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Iluminação pública solar versus iluminação pública conectada à rede elétrica: uma análise completa do custo total de propriedade (TCO) para compras municipais.
Introdução
Os orçamentos para iluminação pública estão sob pressão. À medida que as cidades se expandem para áreas periurbanas e rurais, os gestores de compras enfrentam cada vez mais uma decisão binária: expandir a rede elétrica ou implantar energia solar. A escolha errada pode resultar em custos adicionais superiores a 40% da estimativa inicial de capital ao longo de uma vida útil de 15 anos do ativo. Este artigo fornece uma estrutura de Custo Total de Propriedade (TCO) estruturada — abrangendo despesas de capital, custos operacionais, manutenção e lógica de retorno do investimento — para ajudar engenheiros e gestores de compras a tomar uma decisão fundamentada e baseada em dados antes da definição das especificações.
Contexto da Decisão: Por que o Custo Total de Propriedade (TCO) é mais importante do que o preço de tabela
A extensão da rede elétrica e a iluminação pública solar apresentam diferenças significativas em uma ordem de compra. Uma luminária de rua LED conectada à rede pode custar de US$ 150 a US$ 400 por unidade; uma luminária de rua solar completa comparável pode custar de US$ 350 a US$ 900 por unidade, dependendo da capacidade da bateria, da potência do painel e do sistema de controle. Em um orçamento detalhado, a opção solar geralmente parece mais cara.
No entanto, as comparações de preços unitários são estruturalmente enganosas para ativos de infraestrutura. A Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) observa, em seu relatório Custos de Geração de Energia Renovável 2023, que o custo de capital inicial representa apenas uma fração das despesas do ciclo de vida para sistemas de energia fora da rede — os custos operacionais e de financiamento frequentemente predominam em um horizonte de 10 a 20 anos.
As variáveis de decisão reais são:
- Distância do ponto de conexão da rede mais próximo — Os custos de obras civis e de cabos aumentam de forma não linear a partir de 500 metros
- Trajetória da tarifa de eletricidade local — O relatório World Energy Outlook 2023 da AIE prevê volatilidade contínua nos preços da eletricidade comercial no Sudeste Asiático, na África Subsaariana e na América Latina.</p>
- Acesso para manutenção e custo da mão de obra— Para corredores rodoviários em áreas remotas ou de baixa densidade, a manutenção corretiva por evento pode custar de 3 a 8 vezes mais do que em centros urbanos (Banco Mundial ESMAP, Relatório de Tendências do Mercado de Energia Solar Fora da Rede, 2022)
- Estrutura de financiamento do projeto— Projetos financiados por doações podem ponderar o CAPEX de forma diferente daqueles financiados por títulos municipais
Uma análise adequada do Custo Total de Propriedade (TCO) normaliza essas variáveis em um período comum — normalmente 15 anos, alinhado com as premissas de vida útil nominal das baterias de LED e LiFePO₄.</p>
Comparação de CAPEX: Iluminação Pública Solar vs. Iluminação Pública Conectada à Rede
Iluminação pública conectada à rede: o que compõe o orçamento de capital?
O preço da luminária é apenas um item. Uma instalação completa alimentada pela rede elétrica normalmente inclui:
- Abertura de valas e condutos: De US$ 15 a US$ 60 por metro linear, dependendo das condições do solo e do tipo de pavimento.</p>
- Cabo MV/LV: US$ 8 a US$ 25 por metro para cabo blindado de 4 condutores (preços de mercado, 2023–2024)
- Transformador e painel de distribuição: US$ 3.000 a US$ 12.000 por zona de distribuição (amortizado entre os postes)
- Poste e fundação: US$ 200 a US$ 600 por ponto, dependendo da altura e da classe de carga de vento
- Luminária (luminária LED): US$ 150 a US$ 400 por unidade, 70 W a 150 W típicos para vias arteriais
Para um corredor rodoviário de 1 quilômetro com postes espaçados a intervalos de 35 metros (aproximadamente 29 postes), o CAPEX da infraestrutura da rede, excluindo a luminária, geralmente varia de De US$ 18.000 a US$ 55.000 Dependendo da distância da vala e dos custos locais de obras civis. Este valor não consta no custo unitário do acessório, mas é totalmente atribuível ao projeto.
Luminária pública solar: Estrutura de CAPEX agrupada
Um poste de iluminação solar integrado combina painel, bateria, controlador e luminária em um único conjunto montado em poste. Os custos de instalação por unidade normalmente variam:
- Nível básico (potência equivalente a 60–80 W, autonomia de 1–2 noites): $400–$650 instalado
- Faixa intermediária (equivalente a 80–120 W, LiFePO₄, autonomia de 3 noites): $700–$1.100 instalado
- Especificações avançadas (equivalente a 120 W ou mais, autonomia de 5 noites, escurecimento inteligente): US$ 1.100 a US$ 1.800 instalado
Criticamente, Não há custos com infraestrutura de redeOs custos de fundação e postes são semelhantes aos dos sistemas de rede elétrica. O ponto de equilíbrio do CAPEX, no qual o custo total de instalação da energia solar se iguala ao custo total de instalação da rede elétrica (equipamentos + infraestrutura), normalmente ocorre quando a distância de extensão da rede excede 200–400 metros por poste, dependendo das taxas civis locais.
Despesas Operacionais e Manutenção: Onde os Números Divergem ao Longo do Tempo
Custo de energia: Sistemas alimentados pela rede elétrica
Os postes de iluminação pública conectados à rede elétrica consomem eletricidade continuamente, sendo a cobrança feita de acordo com as tarifas de iluminação comercial ou pública. Usando uma luminária de 100 W funcionando 11 horas por noite (4.015 horas/ano):
Consumo anual de energia por ponto: 100 W × 4.015 h = 401,5 kWh/ano
Com uma tarifa comercial de US$ 0,10/kWh (representativa de mercados com tarifas mais baixas no Sudeste Asiático e em partes da África), isso equivale a $40,15/unidade/ano. A US$ 0,15/kWh (Europa Oriental, América Latina), o valor sobe para $ 60,23/unidade/ano.
Ao longo de 15 anos, com um aumento tarifário anual moderado de 3%, o custo energético acumulado por luminária varia aproximadamente entre De US$ 740 a US$ 1.120, dependendo do nível tarifário.
Custo de energia: Iluminação pública solar
Os postes de iluminação pública solares geram sua própria energia. O custo contínuo de energia é praticamente zero, desde que haja disponibilidade suficiente de luz solar. Os dados do programa POWER da NASA confirmam que a maioria das regiões tropicais e subtropicais (faixas de latitude de 15°N a 35°N, incluindo o Norte da África, o Sul/Sudeste Asiático e a América Central) recebe 4,5–6,5 horas de pico de sol (PSH) por dia, em média anual, o que é suficiente para sustentar a iluminação durante toda a noite com sistemas de baterias de tamanho adequado.
O OPEX relevante para sistemas solares é substituição da bateria, que é a maior variável de custo recorrente.
Custo de substituição da bateria
As baterias de LiFePO₄ (fosfato de ferro-lítio), que se tornaram o padrão da indústria para iluminação pública solar, são classificadas para 2.000 a 3.000 ciclos a 80% de profundidade de descarga (DoD) em condições controladas, o que corresponde a uma vida útil em campo de aproximadamente 6 a 8 anos sob padrões de ciclagem típicos (referência IEEE: Análise do ciclo de vida de células LiFePO₄ para aplicações de armazenamento estacionário, vários estudos de 2019 a 2022). Isso implica um ciclo de substituição da bateria dentro de um horizonte de projeto padrão de 15 anos.
O custo de substituição de baterias geralmente varia de US$ 80 a US$ 200 por unidade (custo de fábrica), mais a mão de obra. Em ambientes urbanos acessíveis, o custo total de substituição pode chegar a US$ 120 a US$ 280 por unidade. Em áreas remotas com alto custo de mobilização, esse valor pode atingir US$ 350 a US$ 500 por unidade.
Manutenção e Resposta a Falhas
Os sistemas conectados à rede elétrica exigem diagnóstico de falhas elétricas envolvendo tanto a luminária quanto o circuito de alimentação a montante. Quando ocorrem falhas nos cabos, desarmes de disjuntores ou problemas no transformador, os tempos e custos de reparo são substancialmente maiores do que para unidades solares autônomas.
Parâmetros típicos de custo de manutenção corretiva (Banco Mundial ESMAP, 2022):
| Evento de Manutenção | Sistema de grade (por evento) | Sistema Solar (por evento) |
|---|---|---|
| Substituição da lâmpada/driver | $30–$80 | $30–$80 |
| Reparo de falha em cabos | $200–$1.500+ | Não aplicável |
| Falha no controlador/sensor | $50–$150 | $40–$120 |
| Substituição da bateria | Não aplicável | $120–$500 |
| Inspeção anual por poste | $15–$40 | $10–$30 |
Os sistemas solares eliminam completamente o risco de falhas nos cabos e simplificam o isolamento de falhas até o nível de cada poste.
Período de retorno do investimento e cálculo do custo total de propriedade em 15 anos
Exemplo de Cálculo de Custo Total de Propriedade (TCO) Estruturado
O exemplo a seguir utiliza premissas publicamente defensáveis para ilustrar a metodologia do Custo Total de Propriedade (TCO). As equipes de compras devem substituir os valores locais para cada variável.</p>
Cenário: Projeto de iluminação pública com 50 postes, em um corredor de 2 km, a 400 m do ponto de conexão à rede. Localização: região tropical, com média de 5,2 PSH/dia (NASA POWER, representativa do Sudeste Asiático peninsular). Tarifa local de eletricidade: US$ 0,12/kWh, com reajuste de 3% ao ano. Custo de mobilização de mão de obra: moderado (estrada pavimentada acessível).
As premissas são explicitamente declaradas; os valores reais do projeto podem variar.
Opção Conectada à Rede – Custo Total de Propriedade (TCO) de 15 anos (50 postes)
| Item de custo | Custo Unitário | Total (50 polos) |
|---|---|---|
| Luminária (LED de 100 W) | $280 | $ 14.000 |
| Poste + fundação | $400 | $ 20.000 |
| Abertura de valas (400 m a US$ 30/m) | - | $ 12.000 |
| Cabo (400m a $15/m) | - | $ 6.000 |
| Armário de distribuição (amortizado) | $200/campo | $ 10.000 |
| Subtotal de CAPEX | $ 62.000 | |
| Energia (15 anos, reajuste de 3%, US$ 0,12/kWh) | ~$860/campo | $43.000 |
| Manutenção programada (15 anos) | $400/campo | $ 20.000 |
| Estimativa de manutenção corretiva | $250/campo | $ 12.500 |
| Subtotal de OPEX (15 anos) | $75.500 | |
| Custo Total de Propriedade (TCO) em 15 anos | $ 137.500 | |
| TCO por polo | $ 2.750 |
Opção de Iluminação Pública Solar – Custo Total de Propriedade (TCO) de 15 anos (50 postes)
| Item de custo | Custo Unitário | Total (50 polos) |
|---|---|---|
| Unidade solar multifuncional (especificações intermediárias, LiFePO₄) | $850 | $42.500 |
| Poste + fundação | $380 | $ 19.000 |
| Mão de obra para instalação | $120/campo | $ 6.000 |
| Subtotal de CAPEX | $ 67.500 | |
| Custo de energia | $0 | $0 |
| Substituição da bateria (estimativa de 7 anos) | $220/campo | $ 11.000 |
| Manutenção programada (15 anos) | $280/campo | $ 14.000 |
| Estimativa de manutenção corretiva | $150/campo | $7.500 |
| Subtotal de OPEX (15 anos) | $ 32.500 | |
| Custo Total de Propriedade (TCO) em 15 anos | $ 100.000 | |
| TCO por polo | $ 2.000 |
Resultado:Sob essas premissas, a opção solar oferece um Custo total de propriedade (TCO) 27% menor em 15 anos (US$ 100.000 vs. US$ 137.500), apesar de um preço de compra unitário mais alto. O retorno simples do investimento adicional em relação à economia de custos operacionais da rede ocorre em aproximadamente 5º e 6º ano.
Quando a distância de conexão à rede elétrica for inferior a 100 metros e as tarifas locais de eletricidade forem inferiores a US$ 0,08/kWh, a opção de conexão à rede poderá manter a vantagem de custo ao longo do ciclo de vida. Os engenheiros devem modelar ambos os cenários com dados locais antes de finalizar as especificações.
Apoio à Decisão: Quadro Comparativo e Lista de Verificação de Aquisições
Comparação direta: Iluminação pública solar versus iluminação pública conectada à rede elétrica
| Dimensão de Avaliação | LED conectado à rede elétrica | Luminária de rua solar (LiFePO₄) |
|---|---|---|
| Custo inicial (apenas para o jogo) | Inferior | Mais alto |
| CAPEX em infraestrutura | Alto (escavação de valas, cabos, transformadores) | Mínimo |
| Custo anual de energia | US$ 40 a US$ 120 por poste por ano | Efetivamente zero |
| Dependência da grade | Completo | Não |
| Ciclo de substituição da bateria | Não aplicável | A cada 6–8 anos (LiFePO₄) |
| Isolamento de falhas | Nível de circuito (complexo) | Nível do poste (simples) |
| Adequado para áreas remotas/sem acesso à rede elétrica | Não viável além de ~500m | Bem adequado |
| Adequado para áreas urbanas de alta densidade | Custo-efetivo | O custo depende da tarifa |
| Compatibilidade com controles inteligentes | Sim (DALI, Zhaga) | Sim (sensor PIR integrado, regulagem de intensidade) |
| Referências padrão aplicáveis | EN 13201, IEC 60598 | IEC 62133, IEC 61427 |
| Retorno típico do projeto versus linha de base | - | 4–8 anos (varia conforme o cenário) |
| Custo total de propriedade (TCO) de 15 anos (cenário representativo) | Maior em corredores de baixa densidade | Menor em locais isolados ou sem acesso à rede elétrica |
Lista de verificação de aquisição para avaliação de iluminação pública solar
Antes de optar por postes de iluminação pública com energia solar em uma licitação pública, os gestores de compras devem verificar:
- Adequação dos recursos solares: Os dados do NASA POWER ou do PVGIS foram usados para confirmar a média anual mínima de 4,0 PSH/dia para a localização do projeto?
- Dias de autonomia especificados: A especificação exige um mínimo de 2 a 3 dias consecutivos nublados de autonomia da bateria com 50% da potência nominal?
- Composição química da bateria confirmada:A composição química do LiFePO₄ é especificada explicitamente? (Evite baterias de chumbo-ácido ou lítio NMC para aplicações de ciclismo ao ar livre)
- Garantia de ciclos de vida da bateria:O fornecedor garante ≥2.000 ciclos com retenção de capacidade ≥80%? Isso está documentado na proposta?
- Classificações IP e IK verificadas:Os invólucros da luminária e da bateria possuem classificação mínima de IP65 e IK08, de acordo com as normas IEC 60529 e EN 62262?
- Eficiência do motorista:A eficiência do driver de LED é ≥92% na carga nominal, com fator de potência ≥0,95?
- Manutenção do lúmen: A especificação exige L70 ≥50.000 horas de acordo com os dados IES LM-80?
- Definição da lógica de escurecimento inteligente: O regime de regulação da intensidade luminosa (por exemplo, 100% das 18:00 às 23:00, 50% das 23:00 às 05:00) está especificado no contrato?
- Termos de garantia: As garantias do painel (≥10 anos), da bateria (≥5 anos) e da luminária (≥5 anos) são especificadas separadamente?
- Modelo TCO submetido:O licitante é obrigado a apresentar um modelo de custo do ciclo de vida de 15 anos como parte da proposta técnica?</p>
Conclusão
Quando um projeto envolve corredores rodoviários a mais de 300 a 500 metros de um ponto de conexão à rede elétrica existente, ou quando as tarifas locais de eletricidade ultrapassam US$ 0,10/kWh com uma trajetória ascendente, a iluminação pública solar normalmente oferece um custo total de propriedade (TCO) de 15 anos menor do que as alternativas conectadas à rede — mesmo considerando a substituição das baterias. O investimento inicial (CAPEX) dos sistemas solares geralmente é recuperado em 5 a 8 anos por meio da eliminação dos custos de energia e infraestrutura.
Para projetos urbanos de alta densidade com infraestrutura de rede já instalada, a análise muda: sistemas conectados à rede podem manter a vantagem de custo, e a decisão deve ser orientada por um modelo de Custo Total de Propriedade (TCO) específico para o local, em vez de regras gerais. A estrutura apresentada aqui fornece uma metodologia replicável que os gestores de compras podem adaptar às condições locais.
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Referências
- IRENA · Custos de geração de energia renovável em 2023 · 2024 · queen.org
- IEA · Perspectivas da Energia Mundial 2023 · 2023 · iea.org
- Banco Mundial ESMAP ·Relatório de Tendências do Mercado de Energia Solar Fora da Rede 2022 · 2022 · esmap.org
- POTÊNCIA DA NASA · Ferramenta de acesso a dados climatológicos (radiação solar na superfície, PSH por localização) · power.larc.nasa.gov
- PVGIS · Centro Comum de Investigação da Comissão Europeia, Sistema de Informação Geográfica Fotovoltaica · re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools
- Direção de referência acadêmica da IEEE</p> · Análise do ciclo de vida da bateria LiFePO₄ para aplicações estacionárias e externas · Vários estudos, 2019–2022 (Google Scholar: "LiFePO4 cycle life outdoor storage")
- IEC 62133 · Requisitos de segurança para pilhas e baterias secundárias seladas portáteis · Comissão Eletrotécnica Internacional
- IEC 61427 · Células e baterias secundárias para sistemas de energia fotovoltaica · Comissão Eletrotécnica Internacional
- PT 13201 · Norma de iluminação rodoviária · Comité Europeu de Normalização
- IEC 60598 / IEC 60529 · Construção de luminárias e classificação IP · Comissão Eletrotécnica Internacional