Postes Inteligentes a Corrente Contínua Impulsionam Energia Renovável na China
Num avanço ousado rumo à descarbonização urbana e infraestruturas inteligentes, engenheiros e planejadores energéticos chineses estão a promover uma abordagem transformadora para a iluminação municipal: postes de iluminação pública alimentados por corrente contínua (CC), integrados com painéis fotovoltaicos distribuídos, armazenamento de energia e carregamento para veículos elétricos (VE). Este modelo emergente, detalhado num recente estudo revisto por pares publicado no Zhaoming Gongcheng Xuebao (Journal of Illuminating Engineering), oferece um plano convincente para cidades em todo o mundo que lutam com ineficiência energética, congestionamento das redes e a necessidade urgente de escalar a integração de renováveis.
A investigação, liderada por Jianwei Liu do China Power Engineering Consulting Group Co., Ltd., em conjunto com uma equipa multidisciplinar do China Energy Engineering Group Tianjin Electric Power Design Institute Co., Ltd., apresenta um caso técnico e económico abrangente para sistemas de iluminação pública baseados em CC. Longe de ser um nicho experimental, o artigo argumenta que os postes de CC representam um ponto de convergência estratégico para múltiplas tendências de energia limpa — energia solar, armazenamento em baterias, adoção de VEs e gestão urbana inteligente — todas ancoradas numa única plataforma de infraestrutura escalável.
À primeira vista, os postes de iluminação podem parecer um componente mundano da vida urbana. No entanto, estão entre os serviços públicos mais ubíquos e intensivos em energia. Só na China, a iluminação rodoviária representa cerca de 25 a 30% do consumo total de eletricidade em iluminação, que por si representa cerca de 13% do uso total de eletricidade da nação. Os sistemas tradicionais de corrente alternada (CA), muitas vezes alimentados por lâmpadas de sódio de alta pressão ou haletos metálicos, sofrem de elevadas perdas de energia, compatibilidade limitada com a tecnologia LED moderna e vulnerabilidade a fugas de corrente e quedas de tensão em longas distâncias de distribuição. Estas ineficiências são ampliadas em áreas metropolitanas expansivas, onde a energia deve viajar quilómetros desde as subestações até às luminárias individuais.
Entram em cena os postes de iluminação a CC. Ao eliminar a necessidade de conversão repetida de CA para CC — necessária para virtualmente todas as luminárias LED modernas — os sistemas a CC reduzem drasticamente o desperdício de energia. Mais importante, criam um ambiente nativo para integrar fontes renováveis, como painéis solares montados em telhados ou nos próprios postes, que naturalmente produzem energia CC. Esta sinergia reduz drasticamente as perdas por conversão, simplifica a arquitetura do sistema e melhora a fiabilidade global.
Liu e os seus coautores enfatizam que as vantagens se estendem muito para além da poupança energética. Uma micro-rede CC para iluminação pública permite o que designam por ecossistema energético “quatro em um”: geração (via fotovoltaicos), armazenamento (através de baterias), consumo (iluminação e cargas auxiliares) e carregamento (para VEs). Este modelo integrado transforma postes de iluminação passivos em nós de energia ativos, capazes de fluxo bidirecional de energia, suporte à rede e backup de emergência.
Uma das principais contribuições do estudo reside na sua análise meticulosa da arquitetura do sistema. Os autores exploram a seleção de tensão, estratégias de aterramento e topologias de rede adaptadas a aplicações de iluminação urbana. Baseando-se em normas nacionais como a GB/T 35727–2017 e a T/CECS 705–2020, defendem uma tensão nominal de 220 V CC como o equilíbrio ideal entre segurança, eficiência e compatibilidade com produtos LED existentes. A este nível, o sistema evita os riscos elevados de eletrocussão associados a tensões CC mais altas, permitindo ainda distâncias de transmissão práticas — até 400 metros sem queda de tensão excessiva — tornando-o adequado para quarteirões urbanos típicos.
O aterramento, um aspeto crítico mas frequentemente negligenciado da segurança em CC, recebe atenção particular. A equipa avalia três configurações padrão — TT, TN-S e IT — e conclui que o sistema IT (isolado com aterramento de alta resistência) oferece o melhor compromisso para iluminação pública. Numa configuração IT, um defeito de aterramento monopolar não desarma imediatamente o sistema, permitindo a operação contínua enquanto alerta as equipas de manutenção — uma característica crucial para garantir iluminação noturna ininterrupta em zonas críticas. Além disso, esta configuração minimiza as correntes de defeito, reduzindo o risco de incêndio e choque elétrico sem depender de dispositivos de corrente residual (DR) CC comercialmente imaturos, que ainda são escassos no mercado.
O argumento económico é igualmente persuasivo. Os investigadores modelam vários cenários de implantação ao longo de um corredor urbano representativo de 1 quilómetro, equipado com 160 postes de iluminação. Numa retroadaptação básica a CC — substituindo lâmpadas AC antigas por LEDs modernos e mudando para uma rede de distribuição CC — estimam uma redução de 20% no consumo de energia. A um custo de eletricidade de ¥0,75/kWh, isto traduz-se em poupanças anuais de mais de 28.000 kWh e cerca de ¥21.000 em contas de serviços públicos reduzidas. Crucialmente, a mudança também reduz custos de cablagem: os sistemas CC requerem apenas dois condutores em vez dos três ou cinco usados em configurações AC típicas, gerando uma poupança imediata de ¥100.000 em materiais para o segmento modelado. O investimento combinado em hardware e instalação paga-se em menos de três anos.
Mas a verdadeira inovação desenrola-se quando o armazenamento e a energia solar são adicionados. Num cenário de CC + bateria, o sistema aproveita os preços de eletricidade horários para carregar durante as horas de vazio (¥0,55/kWh) e descarregar durante os períodos de ponta (¥1,20/kWh). Para um sistema de lítio-ião de 100 kW/500 kWh, esta estratégia de “nivelamento de picos” poupa adicionalmente ¥24.000 anualmente. Embora o período de retorno se estenda para mais de 16 anos para baterias de lítio, cai para pouco mais de oito anos com alternativas de chumbo-ácido de menor custo — ainda uma proposta viável quando se considera o valor acrescentado do backup de emergência durante falhas de energia.
A integração de fotovoltaicos melhora ainda mais a economia e a sustentabilidade. O estudo assume um painel solar modesto de 50 Wp por poste — facilmente montado no invólucro da luminária ou em estruturas adjacentes. Com oito horas de luz solar eficaz por dia, cada unidade gera 0,4 kWh, compensando o consumo da rede durante o dia e armazenando o excesso para uso noturno. A tarifas de ponta, isto rende ¥175 em poupanças anuais por poste, com um retorno simples de menos de cinco anos. Multiplicando isto por milhares de postes, o impacto cumulativo torna-se substancial.
Talvez a aplicação mais visionária seja a fusão de postes de iluminação a CC com carregadores rápidos para VEs. À medida que a adoção de VEs urbanos acelera, a ansiedade de autonomia e os “desertos de carregamento” permanecem barreiras persistentes. Ao incorporar carregadores rápidos CC de 60 kW em postes inteligentes — alimentados pelo mesmo barramento CC que alimenta as luzes — as cidades podem expandir rapidamente a infraestrutura de carregamento sem atualizações dispendiosas da rede. O estudo estima que com apenas 10 a 20 sessões de carregamento diárias, uma única unidade pode gerar ¥82.000–¥220.000 em receita anual, recuperando o seu investimento de ¥100.000 em apenas cinco meses.
Este conceito de “poste como plataforma” alinha-se perfeitamente com as ambições mais amplas de cidades inteligentes da China. Para além da iluminação e carregamento, estes postes podem alojar sensores ambientais, pequenas células 5G, câmaras de tráfego, sinalização digital e sistemas de chamada de emergência — todos alimentados pela mesma rede dorsal CC eficiente. O resultado é um sistema nervoso urbano mais lean e resiliente que reduz a desordem visual, baixa os custos de manutenção e cria novos fluxos de receita para os municípios.
A validação no mundo real já está em curso. Projetos-piloto nos distritos pedonais de Shenzhen e no Centro de Serviços ao Cidadão da Nova Área de Xiong’an demonstram a viabilidade da iluminação inteligente a CC em escala. Estas instalações não só validam as premissas técnicas, como também fornecem dados operacionais valiosos sobre fiabilidade, comportamento do utilizador e interoperabilidade do sistema.
No entanto, permanecem desafios. Como os autores reconhecem candidamente, o ecossistema de iluminação CC ainda está na sua fase de demonstração. A normalização está incompleta, as especificações dos produtos variam amplamente e as cadeias de abastecimento para componentes-chave — especialmente disjuntores e controladores classificados para CC — estão subdesenvolvidas. Os quadros regulatórios para interligação à rede, certificação de segurança e estruturas tarifárias para geração distribuída também ficam aquém das capacidades tecnológicas.
Além disso, a implantação bem-sucedida depende de colaboração intersetorial. Utilities, fabricantes de iluminação, operadores de carregamento de VEs e autoridades municipais devem alinhar-se em standards técnicos, modelos de propriedade e mecanismos de partilha de receitas. O artigo apela a apoio político — como subsídios para early adopters, licenciamento simplificado e códigos de construção atualizados — para acelerar a maturação do mercado.
Numa perspetiva global, o impulso da China para a iluminação pública a CC pode estabelecer um precedente. À medida que cidades de Los Angeles a Londres procuram cumprir metas de neutralidade carbónica, as lições de Pequim e Tianjin oferecem um modelo replicável. A perceção central é esta: a descarbonização não é apenas sobre substituir combustíveis fósseis por renováveis; é sobre repensar como a energia é distribuída, gerida e consumida na periferia da rede. Começando com algo tão fundamental como um poste de iluminação, os engenheiros podem incendiar uma cascata de inovação que toca os transportes, as comunicações e a segurança pública.
Em conclusão, Liu e a sua equipa posicionam os postes de iluminação alimentados a CC não meramente como uma medida de eficiência energética, mas como um elemento fundamental da próxima geração da internet de energia urbana. O seu trabalho une o rigor da engenharia com a perceção política prática, oferecendo um roteiro que é tecnicamente sólido e economicamente viável. À medida que o mundo corre em direção aos marcos climáticos de 2030 e 2060, soluções integradas e lideradas por infraestruturas como esta serão indispensáveis.
Por Jianwei Liu (China Power Engineering Consulting Group Co., Ltd.), Kan Wang, Xuebin Li, Xiaoou Liu, Hao Zhao, Jian Liu e Wanwei Xu (China Energy Engineering Group Tianjin Electric Power Design Institute Co., Ltd.), publicado no Zhaoming Gongcheng Xuebao (Journal of Illuminating Engineering), Vol. 35, No. 4, Agosto de 2024. DOI: 10.3969/j.issn.1004-440X.2024.04.020.