Sistema de Iluminação Pública Sem Consumo Durante o Horário de Ponta

Um dos grandes problemas enfrentados pelo setor elétrico brasileiro está relacionado com o Horário de Ponta. O Horário de Ponta é definido como um intervalo de tempo no qual nitidamente o consumo de energia é maior do que nos demais períodos do dia (ANEEL, 2001). Como não é viável armazenar a energia elétrica em volume muito grande, este intervalo de poucas horas, exige que todo o sistema elétrico de potência (geração, transmissão e distribuição de energia elétrica) seja projetado para suportar esta demanda máxima. Porém, na maior parte do tempo, o sistema opera com uma carga inferior.

Em função disso, as concessionárias de energia aplicam tarifas diferenciadas para o consumo de energia durante o Horário de Ponta, penalizando também o consumidor. Para tentar reduzir os gastos com energia elétrica, empresas e concessionárias têm desenvolvido produtos e estimulado o uso de fontes de energia alternativas durante o Horário de Ponta.

A frequência e duração do Horário de Ponta variam não apenas com relação aos dias da semana, mas também com diversos outros fatores como: temperatura do dia, efeitos sazonais, feriados e comportamento humano (Ismail, 2009). No Brasil, a característica do sistema elétrico tem seu ponto de maior demanda no intervalo compreendido entre 18 horas e 21 horas, como mostra a Figura 1.15 (PROCEL EPP, 2010).

Um dos responsáveis pela sobrecarga do sistema durante o Horário de Ponta é a iluminação pública. Com mais de 15 milhões de pontos instalados no Brasil, a iluminação pública representa aproximadamente 3% do consumo total de energia elétrica do país e pode corresponder a até 75% dos gastos com energia elétrica em um município (ELETROBRÁS, 2012; PROCEL Info, 2012). Além do consumo considerável, é justamente durante o Horário de Ponta que as luzes da cidade são acionadas, aumentando ainda mais a carga do sistema elétrico (Dalla Costa, 2009).

No Brasil, uma alternativa adotada para evitar que o acionamento destas lâmpadas seja feito durante o Horário de Ponta foi a criação do Horário de Verão, que adianta em uma hora o horário oficial em algumas regiões do país. Isto tem proporcionado uma economia de aproximadamente dois bilhões de reais em investimentos de expansão no sistema de geração de energia (ONS, 2012; ONS, 2011).

Outra forma de reduzir o consumo de energia elétrica da rede neste período é acionar o sistema de iluminação pública através de fontes alternativas de energia (Sá Junior, 2004). Para isso, painéis fotovoltaicos ou baterias podem ser empregados para a alimentação do sistema. Projetos semelhantes têm sido feitos para sistemas de iluminação autônomos, destinados aos locais de difícil acesso à rede elétrica (Dalla Costa, 2009; Schittler, 2004).

Os sistemas de iluminação pública atualmente são baseados em lâmpadas de descarga. Lâmpadas de descarga operam em corrente alternada e necessitam de um pulso elevado de tensão para sua ignição. Em contrapartida, LEDs operam em corrente contínua, não necessitam de ignição e apresentam baixa tensão de condução. Estas características fazem dos LEDs, fontes de luz ideais para alimentação por baterias.

Então, um sistema de iluminação pública sem consumo durante o Horário de Ponta pode ser implementado empregando LEDs alimentados pela rede e por baterias. Assim, durante o Horário de Ponta, a bateria alimenta os LEDs, reduzindo a demanda do sistema elétrico. No período compreendido entre 22 horas e 6 horas, onde a demanda é menor, a carga da bateria pode ser efetuada através da rede.

Este mesmo sistema, também pode ser utilizado como iluminação de emergência, acionando os LEDs pela bateria caso haja algum problema no fornecimento de energia pela rede. Esta aplicação aumenta a confiabilidade do sistema de iluminação proporcionando maior segurança às vias públicas.

REQUISITOS PARA UM SISTEMA DE

ILUMINAÇÃO PÚBLICA BASEADO EM LEDS

ALIMENTADOS PELA REDE ELÉTRICA OU

BATERIA

O projeto de um sistema de iluminação pública empregando LEDs alimentados pela rede elétrica ou por bateria deve seguir algumas recomendações. No Brasil, recentemente a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) apresentou algumas normas relacionadas à iluminação de estado sólido, como a NBR 16026 e a NBR IEC 61347-2-13 as quais fazem referências às normas internacionais IEC 62384 e IEC 61347-2-13, respectivamente (ABNT, 2012a; ABNT, 2012b; IEC 62384, 2006; IEC 61347-2-13, 2006). A maioria delas regulamenta o processo de produção, instalação ou testes de produtos. Entretanto, alguns requisitos podem ser previstos no projeto do circuito eletrônico, como o limite para o fator de potência. As normas internacionais recomendam que o circuito tenha um fator de potência igual ou maior que 0,9 (IEC 62384, 2006; ENERGY STAR, 2011). De acordo com a norma brasileira NBR 16026:2012 este limite deve ser de 0,92 para dispositivos de controles eletrônicos com potência total maior ou igual a 25 W (ABNT, 2012a).

Da mesma forma deve-se respeitar a norma internacional IEC 61000-3-2 Classe C, que limita o conteúdo harmônico da corrente de entrada do circuito aplicado à iluminação (IEC 61000-3-2, 2005). Para potências superiores a 25 W, como no caso da iluminação pública, esta limitação é mais severa, e deve ser atendida.

Além disso, o circuito eletrônico deve apresentar alta eficiência e ainda deve regular a corrente que circula pelos LEDs. O sistema também deve prever outros circuitos para alimentar os LEDs através da bateria e controlar o seu processo de recarga (IEEE, 2007; IEEE, 2003; IEEE, 1996). Se o mesmo sistema for empregado para iluminação de emergência, as normas relativas a esta aplicação também devem ser atendidas (ABNT, 1999; IEEE, 1995). Embora estas normas sejam destinadas a instalação de equipamentos, alguns itens como autonomia e luminosidade mínima podem ser previstos durante o projeto e desenvolvimento destes sistemas.

Então, a Figura 2.1 representa os estágios de um sistema de iluminação pública baseado em LEDs alimentados pela rede elétrica ou por baterias. Este sistema pode ser aplicado à iluminação pública sem consumo de energia da rede elétrica durante o Horário de Ponta e/ou iluminação de emergência.

O sistema é composto por um estágio de correção do fator de potência, um estágio para controle da corrente nos LEDs (driver), um estágio para realizar a recarga da bateria e outro para alimentar os LEDs através da bateria quando necessário. Neste capítulo é feita uma análise sobre cada estágio e os circuitos eletrônicos que a eles podem ser aplicados, bem como a especificação da luminária e do banco de baterias.

Figura 2.1 –Diagrama de blocos para um sistema de iluminação pública alimentados pela rede elétrica ou por baterias.