A energia solar consegue alimentar um pequeno sistema de cultivo na sala de aula e, pelo caminho, dá uma boa lição. Mas a resposta honesta para a maioria das escolas é que uma tomada de parede normal, apoiada por uma bateria modesta, sai mais barata, é mais simples e igualmente fiável. O solar justifica-se quando quer que o sistema de cultivo continue a funcionar sozinho durante os cortes de energia, ou quando o objetivo da montagem é ensinar energias renováveis. Este guia aborda as cargas, o dimensionamento, a segurança e a relação custo-benefício, para que possa escolher o caminho certo.

Descubra quanto consome de facto o seu sistema de cultivo

Antes de dimensionar qualquer painel, some as cargas. Uma pequena estrutura hidropónica de sala de aula tem três: uma bomba de água que faz circular a solução nutritiva, uma bomba de ar que a oxigena (nem todos os sistemas usam uma) e uma luz de cultivo. As bombas são minúsculas, normalmente uns poucos watts cada. A luz é quase sempre a carga grande e é ela que decide todo o seu orçamento energético.

Converta cada carga em watt-hora por dia, multiplicando a sua potência pelas horas de funcionamento. Uma bomba de 5 W a trabalhar 24 horas por dia consome cerca de 120 Wh diários. Uma luz LED de cultivo de 30 W ligada 14 horas consome cerca de 420 Wh. Somando tudo, um sistema de um só tabuleiro fica perto de meio quilowatt-hora por dia. É esse número, e não o tamanho do painel, aquilo para que está realmente a projetar.

Dimensione para o inverno, não para o verão

A produção solar depende das horas de sol de pico e, na Cidade do Cabo, essas horas são mínimas no inverno, precisamente quando os dias curtos e encobertos o tentam a manter a luz de cultivo ligada mais tempo. Se dimensionar o conjunto de painéis para uma tarde luminosa de fevereiro, ele ficará aquém em junho. Dimensione antes para o pior mês.

Faça as contas por esta ordem:

1. Some os watt-hora diários das cargas acima.
2. Divida por horas de sol de pico realistas de inverno (conte com três a quatro, e não com as cinco ou seis do verão) para obter a potência do painel e acrescente depois cerca de 30% para perdas na cablagem, no regulador de carga e na bateria.
3. Dimensione a bateria para aguentar a luz e a bomba durante a noite mais um dia sem sol, e não conte descarregá-la por completo. As baterias de chumbo-ácido e AGM não gostam de descer abaixo de cerca de metade da carga; as de lítio podem ir mais fundo.
4. Arredonde todos os valores para cima. Um painel e uma bateria sobredimensionados custam um pouco mais, mas poupam-lhe um sistema morto na semana mais escura do ano.

A bateria é, na verdade, uma questão de cortes de energia

Para a maioria das salas de aula, o verdadeiro valor de uma bateria não é viver totalmente fora da rede. É atravessar um período de corte de energia, normalmente umas duas horas, para que a bomba continue a levar água e oxigénio às raízes. Um sistema de recirculação parado durante duas horas é um risco maior do que a luz apagada durante o mesmo tempo. As plantas toleram um curto período sem luz muito melhor do que as raízes toleram água estagnada.

Isto muda o enquadramento de toda a montagem. Não precisa necessariamente de gerar toda a sua energia. Precisa de energia armazenada suficiente para manter a bomba viva quando a rede falha. Uma pequena bateria com um carregador de rede, ou uma UPS barata, faz isso por uma fração do custo de um sistema solar completo.

Regras básicas de segurança

Aqui a água e a eletricidade partilham a mesma mesa, por isso mantenha a cablagem aborrecida e de baixa tensão. Algumas regras cobrem quase tudo:

• Faça o sistema funcionar a 5 V ou 12 V sempre que puder e mantenha tomadas, fichas e extensões da rede elétrica bem longe do reservatório.
• Coloque um fusível junto à bateria e ponha sempre um regulador de carga adequado entre o painel solar e a bateria.
• Use baterias seladas AGM ou LiFePO4 numa sala de aula, nunca chumbo-ácido aberto, que pode libertar gases e derramar ácido.
• Dê a cada cabo uma curva de gotejamento, para que a água escorra em vez de seguir de volta até um conector, e arrume os fios para que ninguém tropece.
• Deixe que um adulto trate de qualquer ligação ao painel e à bateria; os alunos podem montar o lado de baixa tensão, com os sensores e a bomba.

Quando a rede elétrica mais uma UPS é a compra mais inteligente

Se a sua sala de aula já tem uma tomada perto da mesa de cultivo, faça as contas antes de comprar um único painel. O sistema inteiro consome mais ou menos o mesmo que uma lâmpada, por isso uma pequena UPS ou uma bateria de 12 V com carregador de manutenção aguenta-o durante um corte típico por muito menos dinheiro do que uma instalação solar. Conte que o painel, o regulador de carga e a bateria de uma montagem solar completa custem mais do que a própria estrutura de cultivo que alimentam.

O solar completo passa a ser a opção certa em três casos: não há uma tomada por perto, quer uma estrutura portátil que possa levar para a rua ou para outra sala, ou ensinar energia solar é, em si mesmo, o objetivo. Se nenhum destes se aplicar, a rede elétrica mais uma pequena bateria de reserva costuma ser a compra sensata, e pode sempre acrescentar mais tarde um único painel de demonstração para ensinar a ideia.

Transforme o sistema de energia na própria lição

Seja qual for o caminho escolhido, a eletricidade é uma oportunidade pedagógica boa demais para ficar escondida dentro de uma ficha. Ligue a bomba e a luz através de uma placa e deixe os alunos registarem o que se passa: tensão do painel, nível da bateria, se a bomba está ligada e a temperatura da água. Uma placa como a sheenbot∞ pode ligar a bomba por temporizador, ler um sensor de nível e registar os números, de modo que a energia deixa de ser abstrata e passa a ser um gráfico sobre o qual a turma pode discutir.

Isso transforma uma estante de cultivo num período letivo de trabalho interdisciplinar: medir watt-hora em matemática, biologia vegetal em ciências e a programação que liga tudo. Se quiser vê-lo a funcionar antes de se comprometer, marque uma aula experimental gratuita na nossa academia na Cidade do Cabo, e as placas, os sensores e as bombas estão na loja.

A versão curta

Comece por somar as cargas da bomba e da luz, dimensione qualquer solução solar para o inverno e não para o verão, e lembre-se de que uma bateria compensa sobretudo por sobreviver aos cortes de energia. Para uma sala de aula com uma tomada na parede, a rede elétrica mais uma pequena UPS costuma ser mais barata e mais simples do que passar totalmente a solar. Guarde o sistema completo para quando a independência energética, a portabilidade ou o ensino do próprio solar forem mesmo o objetivo.

Perguntas frequentes

Um único painel solar consegue alimentar ao mesmo tempo a luz de cultivo e a bomba?

Muitas vezes sim, num sistema de um só tabuleiro, desde que instale também uma bateria. O painel carrega a bateria durante o dia e a bateria alimenta a luz e a bomba, incluindo de noite e em períodos de nuvens. Um painel sozinho, sem bateria, para no momento em que passa uma nuvem, por isso a bateria não é opcional.

As plantas morrem durante um corte de energia?

Não por causa de um corte de duas horas. A luz apagar-se por pouco tempo não é problema. O maior risco é a bomba parar num sistema de recirculação, por isso, se só puder proteger uma coisa, proteja a bomba.