No artigo anterior vimos como uma embarcação pode carregar as baterias quando está ligada à energia de terra e como o alternador produz eletricidade quando o motor está em funcionamento.
Mas num veleiro existe uma situação completamente diferente:
A partir desse momento, o alternador deixa de produzir, mas os equipamentos continuam a consumir.
Plotter, AIS, VHF, instrumentos, piloto automático, frigorífico e restantes consumidores continuam a retirar energia das baterias.
Como podemos repô-la?
Existem, além dos tradicionais geradores a gasolina ou a gasóleo, três soluções particularmente interessantes para a produção de energia a bordo: aerogerador, painéis solares e hidrogerador. É sobre estas três soluções que nos iremos deter de seguida.
E nenhuma delas é universalmente a melhor.
Aerogerador
Produz com vento, quer a navegar quer fundeado, e pode continuar a trabalhar durante a noite.
Painéis solares
Silenciosos e sem partes móveis, mas dependentes da radiação solar e da área disponível.
Hidrogerador
Aproveita o movimento da embarcação através da água e torna-se particularmente interessante em navegações prolongadas.
Antes de comparar: potência não é energia
Este é provavelmente o conceito mais importante para compreender a comparação.
Imaginemos três equipamentos anunciados respetivamente como:
- aerogerador — 400 W;
- instalação solar — 400 W;
- hidrogerador — 300 W.
Seria tentador concluir que os dois primeiros produzem mais energia.
Não necessariamente.
O que está indicado é essencialmente uma potência, normalmente associada a determinadas condições de funcionamento.
O que interessa à nossa bateria é quanta energia o sistema consegue efetivamente fornecer ao longo do tempo.
Um painel de 400 W não fornece 400 W durante a noite.
Já um aerogerador de 400 W não fornece 400 W quando sopra apenas uma pequena brisa.
Por sua vez, um hidrogerador de 300 W não produz essa potência quando a embarcação está parada.
quanta energia conseguirá produzir durante as próximas 24 horas nas condições reais em que vou utilizar a embarcação?
Aerogerador: aproveitar o vento
No FORMIDÁVEL, a opção da Náutica Martins da Cruz foi instalar um aerogerador.
A razão fundamental não é uma suposta superioridade universal desta tecnologia.
É a sua adequação à forma como utilizamos a embarcação.
Havendo vento suficiente, o aerogerador pode produzir:
É uma combinação particularmente interessante num veleiro.
Quando o alternador trabalha, o aerogerador pode parar
Durante as aulas práticas dos cursos de Marinheiro, Patrão Local, Patrão de Costa e Patrão de Alto Mar, grande parte da instrução no FORMIDÁVEL é realizada a motor.
A formação específica de vela é realizada no curso próprio destinado a essa componente.
Consequentemente, durante muitas das aulas práticas temos o alternador do motor a produzir energia.
É frequente observarmos então o aerogerador parado, mesmo com muito vento por não estar a ser necessário.
Quando o controlador deteta que as condições de carga das baterias não justificam produção adicional, controla o aerogerador de acordo com a lógica prevista pelo fabricante.
Quando desligamos o motor e deixa de existir carga proveniente do alternador, podemos posteriormente vê-lo começar a rodar e produzir sem qualquer intervenção da tripulação, desde que exista vento suficiente e as condições do sistema o determinem.
Podemos igualmente comandar a sua paragem.
Os sistemas dispõem também de mecanismos de proteção para condições de vento excessivo, embora o modo concreto de controlo e travagem dependa do modelo instalado.
O ruído: um antigo problema dos aerogeradores
Quem já passou uma noite numa marina ou fundeadouro próximo de determinados aerogeradores antigos conhece bem o problema.
O ruído das pás podia transformar-se num zumbido permanente e bastante incómodo.
No FORMIDÁVEL substituímos as antigas pás por pás azuis de baixo ruído associadas à Silentwind.
A diferença foi muito significativa.
O ruído tornou-se muito reduzido e a resposta com vento fraco melhorou.
Como ordem de grandeza, equipamentos Silentwind atuais começam a rodar com velocidades do vento próximas de 2,2 m/s e começam a produzir carga por volta de 2,5 m/s, aproximadamente 5 nós.
Mas atenção:
começar a carregar não significa produzir a potência nominal.
Um aerogerador anunciado como tendo várias centenas de watts só se aproxima dessa potência em condições de vento substancialmente superiores.
A grande vantagem do aerogerador no fundeadouro
Imaginemos que chegamos ao fim da tarde a uma baía.
Fundeamos.
Paramos o motor.
O alternador deixa de produzir.
Mas continuamos a ter frigorífico, iluminação, instrumentos e outros consumidores.
Se existir vento, o aerogerador pode continuar a produzir durante a tarde, durante a noite e na manhã seguinte.
Esta característica foi determinante na nossa opção para o FORMIDÁVEL.
Na utilização que fazemos da embarcação, o sistema tem-se revelado suficiente e nunca tivemos uma situação em que a disponibilidade de energia das baterias se tenha tornado um problema operacional.
Painéis solares: uma solução muito diferente
Os painéis solares apresentam vantagens extraordinárias.
São silenciosos.
Além disso, não possuem pás nem necessitam de um hélice dentro de água.
Por outro lado, praticamente não possuem partes móveis.
Depois de corretamente instalados, podem produzir energia com pouquíssima intervenção da tripulação.
Mas num veleiro existe um problema evidente:
O espaço é um recurso escasso
Para obter uma potência solar significativa necessitamos de superfície.
Num veleiro temos mastro, retranca, aparelho, velas, escotilhas e zonas onde a tripulação precisa de circular.
É frequente ser necessário instalar estruturas próprias, particularmente na popa, para conseguir uma área solar apreciável.
Além da questão estética — há quem considere que estas estruturas desfiguram as linhas da embarcação — deve também ser considerado o seu efeito aerodinâmico. Os painéis solares e, sobretudo, as estruturas utilizadas para os suportar constituem superfícies adicionais expostas ao vento, aumentando a área vélica e o arrasto da embarcação. Com vento forte, este efeito pode tornar-se significativo, contribuindo para aumentar o abatimento, dificultar algumas manobras e criar esforços adicionais sobre a própria estrutura e os respetivos pontos de fixação. Em determinadas condições, é como acrescentar à embarcação uma pequena «vela» permanente, cuja orientação e área não podemos ajustar quando o vento aumenta.
As sombras contam.
Mastro, retranca e velas podem sombrear parcialmente os painéis e reduzir a respetiva produção.
Além disso, a embarcação muda continuamente de orientação relativamente ao Sol.
Por isso, a potência indicada na placa de características do painel não corresponde à potência que teremos permanentemente disponível.
E existe uma limitação impossível de eliminar:
O controlador solar é indispensável
Os painéis não devem ser entendidos simplesmente como uma fonte que ligamos diretamente às baterias sem gestão.
Entre a produção solar e o banco de baterias existe um controlador de carga apropriado.
Os controladores MPPT (Maximum Power Point Tracking, seguimento do ponto de máxima potência) modernos procuram extrair dos painéis a energia disponível de forma eficiente e simultaneamente controlar o carregamento das baterias segundo parâmetros adequados à sua tecnologia.
Uma instalação incorretamente dimensionada, configurada ou protegida pode causar avarias e criar riscos sérios.
Portanto, a energia solar é simples de utilizar depois de corretamente instalada, mas isso não significa que a instalação deva ser improvisada.
E se o próprio barco pudesse ser um painel solar?
Há uma evolução tecnológica particularmente interessante.
Hoje, uma instalação solar de potência elevada pode obrigar a ocupar uma parte significativa da superfície disponível ou a acrescentar estruturas à embarcação.
Mas podemos imaginar uma integração progressivamente maior das células fotovoltaicas nas próprias superfícies.
Convés, tejadilhos e determinadas superestruturas poderão contribuir cada vez mais para a produção elétrica.
Se conseguirmos aumentar a área útil sem acrescentar grandes estruturas exteriores, uma das limitações atuais da energia solar num veleiro diminui consideravelmente.
Hidrogerador: utilizar a velocidade do veleiro
O hidrogerador utiliza uma fonte de energia completamente diferente.
Um hélice fica imerso e o movimento da embarcação através da água provoca a sua rotação.
Essa energia mecânica é convertida em eletricidade.
E, quando um veleiro mantém uma boa velocidade durante muitas horas, o resultado pode ser excelente.
Existem hidrogeradores de cruzeiro que, dependendo do modelo e configuração, conseguem produzir da ordem de 100 W ou mais com a embarcação aproximadamente a cinco nós, aumentando significativamente a produção com velocidades superiores.
Numa travessia oceânica, em que a embarcação pode permanecer dias consecutivos em movimento, é fácil compreender a vantagem.
Mas existe um preço: arrasto
Não podemos retirar energia do movimento da embarcação sem qualquer consequência física.
Ao colocarmos um hélice na água e extrairmos energia da sua rotação, introduzimos resistência hidrodinâmica.
Os equipamentos modernos procuram reduzir esse efeito, mas ele existe.
E quando fundeamos?
Aqui encontramos a principal limitação do hidrogerador para determinados programas de utilização.
Chegamos a uma baía.
Fundeamos.
A velocidade da embarcação através da água torna-se praticamente nula.
E o hidrogerador deixa normalmente de produzir.
Pode existir corrente suficiente para gerar algum movimento através do hélice, mas não é uma condição com que possamos contar genericamente.
E é precisamente fundeados que podemos permanecer muitas horas — ou vários dias — sem alternador e continuando a consumir energia.
Então qual dos três é melhor?
A pergunta parece simples.
A resposta correta é:
O aerogerador depende do vento.
A produção solar depende da radiação disponível e do sombreamento.
Por sua vez, o hidrogerador depende da velocidade através da água.
Em vez de procurarmos um vencedor universal, podemos perguntar onde cada um trabalha melhor.
| Condição | Aerogerador | Solar | Hidrogerador |
|---|---|---|---|
| Navegação à vela | Com vento | Com luz suficiente | Com velocidade suficiente |
| Fundeado | Com vento | Com luz suficiente | Geralmente muito reduzido ou nulo |
| Noite | Sim, com vento | Não | Sim, se houver velocidade através da água |
| Sem vento | Não | Pode produzir | Pode produzir em navegação |
| Sem partes móveis | Não | Sim | Não |
| Travessia prolongada | Interessante | Interessante | Particularmente interessante com velocidade sustentada |
| Longa permanência fundeado | Interessante com vento | Interessante | Geralmente desfavorável |
E há uma quarta solução
E há uma quarta solução que muitas vezes é ainda melhor:
Solar e vento complementam-se bastante bem.
Solar e hidrogeração também podem constituir uma excelente combinação para uma embarcação de travessia.
Não é obrigatório escolher apenas uma fonte.
Primeiro calcular o consumo, depois escolher a produção
Existe, contudo, um erro de raciocínio que devemos evitar.
Não devemos começar por perguntar:
«Que aerogerador devo comprar?»
Ou:
«Quantos watts de painéis solares devo instalar?»
A primeira pergunta deveria ser:
1. Calcular o consumo
Para responder, fazemos um balanço dos consumidores.
- Plotter.
- AIS.
- VHF.
- Instrumentos.
- Piloto automático.
- Frigorífico.
- Iluminação.
- Bombas.
- Carregamento de telemóveis e outros equipamentos.
Para cada um interessa conhecer aproximadamente a potência ou corrente consumida e durante quanto tempo funciona.
Um equipamento que consome muito durante dez minutos pode representar menos energia diária do que outro de baixo consumo que permanece ligado durante 24 horas.
O piloto automático constitui um excelente exemplo: o consumo pode variar significativamente com as condições de mar, equilíbrio vélico e esforço necessário para governar a embarcação.
O frigorífico também não trabalha necessariamente com o compressor permanentemente ligado.
Por isso, o que procuramos obter é uma estimativa do consumo energético diário.
2. Depois dimensionamos as baterias
Conhecendo o consumo, podemos determinar a capacidade de armazenamento necessária.
Mas também aqui não devemos confundir a capacidade nominal do banco com a energia que podemos utilizar indiscriminadamente.
A capacidade efetivamente utilizável depende da tecnologia das baterias, profundidade de descarga admissível, idade, temperatura e outros fatores.
Uma bateria envelhecida pode continuar a apresentar uma tensão aparentemente normal e, no entanto, possuir uma capacidade real muito inferior àquela que tinha quando era nova.
É outra razão para um bom monitor de baterias ser tão útil.
3. Finalmente dimensionamos a produção
Só depois de conhecermos aproximadamente:
Estimar a energia utilizada pelos diferentes equipamentos ao longo de um dia.
Conhecer a capacidade efetivamente utilizável do banco de baterias.
Dimensionar as fontes de produção de acordo com o consumo, armazenamento e programa de navegação.
É este equilíbrio entre produção, armazenamento e consumo que determina a autonomia energética real de uma embarcação.
No FORMIDÁVEL, a experiência da Náutica Martins da Cruz levou-nos a considerar o aerogerador particularmente adequado ao nosso perfil de utilização.
Noutra embarcação, com outro programa de navegação, a resposta poderá ser diferente.
Um veleiro que realiza longas travessias a boa velocidade pode retirar enorme benefício de um hidrogerador.
Em contrapartida, uma embarcação utilizada sobretudo no verão e com grande superfície disponível pode encontrar no solar uma solução extremamente simples.
E uma embarcação destinada a grande autonomia pode concluir que a melhor resposta não é escolher entre vento, Sol ou água.
É aproveitar mais do que um deles.
Depende de perceber quanto gastamos, quanto conseguimos armazenar e em que condições conseguimos voltar a produzir aquilo que gastámos.
Antes de produzir mais energia, consumir melhor
Naturalmente, aumentar a capacidade de produção de energia a bordo não deve ser a única preocupação. Antes de instalar mais equipamentos de carga, importa perceber onde estamos a consumir energia e se esses consumos podem ser reduzidos.
Hoje, isso é relativamente fácil em muitos casos. A substituição de lâmpadas incandescentes por iluminação LED permite reduzir significativamente o consumo, e a escolha de equipamentos mais eficientes pode fazer uma diferença considerável no balanço energético da embarcação. Um frigorífico moderno e energeticamente eficiente, por exemplo, pode consumir bastante menos do que um equipamento antigo — e, sendo um dos consumidores que funciona durante mais horas a bordo, essa diferença acumula-se ao longo do dia.
O mesmo princípio deve aplicar-se aos restantes equipamentos: sempre que seja necessário substituir ou adquirir um novo aparelho, o seu consumo elétrico deve ser um dos critérios de escolha.
Depois de reduzidos e racionalizados os consumos, torna-se muito mais fácil determinar quanta energia precisamos realmente de produzir e, só então, decidir qual das soluções — aerogerador, painéis solares, hidrogerador ou outra — melhor se adapta à nossa embarcação e à forma como a utilizamos.