O uso da energia solar em grande porte é antigo, embora não comprovado se diz que Arquimedes (282 a 212 a.C.), teria queimado a frota romana na Baía de Syracuse (hoje pertencente a Itália) concentrando raios solares em um foco a ponto de aquece-los até pegarem fogo. O aparelho usado por Arquimedes foi descrito como um vidro composto por 24 espelhos que convergiam para um único ponto focal. Existem, relatos de que durante o período Bizantino, Proclus repetiu o suposto experimento de Arquimedes e queimou a frota inimiga em Constantinopla (LODI, 2011).
Já no século XVIII, na Europa e no Oriente Médio, começou a serem desenvolvidas fornalhas solares, cuja aplicação era a fundição de metais, principalmente ferro e cobre. Uma das primeiras aplicações em larga escala foi a fornalha solar desenvolvida por Lavoisier em 1774 (Figura Anexo D1). Esta fornalha possuía uma lente de 1,32 m e outra secundária de 0,2 m e foi capaz de atingir temperaturas de 1.750°C (LODI, 2011).
Figura Anexo D 1. Fornalha solar de Lavoisier (1774) (MALAGUETA, 2012).
Durante o século XIX surgiram as primeiras tentativas de gerar vapor (à baixa pressão) a partir da radiação solar. As primeiras máquinas a vapor movidas à energia solar teriam sido construídas por Augusto Mouchot de 1864 a 1878 na Europa e norte da África. Uma de suas máquinas, uma impressora movida à energia solar foi apresentada em uma exposição internacional em Paris em 1882 e imprimia 500 cópias por hora (Figura Anexo D
2), mas foi considerada pelo governo francês cara demais para ser fabricada em larga escala (LODI, 2011).
Figura Anexo D 2. Coletor parabólico de uma impressora à energia solar (Paris, 1882) (MALAGUETA, 2012).
O desenvolvimento de novos sistemas teve continuidade nos EUA, onde um engenheiro, Capitão John Ericsson, construiu o primeiro motor a vapor movido diretamente à energia solar. O Capitão construiu ao todo oito sistemas de aquecimento direto de água ou ar como fluidos de trabalho com cilindros-parabólicos (Figura Anexo D 3) (LODI, 2011).
O século XX apresentou uma continuidade na evolução do uso da energia solar em concentradores. Em 1901, instalou-se um coletor solar para bombeamento de água em uma fazenda da Califórnia. O sistema consistia de uma estrutura similar a um guarda-chuva invertido, composto por 1788 espelhos alinhados em sua parte interna. Os raios do sol eram concentrados em uma caldeira localizada em seu ponto focal. Na caldeira, a água era vaporizada e utilizada para operar uma bomba centrífuga (MALAGUETA, 2012).
Em 1912, Frank Shuman e Charles Vernon Boys construíram uma planta de bombeamento de água próximo ao Rio Nilo, no Egito (na época a maior do mundo), o campo solar da planta ocupava cerca de 1.200 m², era composta por cilindros parabólicos de 62 m de comprimento e 4,5 m de largura, a água era aquecida até virar vapor diretamente nos receptores e operava uma bomba com vazão máxima de 22,7 m³ de água por minuto (Figura Anexo D 4). Frank Shuman, inventor e empresário americano, é considerado como um visionário da energia solar e pioneiro da geração de energia em grande escala proveniente de energia solar (LODI, 2011).
Figura Anexo D 4. Planta de bombeamento de águas do Nilo (Egito, 1913) (MALAGUETA, 2012).
Apesar do projeto ter sido bem sucedido, a planta foi desativada em 1915 em função da 1ª Guerra Mundial. Ademais, após a guerra, grandes descobertas de campos de petróleo no
Oriente Médio e na Venezuela, contribuíram para a expansão do setor petrolífero e em paralelo para um esquecimento da energia solar (LODI, 2011).
Durante a década de 1970, ocorreram o primeiro e o segundo choques do petróleo, em 1973 e 1978 respectivamente, essa crise de abastecimento estimulou no mundo o incentivo de diversas fontes alternativas de energia, coordenados pelo Departamento de Energia Americano (DOE) o desenvolvimento dos atuais modelos de coletores solares começou nesta época. Na Europa os grandes investimentos em P&D no setor também surgiram na mesma década. A Plataforma Solar de Almería (PSA), hoje é o maior centro de P&D em concentradores solares da Europa e situa-se no Deserto de Tabernas, em Almería na Espanha (Figura Anexo D 5).
Figura Anexo D 5. Planta Solar de Almería (PSA), nos dias atuais.
A primeira planta solar comercial foi instalada no Novo México, EUA em 1979 pelo laboratório Sandia (Sandia National Laboratory), a qual era composta por coletores cilindro parabólicos que atingiam temperaturas de até 500°C e utilizava inicialmente o calor para processos industriais. Já na Europa em 1981, foi instalada a primeira instalação de produção de energia elétrica proveniente unicamente energia solar térmica, através do projeto de demonstração chamado SSPS/DCS (Small Solar Power Systems/Distributed Collector System) constituído de dois campos solares de cilindro parabólicos com uma área de absorção de 7.602 m² (LODI, 2011).
Em 1986, o excesso de capacidade ociosa da indústria petrolífera levou ao contrachoque do petróleo, quando o preço do barril de petróleo despencou para menos de US$ 10 (KALOGIROU, 2004). A abundância de petróleo barato diminuiu o investimento e o ritmo de desenvolvimento de diversas fontes alternativas de energia, entrando assim em um período de baixo desenvolvimento.
Os Estados Unidos na década de 1990 apresentaram uma queda de investimentos no setor, permanecendo por certo tempo em decadência, este cenário só voltou a ficar favorável à energia solar com a adoção de novas políticas de incentivo em diversos Estados do país, a partir do ano 2000. O Renewable Portfolio Standard (RPS) é um modelo que se baseia em um mecanismo econômico no qual é determinada uma cota de energia renovável (ou de uma fonte específica) e assim o equilíbrio de mercado levaria ao preço de equilíbrio (LODI, 2011).
Na Espanha não foi diferente, às leis de incentivo espanholas foram iniciadas em 1998 a partir do Decreto Real, o qual propôs os procedimentos administrativos e as condições para beneficiar plantas de energias renováveis e fontes alternativas, que passaram a receber tarifação diferenciada e acima do valor de mercado como forma de incentivo. O conhecimento adquirido em P&D ao longo destes anos e o aprimoramento da tecnologia, bem como incentivos econômicos, contribuem para que EUA e Espanha sejam hoje em dia, referências no setor de energia solar térmica de alta potência (LODI, 2011).
Tendência
A Europa busca nos desertos um caminho para suprir sua demanda energética. Em 2011, a Espanha começou a maior usina solar no mundo, instalada numa das regiões mais áridas do país. Mas o mais ambicioso projeto europeu está em curso na África, no Deserto do Saara. O consórcio Desertec, formado por 50 empresas alemãs, começou a construir em 2012 uma usina de energia solar colossal. A idéia é construir usinas solares em várias partes do Saara para atender de 15% a 20% das necessidades europeias (Figura Anexo D 6) (POWER, 2010).
Figura Anexo D 6. Projeto da Desertec (POWER, 2010).
A primeira usina, que ocupará uma área de 12 km², fornecerá 500 MW de energia para a Europa a partir de 2014. Estão previstos investimentos na ondem de 2 bilhões de euros. Ao todo, o projeto, que prevê a construção de mais usinas no Marrocos, Egito, Argélia e outros países, deverá custar 400 bilhões de euros, sendo 50 bilhões só nas linhas de transmissão.
O projeto Desertec é a opção do futuro de uma Europa sem energia atômica. Por enquanto, apenas a Alemanha decidiu, por lei, abandonar o uso da energia nuclear, depois da catástrofe de Fukushima no Japão. Isso ainda em um prazo de cerca de dez anos, mas as alternativas renováveis são vistas como o futuro de todo o continente. Atualmente, 80% da energia da França vêm de centrais atômicas (ECODEBATE, 2013).
Atualmente, os custos da energia solar e eólica, são muito mais altos do que nuclear, hidrelétrica ou de usinas de carvão. Um quilowatt-hora de energia hidrelétrica custa seis centavos de euro, já a mesma quantidade de energia solar custa 40 centavos de euro; no começo essa forma de energia renovável vai depender dos subsídios públicos, mas a disposição do governo alemão em dar subsídios para o projeto Desertec é grande, mesmo com a crise do euro (ECODEBATE, 2013).