pois admite a utilização de células flexíveis ou rígidas. Deste modo, é possível elaborar telhas em formatos que são mais comuns nos telhados brasileiros, possibilitando assim, a substituição de apenas parte do telhado com telhas que geram energia.

[062] E por fim, o teste para verificar a capacidade de produção de energia elétrica permitiu concluir que cada metro quadrado, é capaz de gerar no mínimo 440 W de potência elétrica, em apenas quatro telhas.

Claims (4)

REIVINDICAÇÕES TELHA DE CONCRETO COM DISPOSITIVO FOTOVOLTÁICO E USOS

1. Telha de concreto fotovoltaica (1), caracterizada por constituir em sua composição o aglomerante de cimento Portland Composto CP - III com uma mistura curada de areia fina e areia grossa e água.

2. Telha de concreto fotovoltaica (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por possuir pelo menos uma placa de proteção translúcida (9); pelo menos 2 células fotovoltaicas (2) rígidas ou flexíveis unidas por fios condutores (3); pelo menos uma camada de material isolante (11); pelo menos dois orifícios entre 3 e 5 mm (4); elementos de conexão (3); elementos de fixação dos fios (6) e um meio adesivo para ajuntamento dos elementos 1, 2, 9 e 11.

3. Telha de concreto fotovoltaica (1), conforme as reivindicações 1 e 2, caracterizada por ser capaz de cumprir a função de telhado e/ou coberturas em edificações comerciais, residenciais, rurais, industriais, móvel e usos.

4. Telha de concreto fotovoltaica (1), conforme as reivindicações 1 e 2, caracterizada por possibilitar o uso de um sistema autônomo - off grid (Figura 6) e/ou um sistema conectado à rede de transmissão de energia elétrica - on grid - (Figura 5).