VIDRO FV LOW-E

Vidro Fotovoltaico Low-E Onyx Solar - GeoDesign Vidro FV

A Onyx Solar desenvolveu o primeiro Vidro Fotovoltaico Low-E, que além de ter algumas propriedades similares, e outras propriedades superiores, às encontradas em um vidro Low-E comum, também gera eletricidade gratuita a partir da energia solar.

O Vidro FV Low-E da Onyx Solar recebeu o prêmio de Produto de Vidro Mais Inovador de 2015 da revista Glass Magazine da National Glass Association dos EUA.

Onyx Solar Premio Glass Magazine Vidro Fotovoltaico 2015

As propriedades do Vidro FV Low-E da Onyx Solar que o levaram a receber este prêmio incluem:

  • Filtra 95% da radiação ultravioleta (UV) e até 85% da radiação infravermelha (IR).
  • Provê um coeficiente de ganho do calor solar (Solar Heat Gain Coefficient: SHGC) entre 10 e 40%, proporcionando conforto térmico aprimorado.
  • Permite iluminação natural, e mantém vistas, com uma transmitância da luz visível de até 30%.
  • Provê refletividade de 7 a 9%.
  • Oferece isolamento térmico (valor-U) de até aproximadamente 0,73 W/m2.°K (0,13 BTU/h.ft2.°F), devido ao vidro estar disponível com folha de vidro dupla ou tripla.
  • Gera eletricidade gratuita a partir da radiação solar.
Vidro Fotovoltaico Low-E Onyx Solar - GeoDesign Vidro FV

Aeroporto Internacional de Viracopos - Campinas - SP - Claraboia de Vidro FV Silicio Amorfo O Vidro FV Low-E da Onyx Solar está instalado no Aeroporto Internacional de Viracopos, em Campinas, São Paulo, onde 33 claraboias de Vidro Fotovoltaico semitransparente Low-E foram instaladas no telhado do novo terminal de passageiros. Esta solução FV construtiva foi configurada para filtrar radiação UV e IR, aprimorando ambos os isolamentos térmico e acústico. Neste link você pode saber mais sobre este projeto, que representa o maior projeto da Onyx na América do Sul.

Nas abas abaixo são apresentados detalhes das propriedades do Vidro FV Low-E da Onyx Solar.


O ESPECTRO SOLAR

Para entender como funciona o desempenho do vidro Low-E é bom ter um conhecimento básico do espectro da energia solar e os diferentes tipos de radiação. Por este motivo apresentamos nesta aba informação sobre o espetro solar.

A energia do Sol é propagada até a Terra, e outros planetas do Sistema Solar, através de ondas eletromagnéticas. O Sol nos envia esta energia como radiação solar (irradiância solar) que abrange uma ampla gama de comprimentos de onda e intensidades. O espectro solar completo consiste das radiações Ultravioleta (UV), Visível (VIS) e Infravermelho (IR), e é dividido da seguinte forma:

  • Ultravioleta (UV): 3 a 5%
  • Visível (VIS): 42 a 43%
  • Infravermelho (IR): 52 a 55%

A intensidade máxima de radiação do espectro solar ocorre a 500 nm, aproximadamente na parte final do azul da faixa visível. No gráfico a seguir é apresentada a distribuição espectral da irradiância solar.

Espectro Solar - GeoDesign Vidro FV

As faixas de radiação UV e IR podem ser subdivididas conforme listado na tabela a seguir.

Comprimentos de Onda de Radiação Solar e Atmosférica
Tipo de
Onda
Tipo de
Radiação
Região do
Espectro
Fonte Efeitos
Onda Curta
UV
(100 - 400 nm)
UV-C 100 - 280 nm Emitida pelo Sol, 100% é absorvida
pela atmosfera antes de alcançar a
superfície terrestre.
Nenhum.
UV-B 280 - 315 nm Emitida pelo Sol, 90% é absorvida
pela atmosfera e 10% alcança a
superfície terrestre.
Muito ativa biologicamente.
Prejudicial à saúde, podendo causar
queimadura solar e câncer de pele.
Invisível ao olho humano.
UV-A 315 - 400 nm Emitida pelo Sol, a maioria alcança
a superfície terrestre e representa
quase 95% de toda a radiação UV.
Não é muito ativa biologicamente,
podendo causar danos em materiais
construtivos, como descoloração.
Invisível ao olho humano.
Visível 400 - 780 nm Luz visível do violeta ao vermelho
(as cores do arco íris).
Transmitida ao interior de edificações
como iluminação natural.
Visível ao olho humano.
Onda Longa
Infravermelho
(IR)
NIR 780 nm - 3 µm Radiação de calor do Sol. Transmitida ao interior de edificações
como calor. Invisível ao olho humano.
FIR 3 µm - 50 µm Radiação de calor da atmosfera,
nuvens, a superfície terrestre e
objetos quentes do entorno.
Transmitida ao e no interior de edificações
como calor. Invisível ao olho humano.

IR VIS UV - GeoDesign Vidro FV As propriedades de um vidro Low-E são manipuladas de tal forma que podem incluir ou excluir partes específicas do espectro de radiação UV, VIS e IR para aprimorar o seu desempenho em prover iluminação natural e isolamento térmico, e assim aumentar a eficiência energética de edificações localizadas em diversas condições climáticas.

Nas outras abas é apresentado a eficácia do Vidro FV Low-E da Onyx Solar em aprimorar e controlar os efeitos de:

  • Transmitância de Radiação UV e IR
  • Coeficiente de Ganho de Calor Solar (SHGC)
  • Valor-U
  • Transmitância da Luz Visível
  • Geração de Eletricidade Limpa e Gratuita

BAIXA-EMITÂNCIA (LOW-E: Low-Emittance)

O Vidro FV de Filme Fino (a-Si) Low-E da Onyx Solar reduz a transmissão da radiação infravermelha próxima (NIR) em até 90%, e filtra entre 85 a 95% da radiação infravermelha total.

Quando a energia luminosa ou do calor é absorvida pelo vidro, ela é ou retirada por convecção pelo ar em movimento ou radiada novamente pela superfície do vidro. A habilidade de um material de radiar energia é chamada a sua emissividade.

Todos os materiais, incluindo vidros, emitem (ou radiam) calor na forma de energia infravermelha distante de onda longa dependendo na sua temperatura. Esta emissão de calor radiante é um dos componentes importantes da transferência de calor para um vidro. Deste modo, reduzindo a emitância do vidro pode melhorar de forma substancial as suas propriedades de isolamento térmico. Um vidro Low-E (low-emittance em inglês, ou emitância-baixa em português) faz exatamente isso.

Um vidro transparente padrão tem uma emitância de 0,84 sobre a parte de onda longa do espectro, significando que ele emite 84% da energia possível para um objeto na sua temperatura. Também significa que 84% da radiação de onda longa que incide na sua superfície é absorvida e só 16% é refletida.

Em comparação, um vidro com revestimentos Low-E pode ter uma emitância baixa de 0,04, ou menor. Esse vidro emitiria somente 4% da energia possível na sua temperatura, e assim refletiria 96% da radiação infravermelha de onda longa incidente.

Low-E Curvas Transmissao LBL - GeoDesign Vidro FV A refletância de revestimentos Low-E podem ser manipuladas para incluir partes específicas do espectro visível e infravermelho. Essa é a origem do termo revestimentos espectralmente seletivos, que selecionam partes específicas do espectro de energia. Assim, os comprimentos de onda de energia desejados são transmitidos e outros especificamente refletidos.

Desta forma, um vidro Low-E pode ser desenhado especificamente para otimizar fluxos de energia para aquecimento solar, iluminação natural e refrigeração. O gráfico na esquerda mostra as curvas de transmissão espectral para um vidro transparente e vidros com três revestimentos Low-E (Low-Emittance, em inglês) diferentes, ilustrando o efeito espectral dessas manipulações.

Exitem três tipos básicos de revestimentos Low-E:

  • Revestimentos Low-E de Alta Transmissão, que são mais adequados para edificações localizadas em climas onde predomina uma demanda para aquecimento, e particularmente para envidraçamento usado em desenho solar passivo.
  • Revestimentos Low-E de Transmissão Seletiva, que são mais apropriados para edificações que tem requerimentos de refrigeração em ambos inverno e verão.
  • Revestimentos Low-E de Transmissão Baixa, que são especialmente adequados para controlar o ganho solar e luminosidade excessiva em climas onde predomina uma demanda para refrigeração.

Normalmente, fabricantes de vidro não informam diretamente a classificação de emitância para os seus produtos. Em geral, o efeito do revestimento Low-E é incorporado no valor-U de uma unidade de vidro. O tipo e qualidade do revestimento Low-E afeta não só o valor-U, mas também a Tansmitância da Luz Visível (VT) e o Coeficiente de Ganho de Calor Solar (SHGC) do vidro.

Entre as características de vidro com revestimentos Low-E e Seletivos podemos citar:

  • Revestimentos podem ser formulados para refletirem calor radiante de onda longa, oferecendo um valor-U aprimorado e reduzindo a perda de calor no inverno.
  • Temperaturas mais altas na superfície interior do envidraçamento contribuem para um conforto maior e uma condensação menor no inverno
  • Revestimentos podem ser formulados para refletirem radiação solar para o exterior, resultando em ganho de calor reduzido no verão
  • Revestimentos podem ser formulados de forma que a transmitância da luz visível só é levemente afetada.
  • Revestimentos Low-E tem aplicação em climas frios onde a redução da perda de calor é uma prioridade.
  • Revestimentos Seletivos são aplicáveis em climas quentes onde minimizar o ganho do calor solar é uma prioridade.

Medições realizadas com o Vidro FV de Filme Fino (a-Si) Low-E da Onyx Solar mostram uma redução significativa na transmissão de radiação na faixa de 780-2500 nm, que corresponde a radiação infravermelha próxima (NIR). O Vidro FV de Filme Fino (a-Si) Low-E da Onyx Solar reduz a transmissão infravermelha (NIR) em até 90%.

O Vidro FV de Filme Fino (a-Si) Low-E da Onyx Solar laminado de dupla folha filtra entre 85 a 95% da radiação infravermelha total. Em comparação, um vidro Low-E laminado de dupla folha convencional filtra somente entre 80 a 85%.

Os gráficos abaixo ilustram os resultados das medições realizadas com o Vidro FV de Filme Fino (a-Si) Low-E da Onyx Solar.

Vidro Fotovoltaico Low-E Onyx Solar Transmissao IR - GeoDesign Vidro FV Vidro Fotovoltaico Low-E Onyx Solar Transmissao IR - GeoDesign Vidro FV

COEFICIENTE DE GANHO DE CALOR SOLAR (SHGC: Solar Heat Gain Coefficient)

O Vidro FV Low-E da Onyx Solar oferece um SHGC entre 10 e 40%, proporcionando conforto térmico aprimorado.

Existem coeficientes que são utilizados por fabricantes de vidro para indicar a fração da radiação solar incidente que realmente entra em uma edificação através do vidro como ganho de calor. Entre esses coeficientes, os mais utilizados são:

  • Coeficiente de Ganho de Calor Solar, ou SHGC: Solar Heat Gain Coefficient em inglês, que é usado nos EUA
  • g-value, ou valor-g, que é mais usado na Europa
  • Fator Solar (FS), que é usado no Brasil

O SHGC, g-value ou FS são expressos como um número adimencional variando de 0 a 1.

  • 0 = 0%: Representa um vidro sem transmitância da energia solar.
  • 1 = 100%: Indica um vidro que permite a entrada da quantidade máxima de energia solar.

Desta forma, um coeficiente alto significa um ganho de calor alto, enquanto que um coeficiente baixo quer dizer um ganho de calor baixo. Pode-se dizer que um vidro com coeficiente alto é recomendado para climas mais frios, enquanto que um vidro com coeficiente baixo é mais adequado para climas mais quentes.

VALOR-U (U-Value)

O Vidro FV Low-E da Onyx Solar oferece um valor-U de aproximadamente 0,73 W/m2.°K (0,13 BTU/hr.ft2.°F), que faz dele o produto Low-E de melhor desempenho disponível no mercado.

A taxa de perda ou ganho de calor através de um vidro é indicada em termos da sua transmitância térmica, ou coeficiente global de transferência de calor, que é conhecida como valor-U, ou fator-U, do vidro.

O valor-U é expresso nas seguintes unidades:

  • W/m2.°K
  • BTU/hr.ft2.°F

Os fatores de conversão entre essas unidades são:

  • 1 W/m2.°K = 0,1761 BTU/hr.ft2.°F
  • 1 BTU/hr.ft2.°F = 5,67826 W/m2.°K

Em term gerais, quanto menor o valor-U de um vidro, maior é a sua resistência ao fluxo de calor e melhor as suas propriedades de isolamento térmico. Além disso, quanto menor o valor-U do vidro, melhor é para se alcançar uma maior eficiência energética de uma edificação.

Tipicamente, vidros de folha dupla de alto desempenho podem ter valor-U de 1,70 W/m2.°K (0,30 BTU/hr.ft2.°F) ou mais baixos, enquanto que vidros de folha tripla podem alcançar um valor-U tão baixo quanto 0,85 W/m2.°K (0,15 BTU/hr.ft2.°F).

Na figura abaixo é ilustrado uma comparação da faixa de valores-U para diferentes produtos utilizados em cortina de vidro. Os Vidros FV Low-E da Onyx Solar podem ter um valor-U de aproximadamente 0,73 W/m2.°K (0,13 BTU/hr.ft2.°F), que faz dele o produto Low-E de melhor desempenho disponível no mercado.

Assim como uma unidade de Vidro FV Insulado da Onyx Solar, uma unidade Vidros FV Low-E também inclui 1 ou 2 espaçadores, criando-se 1 ou 2 câmaras que podem ser preenchidas com Ar ou Argônio para se obter um valor-U baixo, e assim oferecer um sistema de envidraçamento com isolamento térmico superior do que comumente disponível no mercado.


Vidro Fotovoltaico Low-E Onyx Solar valor-U - GeoDesign Vidro FV

TRANSMITÂNCIA

O Vidro FV Low-E da Onyx Solar permite iluminação natural, e mantém vistas, com uma transmitância da luz visível de até 30%.

Transmitância se refere a porcentagem de radiação que pode passar através do envidraçamento, podendo ser definida para diferentes tipos de luz ou energia, como:

  • Transmitância da Luz Visível: é a quantidade de luz na parte visível do espectro solar que passa através do vidro. Determina a efetividade de um tipo de vidro em prover iluminação natural e visão clara através do vidro.
  • Transmitância UV: é uma medida da transmitância solar não visível no comprimento de onda entre 280 e 380 nanômetros (nm).
  • Transmitância da Energia Solar Total: descreve como o vidro responde a uma parte mais ampla do espectro solar, e é mais útil em caracterizar a quantidade de energia solar transmitida pelo vidro.

Transmitância da Luz Visível (VT: Visible Transmitance, em inglês) também é um coeficiente usado para indicar a quantidade de luz na parte visível do espectro solar que passa através do vidro.

VT é expresso em porcento, de 0 a 100%. VT varia de 90% para um vidro float transparente comum a menos de 10% para um vidro com revestimento altamente refletivo.

VT não afeta diretamente as cargas de aquecimento e refrigeração de uma edificação, mas é um fator importante na avaliação da eficiência energética do envidraçamento de uma edificação. Transmitância da luz visível é influenciada pelo tipo do vidro, número de folhas de vidro e qualquer revestimento que poderia ser aplicado ao vidro. VT é um fator importante para prover iluminação natural, vistas e privacidade, assim como no controle de luminosidade excessiva.


Vidros que são espectralmente selectivos ou tem revestimentos selectivos podem reduzir o ganho de calor solar com pouca redução em transmitância da luz visível. Esses vidros também são capazes de controlar a transmitância UV, que causa descorolação de acabamentos no interior e é prejudicial à saúde dos ocupantes de uma edificação. Por isso, uma redução da transmitância UV é considerada um benefício.

O gráfico abaixo ilustra a transmitância espectral ideal para vidros selectivos em climas diferentes.

Espectro Solar - GeoDesign Vidro FV
1. Transmitância idealizada de um vidro espectralmente selectivo desenhado para baixo ganho de calor solar. Luz visível é transmitida e radiação solar infravermelha próxima (NIR) é refletida. Este tipo de envidraçamento é mais apropriado para um clima quente.


2. Transmitância idealizada de um vidro Low-E desenhado para alto ganho de calor solar. Luz visível e radiação solar infravermelha próxima são transmitidas e radiação infravermelha de onda longa é bloqueada, pois é um componente importante de perda de calor. Este tipo de envidraçamento é mais apropriado para um clima frio.



Fabricantes de vidros usam várias combinações das estratégies mencionadas acima para alcançarem os devidos resultados para uso dos seus produtos em envidraçamento de edificações localizadas em diferentes condições climáticas.

Um sistema de envidraçamento com o Vidro FV Low-e da Onyx Solar provê uma completa flexibilidade em transparência do vidro sem comprometer a iluminação da luz natural difusa do Sol nos espaços interiores de uma edificação. Isso é alcançado através de etching a laser preciso sobre o filme ativo de Silício que é aplicado na superfície do vidro. Desta forma, o Filme Fino da Onyx Solar permite que mais luz natural do Sol passe pelo vidro sem radiação prejudicial. Como resultado, ele aprimora o nível de conforto interior, enquanto simultaneamente iluminando o espaço.

Dependendo da quantidade do filme de Silício que é removido, a transmissão da luz natural pode variar de 10 a 30%, que normalmente é a faixa optimizada para espaço interior.

Vidro Fotovoltaico Low-E Onyx Solar Transmissao IR, UV SHGC - GeoDesign Vidro FV Vidro Fotovoltaico Low-E Onyx Solar Transmissao IR, UV SHGC - GeoDesign Vidro FV

Principais propriedades ópticas para um vidro convencional.
Permite que uma grande quantidade da radiação prejudicial e
ganho de calor solar passe através do vidro.

Principais propriedades ópticas para o Vidro FV de Filme Fino da Onyx Solar.
Permite que uma quantidade significativa da radiação prejudicial e
ganho de calor solar seja filtrada através do vidro.


GERAÇÃO DE ENERGIA LIMPA

Além das qualidades de isolamento e filtragem, o Vidro FV Low-E da Onyx Solar também gera eletricidade limpa e gratuita a partir da radiação solar.

O Vidro FV Low-E desenvolvido pela Onyx Solar é uma alternativa multifuncional ideal para o vidro Low-E convencional que é comumente usado hoje em dia. Este Vidro FV Low-E foi desenhado para prover propriedades térmicas e ópticas optimizadas, enquanto simultâneamente gerando energia limpa e gratuita a partir da energia solar. Isso é possível através das camadas de material fotovoltaico, CVD, sobrepostas precisamente em uma das superfícies do vidro.

A potência pico de geração de eletricidade é listada na tabela abaixo para quatro tipos de Vidro FV de Silício Amorfo (a-Si) da Onyx Solar com diferentes graus de transmissão à luz natural.

TRANSMISSÃO
DA LUZ
POTÊNCIA PICO
DE GERAÇÃO
Opaco: 0% 62 Wp/m2
S Transparente:10% 44 Wp/m2
M Transparente: 20% 38 Wp/m2
L Transparente: 30% 32 Wp/m2

Em um mundo onde o preço da eletricidade está constantemente subindo, os clientes que utilizan as soluções de Vidro FV da Onyx Solar tem uma economia no custo de energia elétrica através da geração de energia limpa e gratuita.

No Brasil também passamos por constantes aumentos nas tarifas de fornecimento de energia elétrica, que durante os últimos 12 anos este aumento tem sido de acima de 100%. A tabela abaixo mostra o aumento da tarifa média de todos os setores e regiões para o fornecimento de energia elétrica no Brasil de 2003 para 2015.

Tarifa Fornecimento Energia Eletrica Brasil 2003-2015 - GeoDesign Vidro FV

O acréscimo da tarifa média sem tributos de 2014 a 2015 foi de 33,3%. Já o acréscimo da tarifa média de 2014 a 2015 com tributos foi de 35,7%. Os gráficos a seguir mostram a evolução das tarifas médias de fornecimento de energia elétrica para os setores comercial, serviços e outros, industrial e residencial no Brasil de 2003 a 2015. O gráfico da esquerda mostra as tarifas médias sem tributos, enquanto o da direita mostra as tarifas médias incluindo os tributos que incidem nas tarifas. Os valores são para tarifas médias de todas as regiões do Brasil para cada setor. Deve-se observar que os valores das tarifas de cada setor variam em diferentes regiões do Brasil.

Tarifa Fornecimento Energia Eletrica Brasil 2003-2015 - GeoDesign Vidro FV

Devido ao constante aumento das tarifas de fornecimento de energia elétrica e os altos níveis de radiação solar incidente no Brasil, as soluções construtivas utilizando o Vidro FV Low-E da Onyx Solar apresentam oportunidades com potencial de alta Viabilidade e curto prazo no Retorno Sobre o Investimento (ROI).

Neste link voce pode ler mais sobre os Estudos de Viabilidade e Retorno Sobre o Investimento (ROI) para edificações com instalações de Cortina de Vidro FV de Silício Amorfo (a-Si) e de Silício Cristalino (c-Si) localizadas ao redor do mundo.

A GeoDesign está trabalhando junto com a Onyx Solar na elaboração de Estudos de Viabilidade e ROI para cidades brasileiras. Estes estudos estarão disponíveis dentro de breve.


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