ENERGIA SOLAR

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O QUE É ENERGIA SOLAR?

Energia Solar é a energia proveniente do sol. Esta energia está presente indiretamente em quase todas as energias que utilizamos em todo o mundo, como hidráulica, biomassa, combustíveis fosseis entre outras. O uso de forma indireta está relacionada por inúmeros fatores, como processos bioquímicos e climáticos. O uso mais direto da energia solar pode ser feito através do aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica. Pode ainda ser convertida diretamente em energia elétrica, por meio de efeitos sobre determinados materiais, entre os quais se destacam o termoelétrico e o fotovoltaico.

A conversão direta da energia solar em energia elétrica ocorre pelos efeitos da radiação (calor e luz) sobre determinados materiais, particularmente os semicondutores. Entre esses, destacam-se os efeitos termoelétrico e fotovoltaico. O primeiro caracteriza-se pelo surgimento de uma diferença de potencial, provocada pela junção de dois metais, em condições específicas. No segundo, os fótons contidos na luz solar são convertidos em energia elétrica, por meio do uso de células solares.

Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, os mais utilizados atualmente são: o aquecimento de água e a geração fotovoltaica de energia elétrica. No Brasil, o primeiro é mais encontrado nas regiões Sul e Sudeste, devido a características climáticas, e o segundo, nas regiões Norte e Nordeste, em comunidades isoladas da rede de energia elétrica.

QUEM COMEÇOU COM AS PRIMEIRAS GERAÇÕES DE ENERGIA SOLAR?

Para chegarmos em uma pequena conclusão temos que voltar um pouco no tempo. O aproveitamento da luz do sol para iluminar construções já era usada a muito tempo, o tipo de arquitetura que aproveita ao máximo a luz do sol pode ser vista em construções da Grécia antiga ou até mesmo nos povos latinos (Maia, Asteca e Inca).

Por volta de 1767 o naturalista e geólogo suíço Horace de Saussure, cria o forno solar. Trata-se de um forno com fundo preto, abas refletoras e uma tampa de vidro, os refletores refletem a luz do sol para o fundo preto que por sua vez emite radiação infravermelha aquecendo os alimentos, a radiação não escapa devido a tampa de vidro, esse fenômeno é semelhante ao que ocorre no efeito estufa.

Em 1839 Alexandre-Edmond Becquerel descobriu o efeito fotovoltaico, criando o primeiro dispositivo eletrônico com o propósito de estudar esse efeito.

Em 1866 Augustin Mouchot inventou o primeiro motor solar equipado com um refletor parabólico e uma caldeira cilíndrica em vidro, a qual alimentava uma pequena máquina a vapor.

Em 1873, Willoughby Smith documentou o efeito fotovoltaico em sólidos com o selênio. Alguns anos depois, mais precisamente em 1921 Albert Einstein ganharia o seu primeiro prêmio Nobel por suas pesquisas sobre o efeito fotoelétrico.

Em 1884, Charles Fritts produziu a primeira célula fotovoltaica usando selênio, a característica de fotocondutividade deste material foi descoberta por Smith em 1873. A eficiência da célula de selênio não chegava a 1%.

Até que em 1954 foi anunciada a primeira célula fotovoltaica usando silício (com eficiência de 6%), desenvolvida pelos pesquisadores Calvin Fuller (químico), Gerald Pearson (físico) e Daryl Chapin (engenheiro), todos do laboratório da Bell em Murray Hill, Nem Jersey, nos Estados Unidos da América. Em 1955 a própria NASA se apropriou da tecnologia e até hoje a emprega como fonte principal de alimentação de seus satélites. Cinquenta anos depois, em 2004, foram produzidos cerca de mil milhões de células, com eficiências da ordem dos 16%, ultrapassando pela primeira vez a barreira de 1 GW de potência elétrica anual instalada.

PAINÉIS SOLARES:

O efeito fotovoltaico decorre da excitação dos elétrons de alguns materiais na presença da luz solar (ou outras formas apropriadas de energia). Entre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar em energia elétrica, os quais são usualmente chamados de células solares ou fotovoltaicas, destaca-se o silício.

O funcionamento dos painéis solares convencionais são demasiadamente simples, se tratam da maioria, de dois tipos diferentes de silício, um dopado com Boro para formar cargas negativas (tipo N) e o outro dopado com Fósforo para formar cargas positivas (tipo P), entre as duas placas de silício, fica uma junção neutra que separa as duas partes. Quando os fótons do sol atingem a placa, devido ao efeito fotoelétrico, cargas negativas se acumulam no elemento condutor dopado negativamente até que haja a “quebra” da junção, por fim conduzindo corrente elétrica.

A eficiência de conversão das células solares é medida pela proporção da radiação solar incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Atualmente, as melhores células apresentam um índice de eficiência de 25%. (Dados da ANEEL, 2000).

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Em muitos casos de geração por meio de painéis, a energia gerada é guardada em baterias, medida que faz encarecer o custo e a durabilidade do sistema. Por isso a ideia de jogar a energia gerada direto na rede seria a melhor opção no momento de expansão dessa tecnologia. Abaixo vemos um sistema com carregamento de baterias normalmente utilizado nas instalações.

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Na década de 50, os painéis solares convertiam apenas 4,5% da energia solar em eletricidade, o que correspondia a 13 Wp/m², a um custo de US$ 1.785/Wp. Hoje em dia, a eficiência média mundial triplicou para 15% (143 Wp/m²), a um custo 1.370 vezes mais barato, de US$ 1,30/Wp. Em 2015, de acordo com a Spheralsolar, teve início a oferta de painéis solares com eficiência de conversão de 23,5% (348 Wp/m²).

CONCENTRADORES SOLARES:

Concentradores solares tem a finalidade de captar a energia solar incidente numa área maior e concentra-la em uma área muito menor aumentando consideravelmente sua temperatura. Os espelhos refletores tem um formato curvo ou parabólico a fim de direcionar os raios solares ao material no qual quer ser aquecido.

O que que acontece geralmente nas usinas é que os painéis direcionam os raios solares para um grande recipiente contendo água, essa água ao aquecer evapora e o seu vapor gira as turbinas, gerando por fim energia elétrica.

Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas bastante elevadas e índices de eficiência que variam de 14% a 22% de aproveitamento da energia solar incidente. Contudo, a necessidade de focalizar a luz solar sobre uma pequena área exige algum dispositivo de orientação, acarretando custos adicionais ao sistema, os quais tendem a ser minimizados em sistemas de grande porte. Entre meados e final dos anos 1980, foram instalados nove sistemas parabólicos no sul da Califórnia, EUA, com tamanhos que variam entre 14 MW e 80 MW, totalizando 354 MW de potência instalada.

Recentemente na Califórnia, EUA, entrou em funcionamento a maior usina solar do mundo, nomeada de Ivanpah Solar Electric Generating System, o grande empreendimento da Google chega a gerar cerca de 392 Megawatts de energia.


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GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)

Pode ser definida como a geração de energia elétrica próxima ao local de consumo, ou no próprio estabelecimento consumidor. Em 2012, a ANEEL aprovou duas Resoluções Normativas, a nº 482 e a nº 517, que estabelecem as condições gerais para a micro geração de energia elétrica, além do sistema de compensação de energia elétrica (net metering), atualmente em uso em diversos países.

A energia excedente é cedida à distribuidora local, e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica dessa mesma unidade consumidora, ou de outra unidade consumidora de mesma titularidade. O saldo positivo de um mês poderá ser utilizado para abater o consumo em outro posto tarifário, ou na fatura do mês subsequente. Os créditos de energia gerados continuam válidos por 60 meses. Há ainda a possibilidade do consumidor utilizar esses créditos em outra unidade, desde que as duas unidades consumidoras estejam na mesma área de concessão e sejam do mesmo titular. O processo promove apenas a troca de kWh entre o consumidor gerador e a distribuidora, não envolvendo a circulação de dinheiro. A Resolução Normativa ANEEL nº 687/15, complementar à 482/12, estabelece que abaixo de 75 kW é micro geração, e acima de 75 kW e até 5 MW é mini geração, e vale para qualquer fonte renovável de geração. Se enquadram nestas modalidades os Imóveis individuais, condomínios, cooperativas e consórcios. Para a micro geração, a distribuidora terá o prazo de 34 dias para conectar a instalação à rede, a contar do dia da solicitação.

UTILIZAÇÃO DO MUNDO E DO BRASIL?

Para o Brasil segundo dados da ANEEL (01/12/16): Contamos com 42 Centrais Geradoras Solares Fotovoltaicas (UFV), com uma potência total de geração de 27.008 kW. Somando 0,02% de toda nossa matriz energética.

Empreendimentos (UFV) em construção ou em fase de liberação para ser construídas temos um total de 111 centrais geradoras solares fotovoltaicas, com uma potência geradora estimada em 2.980.397kW. Caso essas usinas entrem em funcionamento a porcentagem na nossa matriz em relação a potência instalada chegaria a quase 2% do total.

No Mundo a geração de energia solar total foi de 253 TW/h em 2015, segundo o Ministério de Minas e Energia.

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Instalações Solares no Mundo Em 2015

O mundo contava com uma potência instalada solar de 234 GW, sendo 229 GW de FV e 5 GW de CSP. A geração total foi de 253 TWh, resultando num fator de capacidade médio de 13,9%.

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Os cinco primeiros países em potência instalada respondem por 68% do total mundial. Em 2015, a China (1º) e os Estados Unidos (2º) superaram a Alemanha na geração. Em 2018, o Brasil deverá estar entre os 20 países maiores geradores de energia solar, ao se considerar a operação da potência já contratada, de 2,6 GW. Em termos de área geográfica, os 234 GW de 2015, correspondem a 1.635 km² de painéis solares, ou um quadrado de 40,4 km de lado, considerando 143 W/m² (eficiência de 15% de absorção solar).

CRESCIMENTO E INVESTIMENTO?

O Brasil vem trazendo uma série de investimentos e politicas de desburocratização para aumentar o crescimento de energias renováveis, entre elas a energia solar.

Principais incentivos no Brasil:

ProGD – O Ministério de Minas e Energia lançou, em 15/12/2015, o Programa de Desenvolvimento da Geração Distribuída de Energia Elétrica, com o objetivo de aprofundar as ações de estímulo à geração de energia pelos próprios consumidores (residencial, comercial, indústria e agropecuária), com base em fontes renováveis, em especial, a solar fotovoltaica.

Chamada Pública (CP) ANEEL – De 2014 a 2016 entraram em operação as plantas FV da CP nº 013/2011 – Projetos Estratégicos: “Arranjos Técnicos e Comerciais para Inserção da Geração Solar Fotovoltaica na Matriz Energética Brasileira” (24,6 MW contratados, ao custo de R$ 396 milhões).

Isenção de IPI – De acordo com o Decreto nº 7.212, de 15/06/2010, são imunes à incidência do Imposto sobre Produtos Industrializados, a energia elétrica, derivados de petróleo, combustíveis e minerais.

 Isenção de ICMS – Pelo Convênio ICMS 101/97, celebrado entre as secretarias de Fazenda de todos os estados, há isenção do Imposto Sobre Circulação de Mercadorias (ICMS) para as operações com equipamentos e componentes para o aproveitamento das energias solar e eólica, válido até 31/12/2021.

Desconto na TUST/TUSD – A RN ANEEL 481/2012, ampliou para 80% o desconto na tarifa de uso do sistema de transmissão/distribuição (TUST/TUSD) para empreendimentos com potência inferior a 30 MW.

Isenção de ICMS, PIS e Cofins na Geração Distribuída – Os convênios ICMS 16, 44 e 52, 130 e 157, de 2015, do Conselho Nacional de Política Fazendária (CONFAZ), firmados por AC, TO, MA, CE, RN, PE, AL, BA, MG, RJ, SP, RS, MS, MT, GO e DF, isentam o ICMS sobre a energia que o consumidor gerar. O tributo se aplica apenas sobre o excedente que ele consumir da rede, e para instalações inferiores a 1 MW. O mesmo vale para o PIS e Cofins (Lei 13.169, de 6/10/2015).

Redução do Imposto de Importação – A Resolução CAMEX 64, de 22/08/2015, reduz de 14% para 2%, a alíquota incidente sobre bens de capital destinados à produção de equipamentos de geração solar fotovoltaica, vigente até 31/12/2016.

Inclusão no programa “Mais Alimentos” – A partir de novembro de 2015, os equipamentos para produção de energia solar e eólica passaram a fazer parte do programa “Mais Alimentos”, o que possibilita financiamentos a juros mais baixos. Apoio BNDES: pela Lei 13.203, de 8/12/2015, o Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social, foi autorizado a financiar, com taxas diferenciadas, os projetos de geração distribuída em hospitais e escolas públicas.

Plano Inova Energia – Fundo de R$ 3 bilhões, criado em 2013, pelo BNDES, Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP) e ANEEL, com foco na empresa privada e com o objetivo de pesquisa e inovação tecnológica nas áreas de: redes inteligentes de energia elétrica, linhas de transmissão de longa distância em alta tensão; energias alternativas, como a solar; e eficiência de veículos elétricos.

EXPANSÃO DA ENERGIA SOLAR NO BRASIL:

 O Plano Decenal de Expansão de Energia – PDE 2024, estima que a capacidade instalada de geração solar chegue a 8.300 MW em 2024, sendo 7.000 MW de geração centralizada e 1.300 MW de geração distribuída. A proporção da geração solar chegará a 1% da total. Em razão do forte crescimento das instalações distribuídas, o atual ciclo do PDE 2025 amplia as metas para esta modalidade, podendo passar de 5.000 MW ao final do período do estudo. Os estudos do Plano Nacional de Energia – PNE 2050, em elaboração pela Empresa de Pesquisa Energética, estimam que 18% dos domicílios de 2050 contarão com geração fotovoltaica (13% do consumo residencial). No aquecimento de água, a previsão é que 20% dos domicílios detenham coletores.

EXPANSÃO MUNDIAL:

 Em um cenário moderado, da Agência Internacional de Energia (IEA), a energia solar poderia responder por cerca de 11% da oferta mundial de energia elétrica em 2050, algo próximo de 5.000 TWh. A área coberta pelas instalações seria de 8 mil km² (300 W/m² e FC de 25%), equivalente a um quadrado de 90 km de lado

LEILÕES DE GERAÇÃO CENTRALIZADA:

Em 2014 houve a primeira contratação de energia solar de geração pública centralizada, de 890 MW, ao preço médio de R$ 215,50 (US$ 88,20, pelo câmbio do dia do leilão). Em 2015, mais dois leilões foram realizados, totalizando 2.653 MW contratados, com início de suprimento em 2017 e 2018. Os leilões foram realizados na modalidade de “energia de reserva”, e com o objetivo de promover o uso e o desenvolvimento da indústria solar no Brasil.

POTENCIAL NO BRASIL E MUNDO:

O potencial brasileiro para energia solar é enorme. A Região Nordeste apresenta os maiores valores de irradiação solar global, com a maior média e a menor variabilidade anual entre todas as regiões geográficas. Os valores máximos de irradiação solar no país são observados na região central da Bahia (6,5kWh/m²/dia), incluindo, parcialmente, o noroeste de Minas Gerais. Há, durante todo o ano, condições climáticas que conferem um regime estável de baixa nebulosidade e alta incidência de irradiação solar para essa região semiárida. A irradiação média anual brasileira varia entre 1.200 e 2.400 kWh/m²/ano, bem acima da média da Europa, mas há no mundo regiões com valores acima de 3.000 kWh/m²/ano, como Austrália, norte e sul da África, Oriente Médio, parte da Ásia Central, parte da Índia, sudoeste dos USA, além de México, Chile e Perú.

CUSTOS DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA:

 De acordo com informações de revendedores, o preço do kW instalado de geração FV fica entre R$ 7.000 e R$ 13.000,00. A depender das condições locais de irradiação, da superfície de instalação e da tecnologia. Para consumos mensais entre 500 e 1.000 kWh, a necessidade de potência fica entre 4 e 10 kW. É recomendável contratar os serviços de empresa especializada.quanto-custa-a-energia-solar-fotovoltaica

VANTAGENS SOCIOAMBIENTAIS:

A energia solar é livre de carbono e, portanto, contribui para a redução de emissões de CO2 na natureza, pelo uso de energia. A geração solar centralizada é complementar à hídrica e deve ser considerada junto com a operação dos reservatórios no processo de variações do armazenamento de energia na forma de estoque de água. As maiores irradiações solares no Brasil estão em áreas de baixo desenvolvimento econômico, em que o uso da terra e os impostos arrecadados podem contribuir para o desenvolvimento local. A instalação de painéis FV com alturas acima de 2 m pode criar condições favoráveis ao cultivo de hortaliças e legumes. Com o progresso da expansão, a exigência de conteúdo nacional, hoje em torno de apenas 30% (a China é o maior fornecedor mundial de painéis FV), pode passar a mais de 70%, proporcionando geração de empregos e impostos em todas as áreas da cadeia produtiva do setor. O Brasil tem excelentes reservas de silício e lítio, principais matérias-prima da FV e de baterias, respectivamente.

 

FONTES:

Energia Solar Aplicada. ANEEL. Disponível em: https://goo.gl/YkKrA8
Biografia Horace de Saussure: De l’inventeur à l’entrepreneur, histoire de brevets, Musée des arts et métiers, Paris, 2008.
Biografia de Charles Fritts. Disponível em: https://goo.gl/avR01a.
História da energia Fotovoltaica. Disponível em: https://goo.gl/64HH6B.
Energia Solar No Brasil e no Mundo. Disponível em: https://goo.gl/Zjxno5.
Matriz Energética do Brasil, ANEEL. Disponível em: https://goo.gl/ShjMaF.

FONTES IMAGENS:

Imagem 1: https://goo.gl/OKbsKP
Imagem 2: Fonte: Power Clouds – Como funciona tecnologia fotovoltaica. Disponível em https://goo.gl/kLatPe . (adaptado)
Imagem 3: Fonte: CENTRO DE REFERÊNCIA PARA A ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO – CRESESB. 2000. Disponível em: http://www.cresesb.cepel.br/ (adaptado).
Imagem 4: Fonte: Imagem da maior usina solar do mundo. Ivanpah Solar. Disponível em : https://goo.gl/TXYrVr.
Imagem 5: https://goo.gl/Zjxno5
Imagem 6: https://goo.gl/Zjxno5
Imagem 7: https://goo.gl/Zjxno5

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