Atualmente, a maioria das pessoas se concentra na redução de carbono em construções permanentes. Há poucas pesquisas sobre medidas de redução de carbono para construções temporárias em canteiros de obras. Em geral, os departamentos de projetos em canteiros de obras com vida útil inferior a 5 anos utilizam casas modulares reutilizáveis, que podem ser reutilizadas. Isso reduz o desperdício de materiais de construção e, consequentemente, as emissões de carbono.
Com o objetivo de reduzir ainda mais as emissões de carbono, este projeto desenvolve um sistema fotovoltaico modular rotativo para o projeto de casas modulares de transição, fornecendo energia limpa durante sua operação. O mesmo sistema fotovoltaico rotativo é instalado na estrutura temporária do departamento de projetos do canteiro de obras. O suporte fotovoltaico padronizado e seu projeto são desenvolvidos de forma modular, com um design integrado e modularizado, baseado em módulos específicos, resultando em um produto técnico integrado, modular, destacável e rotativo. Este produto melhora a eficiência do consumo de energia do departamento de projetos por meio da "tecnologia flexível de armazenamento solar direto", reduz as emissões de carbono durante a operação das estruturas temporárias no canteiro de obras e fornece suporte técnico para a concretização da meta de edifícios com emissão de carbono próxima de zero.
A energia distribuída é um método de fornecimento de energia que integra a produção e o consumo de energia no lado do usuário, reduzindo as perdas durante a transmissão. Os edifícios, como principais consumidores de energia, podem utilizar a energia ociosa gerada por sistemas fotovoltaicos em seus telhados para realizar o autoconsumo, o que pode impulsionar o desenvolvimento do armazenamento de energia distribuída e contribuir para o alcance da meta nacional de dupla emissão de carbono e para a proposta do 14º Plano Quinquenal. O autoconsumo de energia em edifícios pode fortalecer o papel do setor da construção civil no cumprimento das metas nacionais de dupla emissão de carbono.
Este estudo analisa o efeito do autoconsumo na geração de energia fotovoltaica em construções temporárias em canteiros de obras e explora o impacto da tecnologia fotovoltaica modular na redução de emissões de carbono. O foco principal deste estudo é o departamento de projetos de casas modulares em canteiros de obras. Por um lado, como as construções temporárias são frequentemente negligenciadas no processo de projeto, o consumo de energia por unidade de área nessas estruturas costuma ser elevado. Após a otimização do projeto, as emissões de carbono podem ser reduzidas significativamente. Por outro lado, tanto as construções temporárias quanto os sistemas fotovoltaicos modulares podem ser reciclados. Além da geração de energia fotovoltaica, que contribui para a redução das emissões de carbono, a reutilização de materiais de construção também reduz consideravelmente essas emissões.
A tecnologia de "armazenamento solar e flexibilidade direta" é um importante meio técnico e uma forma eficaz de alcançar a neutralidade de carbono em edifícios.
Atualmente, a China está ajustando ativamente sua estrutura energética e promovendo o desenvolvimento de baixo carbono. Em setembro de 2020, o presidente Xi Jinping propôs uma meta de dupla emissão de carbono na 75ª sessão da Assembleia Geral das Nações Unidas. A China atingirá o pico de suas emissões de dióxido de carbono até 2030 e alcançará a neutralidade de carbono até 2060. As "Sugestões do Comitê Central do Partido Comunista da China sobre a Formulação do Décimo Quarto Plano Quinquenal para o Desenvolvimento Econômico e Social Nacional e as Metas de Longo Prazo para 2035" apontaram a necessidade de promover a revolução energética, melhorar a capacidade de consumo e armazenamento de novas energias, acelerar a promoção do desenvolvimento de baixo carbono, desenvolver construções verdes e reduzir a intensidade de emissão de carbono. Com foco nas metas de dupla emissão de carbono e nas recomendações do 14º Plano Quinquenal, diversos ministérios e comissões nacionais introduziram sucessivamente políticas específicas de promoção, entre as quais a energia distribuída e o armazenamento de energia distribuída são as principais direções de desenvolvimento.
Segundo as estatísticas, as emissões de carbono provenientes da operação de edifícios representam 22% do total das emissões de carbono do país. O consumo de energia por unidade de área em edifícios públicos aumentou com a construção de grandes edifícios e sistemas centralizados de grande escala, recentemente erguidos nas cidades. Portanto, a neutralidade de carbono em edifícios é fundamental para que o país alcance esse objetivo. Uma das principais diretrizes da indústria da construção civil, em resposta à estratégia nacional de neutralidade de carbono, é a construção de um novo sistema elétrico do tipo "fotovoltaico + carregamento bidirecional + corrente contínua + controle flexível" (energia fotovoltaica com armazenamento direto e flexível), considerando a crescente eletrificação do consumo de energia na construção civil. Estima-se que a tecnologia "energia solar com armazenamento direto e flexível" possa reduzir as emissões de carbono em cerca de 25% na operação de edifícios. Assim, a tecnologia "energia solar com armazenamento direto e flexível" é fundamental para estabilizar as flutuações da rede elétrica no setor da construção civil, acessar uma grande proporção de energia renovável e melhorar a eficiência elétrica dos edifícios futuros. Trata-se de um importante meio técnico e uma forma eficaz de alcançar a neutralidade de carbono em edifícios.
Sistema fotovoltaico modular
As construções temporárias no canteiro de obras utilizam, em sua maioria, casas modulares reutilizáveis. Por isso, um sistema modular fotovoltaico, também reversível, foi projetado para essas casas. Este produto de construção temporária fotovoltaica com emissão zero de carbono utiliza a modularização para projetar suportes e sistemas fotovoltaicos padronizados. Inicialmente, o projeto é baseado em duas especificações: casa padrão (6×3×3) e casa com passarela (6×2×3). A instalação dos painéis fotovoltaicos é feita em formato de mosaico sobre a casa modular, e painéis fotovoltaicos de silício monocristalino são instalados em cada contêiner padrão. Os painéis fotovoltaicos são então dispostos sobre o suporte fotovoltaico inferior, formando um componente modular integrado, que é içado como um todo para facilitar o transporte e a movimentação.
O sistema de geração de energia fotovoltaica é composto principalmente por módulos fotovoltaicos, inversor de frequência e bateria. O conjunto de produtos consiste em duas casas padrão e uma casa com corredor central, formando um bloco modular. Seis blocos modulares são combinados para criar diferentes unidades espaciais para cada departamento do projeto, adaptando-se ao layout espacial do departamento e formando um projeto pré-fabricado com emissão zero de carbono. Os produtos modulares podem ser variados e adaptados livremente a projetos e locais específicos, utilizando a tecnologia BIPV (fotovoltaica integrada a edifícios) para reduzir ainda mais as emissões de carbono do sistema energético geral do edifício, possibilitando que edifícios públicos em diferentes regiões e climas alcancem a neutralidade de carbono. Esta é uma rota técnica para referência.
1. Design modular
O projeto modular integrado é implementado com módulos unitários de 6m×3m e 6m×2m para facilitar o transporte e a movimentação dos produtos. Isso garante a rápida chegada do produto, operação estável, baixo custo operacional e redução do tempo de construção no local. O projeto modular permite a pré-fabricação da fábrica, o empilhamento e transporte integrados, o içamento e a conexão por travamento, o que melhora a eficiência, simplifica o processo de construção, reduz o prazo de conclusão e minimiza o impacto no canteiro de obras.
Principais tecnologias modulares:
(1) Os acessórios de canto consistentes com a casa do tipo modular são convenientes para a conexão do suporte fotovoltaico modular com a casa do tipo modular abaixo;
(2) O layout fotovoltaico evita o espaço acima das conexões de canto, de modo que os suportes fotovoltaicos possam ser empilhados para transporte;
(3) Estrutura de ponte modular, que é conveniente para o layout padronizado de cabos fotovoltaicos;
(4) A combinação modular 2A+B facilita a produção padronizada e reduz os componentes personalizados;
(5) Seis módulos 2A+B são combinados em uma pequena unidade com um pequeno inversor, e duas pequenas unidades são combinadas em uma grande unidade com um inversor maior.
2. Design de baixo carbono
Com base na tecnologia de carbono zero, esta pesquisa desenvolve produtos fotovoltaicos temporários para construção em canteiros de obras, com design modular, produção padronizada, sistema fotovoltaico integrado e equipamentos de suporte para transformação modular e armazenamento de energia. Os componentes incluem módulos fotovoltaicos, inversores e baterias, formando um sistema fotovoltaico que atinge emissões zero de carbono durante a operação do projeto no canteiro de obras. Os módulos fotovoltaicos, inversores e baterias podem ser desmontados, combinados e reutilizados, facilitando a execução de projetos com casas pré-fabricadas. Os produtos modulares podem ser adaptados às necessidades de diferentes escalas por meio de alterações quantitativas. Essa ideia de design modular, desmontável e combinável, pode melhorar a eficiência da produção, reduzir as emissões de carbono e promover a concretização das metas de neutralidade de carbono.
3. Projeto de sistema de geração de energia fotovoltaica
O sistema de geração de energia fotovoltaica é composto principalmente por módulos fotovoltaicos, inversor de frequência e bateria. Os painéis fotovoltaicos da casa modular são instalados no telhado, formando um padrão de telhas. Cada contêiner padrão possui 8 painéis fotovoltaicos de silício monocristalino com dimensões de 1924×1038×35mm, e cada contêiner de corredor possui 5 painéis fotovoltaicos de silício monocristalino com as mesmas dimensões.
Durante o dia, os módulos fotovoltaicos geram eletricidade, e o controlador e o inversor convertem a corrente contínua em corrente alternada para uso da carga. O sistema prioriza o fornecimento de energia elétrica para a carga. Quando a energia elétrica gerada pelos painéis fotovoltaicos é maior que a potência da carga, o excesso de energia elétrica carrega o banco de baterias através do controlador de carga e descarga; quando a luz é fraca ou à noite, o módulo fotovoltaico não gera eletricidade, e o banco de baterias passa pela máquina integrada de controle do inversor. A energia elétrica armazenada na bateria é então convertida em corrente alternada para a carga.
Resumo
A tecnologia fotovoltaica modular foi aplicada nas áreas de escritório e residenciais do departamento de projetos no canteiro de obras dos edifícios 4 a 6 do Parque Industrial Automotivo de Nova Energia de Pingshan, em Shenzhen. Um total de 49 grupos foram dispostos no conjunto 2A+B (ver Figura 5), equipados com 8 inversores. A capacidade instalada total é de 421,89 kW, a geração média anual de energia é de 427.000 kWh, a emissão de carbono é de 0,3748 kgCO₂/kWh e a redução anual de carbono do departamento de projetos é de 160 tCO₂.
A tecnologia fotovoltaica modular pode reduzir efetivamente as emissões de carbono no canteiro de obras, compensando a negligência na redução dessas emissões na fase inicial da construção do edifício. A modularização, a padronização, a integração e a reutilização podem reduzir significativamente o desperdício de materiais de construção, melhorar a eficiência do uso e reduzir as emissões de carbono. A aplicação prática da tecnologia fotovoltaica modular em projetos de novas energias permitirá alcançar uma taxa de consumo de energia limpa distribuída superior a 90% no edifício, mais de 90% de satisfação dos usuários e uma redução de mais de 20% nas emissões de carbono do projeto a cada ano. Além de reduzir as emissões de carbono do sistema energético do edifício como um todo, a tecnologia fotovoltaica integrada em edifícios (BIPV) também oferece uma rota técnica de referência para edifícios públicos em diferentes regiões e sob diferentes condições climáticas, visando atingir a neutralidade de carbono. Realizar pesquisas relevantes nessa área em tempo hábil e aproveitar essa oportunidade única pode colocar nosso país na vanguarda dessa mudança revolucionária.
Data e hora da publicação: 17/07/2023