Um experimento operacional em um apartamento na cidade romena de Bucareste demonstrou que janelas fotovoltaicas semitransparentes podem alimentar diretamente um aquecedor de água com corrente contínua, usando o tanque de água como meio de armazenamento térmico em vez de uma bateria elétrica. Segundo as medições publicadas pelo responsável pelo experimento, o sistema cobriu entre 43,7% e 46,7% da necessidade de uma família de quatro pessoas de energia para água quente durante dois períodos consecutivos de monitoramento.
O experimento, apresentado por Adrian Băisan, da empresa PhotoVoltaic Windows SRL, tem como alvo um problema prático enfrentado por moradores de apartamentos: a ausência de espaço próprio no telhado para a instalação de painéis solares. Nesses casos, janelas, varandas e barreiras de vidro tornam-se algumas das poucas superfícies disponíveis para a geração de energia, mas a produção de eletricidade nem sempre coincide com seu consumo dentro da residência.
O que aconteceu na prática no apartamento?
O sistema foi instalado em uma varanda envidraçada voltada para o sul e é composto por 11 janelas fotovoltaicas semitransparentes. Sua potência nominal corrigida é de aproximadamente 845 watts de pico, enquanto documentos anteriores do projeto indicavam 683 watts de pico com base em uma ficha técnica mais antiga, de 2021. A fabricante explicou que o vidro entregue pertencia a modelos mais recentes, com maior potência. Essa correção não altera os resultados da energia medida nem o percentual de cobertura da água quente.
As janelas operam fora da rede elétrica residencial, conectadas diretamente ao elemento de aquecimento resistivo de um aquecedor de água comum. Quando a energia solar é insuficiente, o controlador comuta o aquecedor para a corrente alternada da rede após o pôr do sol, até que a temperatura definida no termostato seja atingida. Com essa configuração, o sistema não precisa de inversor solar nem de bateria eletroquímica.
Durante o período de 2023 a 2024, as janelas forneceram 446 quilowatts-hora ao aquecedor de água, cobrindo 46,7% da demanda da residência por energia para água quente. No período de 2024 a 2025, a energia fornecida aumentou para 462 quilowatts-hora, mas o percentual de cobertura foi de 43,7%. Cada período inclui cerca de 11 meses efetivos de uso, porque a família ficou fora de casa por aproximadamente um mês.
Por que foi escolhido o aquecimento de água em vez de uma bateria?
A ideia central é separar o momento da produção de energia do momento de seu uso. Um tanque de água pode receber 100, 300 ou 500 watts ao longo de várias horas e depois conservar a energia na forma de calor para uso posterior. Isso difere de um sistema solar tradicional conectado a cargas elétricas instantâneas, no qual o sistema pode produzir 500 watts enquanto a residência, naquele mesmo momento, consome apenas 150 watts.
O material menciona um exemplo de referência da Agência Ambiental Alemã, UBA, para um sistema fotovoltaico de varanda de 800 watts, instalado verticalmente e voltado para o sul. Estima-se que sua produção anual seja de aproximadamente 532 quilowatts-hora, com consumo direto dentro do apartamento de cerca de 240 quilowatts-hora, ou aproximadamente 45%, na ausência de bateria. Já direcionar a eletricidade solar diretamente para um aquecedor de água permite absorver a produção durante um período mais longo, o que pode aumentar o aproveitamento da energia disponível sem acrescentar armazenamento elétrico.
A compatibilidade elétrica é o fator decisivo
Os resultados não significam que o vidro fotovoltaico seja naturalmente mais eficiente do que os painéis de silício tradicionais. O ponto mais importante é a compatibilidade entre a tensão do conjunto e a carga de aquecimento. Ao conectar diretamente dois painéis tradicionais, com potência total de aproximadamente 800 watts, a um elemento de aquecimento de 3 quilowatts e 230 volts, a comparação apresentada no material indica que a potência transferida pode não ultrapassar cerca de 300 watts, devido às características de tensão e corrente.
Em contrapartida, as janelas fotovoltaicas utilizam um número maior de elementos de geração de menor potência, permitindo organizá-los para alcançar uma tensão de corrente contínua mais adequada ao elemento de aquecimento, mantendo moderada a potência total. O sistema registrou um pico medido de 499 watts no aquecedor, a partir de uma potência nominal corrigida de 845 watts de pico.
Um conversor MPPT ativo pode aumentar a potência instantânea em algumas condições de iluminação, mas não necessariamente transformará esse aumento em uma quantidade equivalente de energia anual útil; o aquecedor desliga quando atinge a temperatura definida, e o conversor também acrescenta consumo, perdas, custo e complexidade. Essa conclusão permanece relacionada à configuração do experimento e não constitui uma regra geral que elimine a necessidade de eletrônica de potência em todos os sistemas.
Benefícios adicionais e limitações a considerar
O material afirma que a produção local de água quente reduziu o tempo de espera para que a água quente central chegasse ao chuveiro. Com base em uma vazão medida de 6,7 litros por minuto e em uma espera de aproximadamente cinco minutos para atingir cerca de 43 graus Celsius no fim de setembro, o modelo do caso estimou um desperdício de aproximadamente 62,1 metros cúbicos de água por ano durante a espera para uma família de quatro pessoas. A fonte confirma que essa é uma estimativa específica do caso, não um número geral, porque o comprimento das tubulações, o sistema de recirculação e as condições de operação variam entre os edifícios.
O vidro fotovoltaico também funciona como elemento de sombreamento. De uma área total de vidro de aproximadamente 12,9 metros quadrados, o vidro fotovoltaico semitransparente cobre 7,92 metros quadrados. O modelo estima que sua substituição pelo vidro transparente reduziu o ganho de calor solar através da fachada em cerca de 40%, com uma estimativa de redução do consumo de refrigeração nesse apartamento entre 433 e 481 quilowatts-hora no verão, e um valor central de aproximadamente 457 quilowatts-hora. Esses são valores calculados, não medições efetivas da economia de ar-condicionado.
Leitura editorial da certi.news: A importância do experimento está em redefinir o aproveitamento da energia solar em apartamentos: nem sempre é necessário converter a eletricidade em corrente alternada ou armazená-la em uma bateria; o tanque de água já existente pode ser uma carga flexível e útil. No entanto, os resultados, por si só, não comprovam a viabilidade econômica nem a possibilidade de expansão, e os dados foram fornecidos pela entidade relacionada à própria tecnologia, enquanto alguns benefícios de refrigeração e economia de água se baseiam em modelos e estimativas. Por isso, a comparação com painéis tradicionais, os custos de instalação e os requisitos de segurança e regulamentação nos edifícios precisam de uma avaliação independente antes que a solução seja generalizada.