ENERGIA SOLAR

A energia solar é a fonte de energia mais abundante do mundo e está disponível para uso como radiação solar, na forma direta, e como eólica, biomassa, hídrica e etc, na forma indireta.

O uso da energia solar é dividido em duas áreas principais: solar térmica e solar fotovoltaica. A solar térmica usa o sol como fonte direta de produção de calor e a solar eletricidade converte a luz do sol diretamente em eletricidade, conhecida como fotovoltaica. A geração fotovoltaica utiliza elementos semicondutores fotossensíveis que convertem a radiação solar em uma diferença de potencial nos terminais da junção metalúrgica de dois cristais, geralmente o silício (monocristalino ou policristalino), ou germânio, de natureza P e N, segundo sua composição a nível atômico, também chamada, simplesmente, de junção P-N (EPE, 2012).

Uma célula solar fotovoltaica pode produzir, em condições nominais de teste, diferença de potencial entre 0,5 e 0,6 V e potência entre 1,0 e 1,5 W, de modo que, para uso prático, as células são arranjadas em ligações série-paralelo constituindo painéis de baixa potência (50 W a 300 W), com tensão de 12 ou 24 V. Com o arranjo série-paralelo de painéis pode-se obter cargas maiores (ANEEL, 2002; CRESESB, 2006; ANEEL, 2008; EPE, 2012; IPCC, 2012; IEA-PVPS, 2013;).

A energia solar térmica faz a utilização de superfícies espelhadas que refletem e concentram a irradiação solar normal direta “Direct Normal Irradiance” (DNI), que na sequência é convertida em energia térmica a partir da qual se gera vapor d’água que se converterá em eletricidade pelo acionamento de um ciclo de potência de Rankine. As configurações mais difundidas de usinas solares térmicas são os concentradores cilíndrico- parabólicos (calhas), os concentradores Fresnel, os concentradores de pratos parabólicos e os concentradores em torre. A viabilização técnica de projeto para um empreendimento solar térmico é da ordem de 1900 kWh/m2 (EPE, 2012). Vale dizer que as incertezas no cálculo da produção de energia são elevadas, pois a DNI na superfície da Terra é bastante influenciada pela presença de nuvens, posição solar, vapor d’água, poeira e outras partículas em suspensão na atmosfera.

Como normalmente ocorrem com os ciclos de potência a vapor, as usinas termossolares necessitam de um volume considerável de água para refrigeração do sistema e limpeza dos painéis. Portanto, os locais áridos são os preferidos para instalação desses sistemas, mas precisam ter disponibilidade de água suficiente para o funcionamento normal da usina, mas que nem sempre se obtêm simultaneamente em locais áridos. A vida útil é de até 25 anos, conforme garantia dos fabricantes de painéis fotovoltaicos (EPE, 2012; IEA-PVPS, 2013).

As principais vantagens da energia solar são a abundância, a alta confiabilidade, é livre de poluição, apresenta renovabilidade e poucas partes móveis (no caso de paineis móveis), apresenta rápida instalação e rápida desmontagem, capacidade de funcionamento sem supervisão por longos períodos, natureza modular, baixo custo de manutenção, uso direto do calor resultante da absorção da radiação solar, conversão direta da radiação solar (fótons) em eletricidade por meio de um dispositivo de estado sólido simples e vida útil considerável. Como desvantagens: intermitência, desafios na ligação à rede, uso de materiais tóxicos e dependência do tempo cíclico (SINGH, 2013).

Em 13 de fevereiro de 2014, entrou em operação comercial a maior usina térmica solar do mundo. A usina está localizada na Califórnia, Estados Unidos, e ocupa uma área de 13 km2, com capacidade para gerar 392 MW. A usina possui 300 mil espelhos de 2 m de altura por 3 m de largura e três torres de concentração com 140 m de altura cada uma e custou 1,6 bilhão de dólares. A usina pertence às empresas NRG Energy, BrightSource, Energy e Google (http://estadodeminas.lugarcerto.com.br).

Para sistemas fotovoltaicos na escala de MW os custos de investimento do sistema são de cerca de 2000 US$/kW, considerando uma vida útil de 25 anos, sem custo de combustível e baixos custos de manutenção (WEC, 2013); porém, sem geração noturna de energia.

Vale ressaltar que as usinas termossolares podem ter sistema de armazenamento térmico, necessitando de um número maior de espelhos, mas aumentando, dessa forma, a confiabilidade de fornecimento.

Tolmasquim (2004) apresenta em seu trabalho as seguintes desvantagens ambientais para os sistemas fotovoltaicos: emissões e outros impactos associados à produção de energia necessária para os processos de fabricação, transporte, instalação, operação, manutenção e descomissionamento dos sistemas, emissões de produtos tóxicos durante o processo da matéria- prima para a produção dos módulos e componentes periféricos, tais como ácidos e produtos cancerígenos, além de CO2, SO2, NOx, e particulados; ocupação de área para implementação

do projeto e possível perda de habitat (crítico apenas em áreas especiais) – no entanto, sistemas fotovoltaicos podem utilizar-se de áreas e estruturas já existentes como telhados, fachadas, etc.; impactos visuais, que podem ser minimizados em função da escolha de áreas não sensíveis; riscos associados aos materiais tóxicos utilizados nos módulos fotovoltaicos (arsênico, gálio e cádmio) e outros componentes, ácido sulfúrico das baterias (incêndio, derramamento de ácido, contato com partes sensíveis do corpo); necessidade de se dispor e reciclar corretamente as baterias (geralmente do tipo chumbo-ácido, e com vida média de quatro a cinco anos) e outros materiais tóxicos contidos nos módulos fotovoltaicos e demais componentes elétricos e eletrônicos, sendo a vida útil média dos componentes estimada entre 20 e 30 anos.

A Figura 2.1 permite observar a diminuição dos custos de investimento e de custos nivelados de eletricidade (LCOEs) desde 1980 até 2015 e com previsão para 2020. Vê-se que o custo de investimento em 2014 está abaixo dos 5000 €/kW e o LCOE abaixo de 0,2 €/kWh.

A Tabela 2.1 mostra os preços médios indicativos para os sistemas fotovoltaicos instalados em países selecionados pela IEA-PVPS ao final de 2012.

Quanto ao ciclo de vida dos gases de efeito estufa, segundo estimativas do IPCC (2012), indicam para painéis fotovoltaicos (PV) emissões de 30 a 80 g de CO2-eq/kWh e para

Figura 2.1 - Custos de instalação e LCOE de solares PV para escala comercial e de utilidade. Fonte: Kosmadakis et al (2013).

Tabela 2.1 - Preços médios indicativos para os sistemas fotovoltaicos instalados em países selecionados pela IEA-PVPS (Final de 2012).

Fora da rede (EUR ou US$ por kW) Conectado a rede (EUR ou US$ por kW) < 1 kW > 1 kW < 10 kW > 10 kW

EUR US$ EUR US$ EUR US$ EUR US$

Austrália 4,8 - 12,1 6,2 – 15,5 5,6 – 16,1 7,2 – 20,6 2,0 – 3,2 2,6 – 4,1 1,2 – 1,6 1,5 – 2,1 Áustria ≤ 10 ≤ 12,8 ≤ 10 ≤ 12,8 1,9 – 2,7 2,4 – 3,5 < 1,9 < 2,4 Bélgica 1,8 – 3,5 2,3 – 4,5 1,2 – 1,8 1,5 – 2,3 Canadá 6,3 8,1 2,3 – 3,9 3,0 – 5,0 2,2 – 3,1 2,8 – 4,0 China 1,24 1,58 Dinamarca 2,0 – 4,0 2,6 – 5,2 4,0 – 7,4 5,2 – 9,5 2,0 – 4,0 2,6 – 6,0 1,3 – 4,7 1,7 – 6,0 França 15 19,2 3,7 4,7 1,6 – 2,0 2,1 – 2,6 Alemanha 1,4 – 4,2 1,8 – 3,1 1,3 – 1,6 1,7 – 2,1 Israel 2 2,6 Itália 3,1 - 5 3,8 – 6,4 2 – 2,8 2,6 – 3,6 1 – 2,6 1,3 – 3,3 Japão 4,6 5,9 4,3 5,5 Coreia 2,1 1,7 2,7 2,1 Malásia 2,3 – 3,1 2,9 – 3,9 1,8 – 2,3 2,3 – 2,9 Holanda 1,3 – 1,4 1,68 - 1,74 1,15-1,2 1,47- 1,55 Noruega 8,1 - 20 10,3 -25,8 2,7 – 4,0 3,4 – 5,2 2,0 – 2,7 2,6 – 3,4 Espanha 4 5,2 2,5 3,2 2 2,6 Suécia 3 3,8 2,3 – 2,5 3,0 – 3,2 1,8 2,4 Suíça 8,3 – 16,6 10,6 -21,3 6,6 – 12,4 8,5 – 16,0 2,5 – 5,0 3,2 – 6,4 2,1 – 2,9 2,7 – 3,7 EUA 4,15 5,31 2,5 – 3,8 3,2 – 4,9 Fonte: IEA-PVPS (2013).