É possível fazer um barco de controle remoto navegar utilizando somente energia solar, sem nenhuma bateria a bordo?
Essa foi a pergunta que deu origem a este projeto.
Em vez de utilizar uma bateria para alimentar o motor, o receptor e o servo, resolvi experimentar algo diferente: instalar painéis solares diretamente no barco e fazer com que toda a energia necessária para a navegação fosse produzida naquele momento pela luz do Sol.
A proposta era bastante experimental.
E justamente por isso resolvi começar da maneira mais simples possível: antes de construir um casco sofisticado, montei um protótipo utilizando garrafas PET, duas células solares, um motor de baixo consumo, ESC com BEC, receptor e um pequeno servo.
O resultado funcionou.
Mas o mais interessante talvez não seja simplesmente ver o barco navegando. Esse projeto permite compreender, na prática, conceitos como tensão, corrente, potência, associação de painéis solares, consumo de motores e utilização de capacitores para estabilizar a alimentação.
A ideia principal: navegar sem bateria
Em um barco RC convencional, normalmente temos alguma bateria a bordo.
Podemos imaginar:
bateria → ESC → motor
e, dependendo da configuração:
BEC → receptor → servo
No barco solar que construí, quis eliminar a bateria da equação.
A proposta passou a ser:
painéis solares → sistema elétrico → ESC/motor + receptor/servo
Isso cria um desafio interessante.
A bateria normalmente funciona como uma reserva de energia. O motor pode exigir mais corrente em determinado momento e a bateria consegue fornecê-la, desde que esteja corretamente dimensionada.
Sem bateria, dependemos muito mais diretamente daquilo que os painéis solares conseguem produzir naquele instante.
Por que experimentar isso em um barco?
O barco possui uma grande vantagem para esse tipo de experiência:
espaço.
Em um pequeno aeromodelo, colocar grandes painéis solares seria muito mais complicado porque peso e área disponível são extremamente importantes.
No barco, essas limitações continuam existindo, mas são muito menos críticas.
Podemos construir um casco relativamente largo e criar uma grande superfície para receber as células solares.
Foi justamente essa característica que me fez pensar que o nautimodelismo seria uma ótima plataforma para experimentar a propulsão solar.
O primeiro protótipo foi feito com garrafas PET
Como o objetivo inicial era verificar se o conceito funcionaria, não fazia sentido gastar muito tempo construindo um casco elaborado antes de testar a parte elétrica.
Por isso fiz um barco extremamente experimental utilizando garrafas PET.
Essa é uma estratégia que considero muito interessante para projetos experimentais:
primeiro provar o conceito; depois melhorar o produto.
Se alguma coisa estivesse completamente errada na ideia, eu descobriria rapidamente e sem ter passado semanas construindo um casco.
As células solares utilizadas são de 12 V
No projeto utilizei duas células solares, cada uma capaz de fornecer aproximadamente:
12 V
e
250 mA de corrente nominal.
Olhando apenas para os 250 mA, podemos pensar:
“Isso é muito pouco para movimentar um barco.”
Pode ser.
Mas depende completamente do motor utilizado.
Essa é uma das partes mais importantes do projeto.
Os dois painéis foram ligados em paralelo
Eu precisava manter aproximadamente a mesma tensão, mas queria aumentar a capacidade de fornecimento de corrente.
Por isso liguei as duas células em paralelo.
Conceitualmente:
Painel 1: 12 V / 250 mA
Painel 2: 12 V / 250 mA
Em paralelo, idealmente temos aproximadamente:
12 V / 500 mA
A tensão permanece na mesma faixa e as capacidades de corrente se somam.
Esse é um ótimo exemplo prático para compreender a diferença entre associação em série e em paralelo.
E se eu ligasse os painéis em série?
Em uma associação em série, o comportamento seria diferente.
Idealmente, teríamos algo próximo de:
12 V + 12 V = 24 V
enquanto a capacidade de corrente permaneceria limitada pelo conjunto.
Mas eu não queria 24 V.
Os motores que estava experimentando eram de 12 V.
Portanto, a ligação em paralelo fazia muito mais sentido para aquilo que eu queria obter:
manter a tensão e aumentar a corrente disponível.
500 mA são suficientes para movimentar um barco?
Aqui está uma pergunta muito melhor do que simplesmente perguntar se 500 mA são “muito” ou “pouco”.
A resposta é:
depende do consumo do motor e do restante do sistema.
Se escolhermos um motor que exija vários amperes para funcionar adequadamente, os painéis utilizados no meu projeto não serão suficientes.
Mas se encontrarmos um motor capaz de produzir propulsão útil consumindo relativamente pouca corrente, a situação muda.
Foi exatamente isso que comecei a procurar.
Fui para minha caixa de sucata procurar motores
Eu tinha vários motores de 12 V disponíveis.
Então comecei a fazer testes.
A tensão era uma primeira condição importante: como as células forneciam aproximadamente 12 V, procurei motores adequados a essa faixa.
Mas isso não bastava.
Entre os motores disponíveis, havia diferenças significativas de consumo.
Alguns exigiam mais corrente.
Outros conseguiam girar e produzir um torque interessante com consumo relativamente baixo.
Foram esses últimos que me interessaram.
Não basta escolher o motor pela tensão
Essa é uma das grandes lições desse projeto.
Imagine dois motores escritos:
12 V
Nos dois.
Isso não significa que sejam eletricamente equivalentes.
Um pode consumir 200 mA em determinada condição.
Outro pode consumir 2 A.
Outro pode exigir ainda mais.
Se minhas células conseguem entregar algo em torno de 500 mA em boas condições, essa diferença determina completamente se o projeto será viável.
Por isso precisamos medir.
O multímetro ajuda a escolher o motor
Uma experiência simples consiste em alimentar adequadamente os motores e medir seu consumo de corrente.
Podemos comparar:
Motor A → corrente X
Motor B → corrente Y
Motor C → corrente Z
Mas também precisamos observar o desempenho mecânico.
Um motor que consome pouquíssima corrente e não consegue movimentar adequadamente a hélice não resolve o problema.
Queremos encontrar uma combinação interessante entre:
baixo consumo + torque suficiente + rotação adequada.
E o consumo aumenta quando colocamos a hélice na água
Esse detalhe é fundamental.
Medir um motor girando livremente sobre a bancada não representa exatamente a condição real de navegação.
Quando colocamos a hélice na água, aparece uma carga mecânica.
O motor precisa fazer mais esforço.
Consequentemente, sua corrente tende a aumentar.
Eu já destacava isso no projeto original: o consumo medido fora da água seria menor que aquele observado quando a hélice estivesse efetivamente trabalhando.
Portanto, o teste final precisa acontecer na água.
Sol forte e nuvem são condições completamente diferentes
Agora chegamos ao principal problema de eliminar a bateria.
A quantidade de energia produzida pelos painéis depende das condições de iluminação.
Em um dia de Sol forte, podemos ter uma determinada potência disponível.
Uma nuvem passa.
A irradiância diminui.
A potência disponível cai.
E como não temos uma bateria funcionando como reserva, essa mudança pode ser percebida diretamente pelo sistema.
Em um dia nublado o barco ainda pode funcionar
No experimento original, considerei justamente essa possibilidade.
O barco pode continuar navegando com menor incidência solar, mas a velocidade final pode ser prejudicada.
Isso é bastante intuitivo.
Se o painel passa a fornecer menos potência e o motor depende diretamente dessa fonte, temos menos energia disponível para a propulsão.
É quase como se a intensidade do Sol participasse do acelerador do barco.
E se uma pequena nuvem passar rapidamente?
Essa situação me levou a acrescentar outro componente muito interessante ao projeto:
capacitores de alta capacitância.
Coloquei alguns capacitores em paralelo para ajudar a suavizar pequenas variações de alimentação quando a incidência solar diminuísse temporariamente.
Isso não transforma o sistema em um barco com bateria.
O capacitor possui uma capacidade de armazenamento de energia muito menor.
Mas pode funcionar como um pequeno amortecedor elétrico para variações rápidas.
O capacitor armazena energia
De maneira simplificada, o capacitor pode acumular carga enquanto existe energia disponível.
Quando a tensão da fonte cai momentaneamente, ele pode devolver parte dessa energia ao circuito.
Podemos imaginar:
Sol forte → painel alimenta circuito + capacitor carrega
depois:
pequena redução → capacitor ajuda temporariamente o circuito
e então:
Sol retorna → capacitor volta a carregar.
É uma aplicação prática muito interessante desse componente.
Capacitor não substitui bateria
É importante deixar essa diferença clara.
Uma bateria possui capacidade de armazenamento muito maior.
Os capacitores utilizados nesse tipo de experimento não permitirão necessariamente que o barco continue navegando normalmente durante vários minutos sem Sol.
O objetivo é ajudar em transientes e pequenas variações, dependendo da capacitância, consumo e duração da queda.
Uma nuvem grande cobrindo o Sol durante bastante tempo continua sendo um problema para um barco que depende exclusivamente dos painéis.
Podemos calcular a energia armazenada no capacitor
A energia armazenada em um capacitor pode ser expressa por:
E = ½ × C × V²
onde:
E = energia
C = capacitância
V = tensão
Isso mostra por que aumentar a capacitância aumenta a quantidade de energia que conseguimos armazenar.
Também mostra a grande influência da tensão, já que ela aparece elevada ao quadrado.
Capacitores em paralelo somam suas capacitâncias
Como utilizei vários capacitores em paralelo, temos:
Ctotal = C1 + C2 + C3 + …
Assim, por exemplo:
4.700 µF + 4.700 µF = 9.400 µF.
Esse é outro conceito de eletrônica que pode ser experimentado diretamente no barco.
Podemos colocar diferentes valores e observar como o comportamento do sistema muda.
O projeto se transforma em um laboratório flutuante
Essa é provavelmente uma das coisas de que mais gosto nessa ideia.
Não temos simplesmente um barco solar.
Temos uma plataforma onde podemos experimentar:
painéis solares;
motores;
capacitores;
ESC;
BEC;
servo;
receptor;
hélices;
associação série/paralelo;
medição de tensão;
medição de corrente;
consumo elétrico.
Mudamos uma variável e observamos o resultado.
Isso é eletrônica experimental aplicada ao modelismo.
Para direção utilizei um pequeno servo de 9 gramas
Também precisei pensar no consumo do sistema de direção.
Não faria sentido escolher um servo enorme e consumir uma parte significativa da pequena potência disponível apenas para movimentar o leme.
Por isso utilizei um microservo de aproximadamente 9 g, barato, leve e de baixo consumo.
Para esse protótipo experimental ele atendia muito bem.
Mas esse servo não é à prova d’água
Essa foi uma limitação consciente do primeiro protótipo.
O pequeno servo utilizado não é à prova d’água.
Em um barco, isso obviamente merece atenção.
Mas novamente precisamos lembrar do objetivo daquela montagem.
Eu estava construindo um protótipo para testar o conceito.
Depois de comprovar que a propulsão solar funcionava, faria sentido evoluir para uma construção mais definitiva e melhorar também a proteção dos componentes.
O ESC utilizado possui BEC
Para controlar o motor utilizei um ESC com BEC, sendo o ESC escolhido à prova d’água e planejado para permanecer nas futuras evoluções do projeto.
O ESC permite controlar eletronicamente a potência entregue ao motor.
O BEC, por sua vez, pode fornecer uma alimentação adequada ao sistema de rádio dentro das especificações do equipamento utilizado.
Assim começamos a formar o conjunto RC.
O caminho da energia fica interessante
De maneira simplificada, podemos pensar:
PAINÉIS SOLARES
↓
alimentação principal
↓
ESC
↓
motor
e através do sistema de alimentação apropriado:
BEC → receptor → servo
Além disso, temos os capacitores associados à alimentação para ajudar nas variações rápidas.
Tudo isso sem uma bateria funcionando como fonte principal.
O BEC não cria energia
Esse ponto é importante.
Às vezes o BEC parece quase mágico.
Entram 12 V e temos uma tensão apropriada para receptor e servo.
Mas ele não está produzindo energia do nada.
Toda a potência utilizada pelo receptor e pelo servo também precisa vir dos painéis.
Portanto:
motor + ESC + receptor + servo + perdas
fazem parte do orçamento energético do barco.
Existe um orçamento de corrente
Se os painéis conseguem fornecer determinada corrente em determinada condição de iluminação, precisamos distribuir essa capacidade entre os componentes.
Podemos pensar aproximadamente:
Ipainéis ≥ Imotor + Ieletrônica + Iservo + perdas
É uma simplificação, mas ajuda a visualizar o problema.
Se o motor consumir praticamente toda a capacidade disponível, qualquer movimento mais exigente do servo poderá contribuir para uma queda de tensão.
Por isso a eficiência de cada componente importa bastante.
O servo não consome sempre a mesma corrente
Um servo parado e sem esforço pode consumir relativamente pouco.
Quando precisa movimentar uma carga, a corrente aumenta.
Se o leme estiver oferecendo resistência, o consumo pode subir.
Se o servo travar mecanicamente, pode exigir ainda mais.
Em um sistema alimentado diretamente por painéis de baixa potência, essas variações tornam-se especialmente interessantes de observar.
A hélice também precisa ser escolhida pensando em eficiência
Não adianta encontrar um motor econômico e colocar uma hélice que exige dele um esforço enorme.
Diâmetro e passo da hélice influenciam a carga mecânica.
Uma hélice maior não significa automaticamente um barco melhor.
Talvez uma hélice menor permita que o motor opere em uma condição mais adequada à potência disponível.
Novamente:
é preciso experimentar.
A relação motor-hélice é fundamental
Podemos ter um ótimo motor e uma péssima combinação de hélice.
Ou uma boa hélice para outro motor.
O sistema precisa ser analisado como conjunto.
Painel solar fornece energia.
ESC controla.
Motor converte energia elétrica em movimento.
Hélice transforma esse movimento em empuxo.
Casco transforma o empuxo em deslocamento.
Se qualquer etapa for muito ineficiente, o desempenho final cai.
O casco também influencia bastante
Meu primeiro barco foi propositalmente simples e construído com garrafas PET.
Isso permitiu testar rapidamente a ideia.
Mas um casco desenvolvido especificamente para o projeto pode melhorar bastante o resultado.
Podemos trabalhar:
resistência hidrodinâmica;
peso;
estabilidade;
área para os painéis;
posição do motor;
posição da hélice;
distribuição dos componentes.
É justamente uma das evoluções naturais do projeto.
Painéis grandes exigem estabilidade
Existe outro detalhe.
Uma grande área de painel instalada sobre um barco também pode ser atingida pelo vento.
Em um modelo leve, isso pode afetar a navegação.
Além disso, colocar massa em uma posição muito alta pode elevar o centro de gravidade.
Portanto, o casco precisa oferecer estabilidade suficiente para carregar toda essa estrutura.
O ângulo do painel em relação ao Sol também influencia
Painéis solares não produzem exatamente a mesma potência independentemente de sua orientação.
Em um barco, isso é particularmente interessante porque o modelo está constantemente mudando de direção.
Em determinado momento os painéis podem estar em uma posição mais favorável.
Depois o barco vira.
O Sol permanece no mesmo lugar.
As condições mudam.
Isso cria outra variável para experimentar.
E o barco pode passar pela sombra
Imagine navegar próximo de uma árvore.
O barco entra em uma região sombreada.
A geração cai.
Sem bateria, isso pode afetar imediatamente seu comportamento.
Esse é um dos desafios — e ao mesmo tempo uma das coisas mais interessantes — de um modelo puramente solar.
O ambiente participa diretamente do funcionamento.
Uma pequena bateria resolveria muitos desses problemas
Resolveria.
Poderíamos utilizar os painéis para carregar ou auxiliar uma bateria e deixar a bateria alimentar o sistema.
Tecnicamente seria uma solução bastante interessante.
Mas mudaria a pergunta do experimento.
Eu queria justamente descobrir:
“Consigo navegar utilizando somente a energia solar produzida naquele momento?”
Por isso decidi não colocar bateria a bordo.
Essa limitação é parte do projeto
Às vezes colocamos uma restrição propositalmente porque ela nos obriga a pensar.
Sem bateria, precisamos procurar:
motor eficiente;
servo pequeno;
baixo consumo;
painéis adequados;
capacitores;
casco apropriado.
Se simplesmente colocássemos uma bateria enorme, vários desses problemas desapareceriam.
Mas também perderíamos boa parte do aprendizado.
É um ótimo projeto para aprender sobre potência
Podemos calcular aproximadamente a potência elétrica disponível.
Cada painel:
12 V × 0,25 A = 3 W
Dois painéis, em condições ideais e considerando os valores nominais:
aproximadamente 6 W
Isso já nos dá uma noção do desafio.
Não estamos trabalhando com dezenas ou centenas de watts.
Precisamos fazer o barco funcionar dentro de um orçamento energético relativamente pequeno.
Eficiência passa a ser muito importante
Quando temos energia sobrando, pequenas perdas podem passar despercebidas.
Quando temos apenas alguns watts disponíveis, cada perda começa a importar.
Atrito no eixo.
Hélice inadequada.
Motor ineficiente.
Conexões ruins.
Servo fazendo esforço desnecessário.
Tudo isso consome parte da energia que poderia estar movimentando o barco.
Por isso um barco solar é também uma excelente experiência sobre eficiência energética.
Podemos medir o projeto em diferentes condições
Uma experiência interessante seria registrar:
tensão dos painéis;
corrente fornecida;
corrente do motor;
velocidade aproximada do barco;
condição de Sol;
tipo de hélice;
motor utilizado.
Depois podemos comparar as configurações.
Qual motor produziu melhor resultado?
Qual hélice exigiu menos corrente?
Quanto a corrente mudou quando uma nuvem passou?
Quanto o consumo aumentou com a hélice na água?
O hobby começa quase a virar um pequeno experimento científico.
E foi exatamente essa a proposta: experimentar
A intenção era testar o conceito, aprender com ele e depois desenvolver um casco melhor e fazer upgrades.
Essa abordagem continua sendo uma ótima maneira de desenvolver projetos.
Não precisamos construir a versão perfeita na primeira tentativa.
Podemos fazer:
protótipo → teste → aprendizado → melhoria → novo protótipo.
Eu registrei todas as etapas da construção
E aqui este artigo é especialmente interessante porque não existe apenas um vídeo.
Eu gravei uma série inteira mostrando as etapas do projeto, justamente para que outras pessoas pudessem acompanhar a experiência e, se quisessem, construir seu próprio barco solar. A página original reúne diversos vídeos dessa sequência.
Eu manteria esses vídeos na página. Eles são muito valiosos porque mostram que o conteúdo não é apenas teórico: o projeto foi realmente construído, testado e colocado para funcionar.
O barco solar é um excelente exemplo de eletrônica aplicada ao modelismo
Começamos com uma pergunta relativamente simples:
dá para fazer um barco RC funcionar somente com energia solar?
E para respondê-la precisamos estudar:
painéis solares;
tensão;
corrente;
potência;
motores;
consumo;
associação em paralelo;
capacitores;
ESC;
BEC;
servo;
hélice;
eficiência.
Esse é justamente o tipo de projeto de que gosto porque a eletrônica deixa de ser apenas teoria.
Temos um problema real.
Fazemos medições.
Escolhemos componentes.
Testamos.
Erramos.
Mudamos.
E finalmente vemos o barco navegando.
Quer aprender a entender a elétrica dos seus próprios projetos RC?
Talvez você não queira construir exatamente um barco solar.
Pode querer instalar outro motor em uma lancha, escolher uma bateria, ligar um ESC, entender o BEC, colocar LEDs, escolher uma fonte ou descobrir por que determinado componente não funciona como esperava.
O raciocínio é o mesmo que utilizei neste projeto: entender tensão, corrente, potência e consumo para conseguir escolher e combinar corretamente os componentes.
Essa é justamente a proposta do Método 7H RC: ensinar elétrica e eletrônica aplicadas ao rádio controle de maneira prática, utilizando situações encontradas no aeromodelismo, automodelismo e nautimodelismo.
Em vez de apenas decorar onde cada fio deve ser conectado, a ideia é entender por que aquela ligação funciona e ganhar autonomia para fazer suas próprias adaptações e projetos.
Se você gosta de construir, modificar e experimentar com modelos de controle remoto, conheça o Método 7H RC.
Este conteúdo também faz parte do guia Nautimodelismo e Barcos RC, que reúne conteúdos sobre construção de embarcações RC, motorização, propulsão, eletrônica embarcada, detalhamento e experiências práticas de navegação.