Visão geral e tendências do mercado de veículos elétricos

Atualmente, os veículos elétricos e híbridos podem parecer como inovações recentemente desenvolvidas. Porém, a narrativa sobre eles começa em meados do século XIX. A construção de veículos elétricos tem uma ligação direta com o desenvolvimento de baterias. A primeira bateria de chumbo-ácido projetada por Gastón Planté em 1859 foi usada por muitos carros desde o início da década de 1880 na França, nos EUA e no Reino Unido.

Durante a segunda metade da mesma década, o primeiro motor de combustão interna é apresentado. Em 1903, havia cerca de 4 mil carros registrados na cidade de Nova York, 53 % de vapor, 27% de gasolina e 20 % de eletricidade. Mas nesse mesmo período, o número de combustão interna do carro foi 30 vezes mais significativo.

Entre os motoristas do declínio do veículo elétrico está o sistema de produção de automóveis Henry Serie, que permitiu que os valores finais dos veículos a combustível fossem metade dos carros elétricos. A fabricação menor ocorre a partir da década de 1930, perdendo todo o potencial de mercado [1].

A Emenda da Lei do Ar Limpo de 1990 e a Lei da Política de Energia de 1992 nos Estados Unidos ajudaram a estimular o investimento novamente em veículos elétricos. O Conselho de Recursos Aéreos da Califórnia também aprovou novos regulamentos que exigiam que as montadoras produzissem e vendessem um veículo de emissão zero para comercializar seus carros no estado.

A partir dos anos 2000, a indústria do setor voltou a ganhar mais espaço. Em 2012, a Tesla começou a entregar seu Modelo S, seu segundo carro elétrico de longo alcance e em 2017, grandes fabricantes como a BMW e General Motors, já apresentavam investimentos na fabricação de veículo elétrico. Outras montadoras tradicionais como Ford, Mercedes-Benz e Volkswagen também estão aumentado investimento na área.

O retorno ao mercado

O aumento populacional, tecnológico e industrial promoveu nas últimas décadas uma revolução no setor de mobilidade. O meio de transporte coletivo e individual é composto por veículo com motor de combustão interna (ICE). O ICE gera no uso de partículas poluentes causando problemas respiratórios, pois também é responsável por contribuir diretamente para o aquecimento global [1].

Além disso, a preocupação com o meio ambiente devido aos gases de efeito estufa emitidos pelos motores de combustão interna convencionais é vista como um fator importante que está acelerando e sustentando o crescimento dessa tecnologia.

A IRENA (Agência Internacional de Energia Renovável) [2], em suas pesquisas de mercado mostrou que as vendas de veículos elétricos aumentaram em aproximadamente 58 %, superando a marca de 2 milhões em 2018. E espera-se que até 2050 haja mais de um bilhão de veículos elétricos distribuídos entre ônibus elétricos, motocicletas, quadriciclos e caminhões.

Veículos elétricos versus Veículo de combustão interna

Do ponto de vista ambiental, os motores de combustão interna geram impactos diretos, como as emissões de gases de efeito estufa. Ela tem um impacto direto na saúde humana da poluição do ar como resultado do processo de combustão da gasolina.

Ao analisar veículos elétricos, vemos que não existe emissão direta em operação. Suas consequências são derivadas indiretamente de um conjunto de parâmetros que estão presentes principalmente na fabricação de baterias e do nível de poluição causado pelas fontes de geração da rede elétrica que fornecerá esse veículo elétrico [1].

Essas questões levantadas podem ser mitigadas, por exemplo, investindo em sistemas de energia renováveis como solar fotovoltaica e eólica para alimentação do banco de baterias dos veículos elétricos. Outras soluções estão no desenvolvimento de tecnologias de baterias com menor impacto e sistemas de reciclagem que possam alcançar a taxa de 100% de reutilização dos componentes.

Componentes principais de um veículo elétrico

Os veículos totalmente elétricos ou veículos elétricos a bateria como também são conhecidos, apresentam o motor elétrico em vez de um motor de combustão interna. Ele utiliza uma bateria de tração para alimentar o motor elétrico e o processo de carregamento deve ser realizado a partir da conexão a uma estação de carregamento ou tomada de carregamento [1].

Os componentes de um veículo elétrico são apresentados a seguir de acordo com a Figura 3 [1, 4].

• Motor de tração elétrica: transforma a energia elétrica em movimento no carro. Vários tipos de motores elétricos podem ser usados ​​para conversões CA e CC. Alguns veículos usam geradores de motores que executam funções de acionamento e regeneração;
• Bateria de Tração: armazena eletricidade para uso do motor elétrico;
• Bateria auxiliar: fornece eletricidade para alimentar os acessórios do veículo;
• Porta de carregamento: permite que o veículo se conecte a uma fonte de energia externa para carregar a bateria de tração;
• Conversor CC/CC: converte energia CC de alta tensão da bateria de tração na energia CC de baixa tensão necessária para alimentar os acessórios do veículo e recarregar a bateria auxiliar;
• Carregador a bordo: usa a eletricidade CA de entrada fornecida pela estação e a converte em energia CC para carregar a bateria de tração;
• Controlador: gerencia o fluxo de energia elétrica fornecida pela bateria de tração, controlando a velocidade do motor de tração elétrica e o torque que produz;
• Sistema de refrigeração: Mantém uma faixa de temperatura operacional adequada dos componentes do VE;
• Transmissão elétrica: transfere energia mecânica do motor de acionamento elétrico para acionar as rodas.

Estação de recargas para alimentação de veículo elétrico

Carregar um veículo elétrico não é uma tarefa difícil, na realidade é muito parecido com a conexão que você realiza para alimentar seu aparelho celular na rede elétrica. Ambas tecnologias utilizam baterias recarregáveis de lítio-íon e níquel-hidreto metálico.

O uso das baterias de lítio-íon, em especial, dominou a pesquisa em todo o mundo para o desenvolvimento de baterias de alto desempenho para aplicações não apenas veiculares, mas para o armazenamento em sistemas fotovoltaicos e eólicos [1].

Assim como o celular precisa de um cabo USB próprio para essa conexão, os veículos elétricos necessitam de cabos com plug-in específico para esse tipo de ligação e as fontes. As conexões com a rede elétrica podem ser realizadas a partir de uma tomada simples, enquanto outros requerem instalações personalizadas.

O tempo necessário para carregar o seu carro também varia com base no tipo de carregador utilizado. A estação de recarga também é conhecida como ponto de carregamento elétrico, ponto de carregamento e eletroposto (Figura 2). O equipamento que faz a ligação entre os veículos elétricos e rede de distribuição de energia apresenta grande similaridade física aos postos de gasolina [5].

Tipos de estações de recarga

A ABNT adotou os padrões da IEC (Comissão Eletrotécnica Internacional) 61851 e 62196 para reger os requisitos de equipamentos e conectores de recarga de veículo elétrico. Esta norma, no Brasil, é a NBR/IEC 62196 que apresenta classificações referentes aos modos de recarga que podemos realizar [5]. De forma geral, as recargas podem ser realizadas através de:

1. Recarga doméstica residencial: o cabo plug-in vem com padrão para ligação em tomadas residenciais;
2. Carregador Wallbox: interface física instalada na residência em padrão monofásico ou trifásico. Neste dispositivo é possível acompanhar o consumo de energia do veículo elétrico, programar para carregamento em bandeiras tarifárias de menor custo e contém equipamentos internos de segurança contra choque elétrico, descargas atmosféricas e picos de tensão;
3. Estações de recargas: os equipamentos apresentam maior estrutura física e são aplicados em estações públicas, ambientes de trabalho, comércio e estradas. Podem ser encontrados também em estrutura Toten ou Fast Charge. Nessa modalidade é necessária alta disponibilidade de energia, pois o tempo de carregamento é menor que 2h.

Lembrando que a tomada de uso geral pode ser utilizada para o carregamento, mas deve passar por inspeção para avaliar se a instalação está de acordo com a padronização brasileira NBR 5410 e com as especificações de recarga do próprio carro elétrico.

Perspectivas sobre VE e energia solar

O relatório do IRENA de 2019 sobre o futuro da energia solar fotovoltaica destaca que é necessário acelerar a transformação de energia nas próximas três décadas e o uso da geração solar é essencial para atingir as metas climáticas.

Com a perspectiva da implantação massiva e acelerada combinada com a eletrificação mais profunda é previsto até 21% das reduções de emissão de CO₂ (quase 4,9 gigas toneladas por ano) até 2050 [6]. Como um dos obstáculos a serem enfrentados na adoção massiva de VE é o fornecimento de energia, a expansão da geração distribuída (GD) é inevitável.

A adoção de energia solar nas infraestruturas de carregamento é uma solução que agrega maior valor econômico e ambiental na inserção dessas tecnologias. As emissões anuais de CO2 relacionadas à energia precisam diminuir 70% em relação aos níveis atuais até 2050 para atingir as metas climáticas [2].

A integração de tecnologias verdes não são apenas parte de uma solução para esse grande problema, mas amenizam antecipadamente outros obstáculos que poderão surgir ao longo dos anos, como proporcionar energia adequada e suficiente à rede de distribuição para suportar o processo de expansão da mobilidade elétrica e outros meios de consumo.

Referências

• [1] COSTA, T. S.; et al. 2018. Electric Vehicle Review. Preprint
• [2] IRENA – International Renewable Energy Agency. 2019. How to transform energy system and reduce carbono emissions
• [3] AFDC: Alternative Fuels Data Center, 2019. How do all-electric cars work? Alternative Fuels Data Center – U.S. Departament of Energy
• [4] COSTA, T.S.; et al. 2020. Estação de recarga com sistema híbrido autônomo para veículo elétrico aplicado à Reserva Extrativista Tapajós-Arapiuns (No prelo). VIII Congresso Brasileiro de Energia Solar, Fortaleza
• [5] COSTA, T. S. 2019. Estudo e simulação de sistemas fotovoltaicos híbridos para aplicação autônoma e conectada à rede. Faculdade de Engenharia Elétrica e da Computação, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Campinas, Dissertação de Mestrado
• [6] IRENA – International Renewable Energy Agency. 2019. Future of solar Photovoltaic. ISBN: 978-92-9260-156-0