Energia Solar Fotovoltaica: Estado da arte e as contribuições do Instituto Federal do Rio Grande do Norte. Prof. Augusto César Fialho Wanderley

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Energia Solar Fotovoltaica:

Estado da arte e as contribuições

do Instituto Federal do

Rio Grande do Norte

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SUMÁRIO

• Por que usar a energia solar?

• Panorama mundial da energia solar

fotovoltaica.

• Energia solar fotovoltaica no Brasil. • O que deve ser feito?

• Energia solar fotovoltaica no IFRN. • Referências bibliográficas.

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• A Terra recebe, anualmente, energia solar correspondente a 10 mil vezes o consumo energético mundial nesse período.

POR QUE USAR A ENERGIA SOLAR?

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• Praticamente todas as regiões do Brasil recebem mais de 2200 horas de insolação por ano, com um potencial equivalente a 15 milhões de TWh (15 x 1018 Wh), correspondendo a 32 mil vezes o consumo nacional de eletricidade, que em 2015 atingiu 464,70 TWh.

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• A maior parte do território brasileiro está localizada próxima à linha do equador, o que implica em dias com maior quantidade de horas de radiação solar.

• A Região Nordeste do Brasil é a região de maior radiação solar do país (5700 Wh/m².dia a 6100 Wh/m².dia).

• A energia solar fotovoltaica tem pouca participação na matriz elétrica brasileira (0,02%).

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“Se todo o potencial de geração de

energia solar nas residências e comércios

brasileiros fosse aproveitado com sistemas

fotovoltaicos, o país produziria 283,50 milhões

de MWh por ano.

Esse volume de energia seria suficiente para abastecer mais de duas vezes o atual consumo doméstico de eletricidade, que é de

124,80 milhões de MWh por ano”.

POR QUE USAR A ENERGIA SOLAR?

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IRRADIAÇÃO SOLAR

FONTE: WWF, 2015 (Adaptado)

Irradiação solar (kWh/m2_.dia)

País mínima máxima média área (mil. km2₎

Alemanha 2,47 3,42 2,95 357,02

França 2,47 4,52 3,49 543,97

Espanha 3,29 5,07 4,18 504,97

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RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL

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NOVOS INVESTIMENTOS GLOBAIS EM ENERGIAS RENOVÁVEIS POR

SETOR - 2015

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CAPACIDADE INSTALADA MUNDIAL

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FONTE: IRENA – IEA, 2016 PROJEÇÃO DA CAPACIDADE INSTALADA MUNDIAL - ENERGIA

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CAPACIDADE INSTALADA

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA TOP 10 MUNDIAL – 2015

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PREÇO DA CÉLULA DE SILÍCIO

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PREÇO MÉDIO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS POR FAIXA DE

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COMPOSIÇÃO DO CUSTO TOTAL DA INSTALAÇÃO DE UM SISTEMA

DE GERAÇÃO DISTRIBUÍDA FOTOVOLTAICA – BRASIL

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CUSTO NIVELADO DE

ELETRICIDADE (LCOE) - MÉDIO GLOBAL PARA SOLAR E EÓLICA

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GERAÇÃO DE EMPREGOS POR FONTES RENOVÁVEIS – MUNDO –

2015

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• 42 empreendimentos (usinas comerciais) em operação - Potência fiscalizada: 23 MW.

• 21 empreendimentos (usinas comerciais) em construção - Potência outorgada: 616 MW.

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA – CAPACIDADE INSTALADA NO

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• Fonte Solar I e II: 11 MWp; • Cidade Azul: 3,1 MWp;

• Usina Sol Moradas Salitre e Rodeadouro: 2,1 MWp;

• Central Mineirão : 1,4 MWp; • Tauá: 1 MWp;

• CPFL Tanquinho: 1 MWp e • Megawatt Solar: 1 MWp.

MAIORES USINAS SOLARES

FOTOVOLTAICAS EM OPERAÇÃO NO BRASIL (ATUAL)

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MARCOS DA ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO BRASIL

• Chamada de Projeto Estratégico de Pesquisa & Desenvolvimento Nº 013/2011 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL);

• Publicação da Resolução Nº 482/2012 da ANEEL;

• Leilões de energia do Governo Federal;

• Publicação de normas técnicas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT);

• Publicação da Resolução Nº 687/2015 da ANEEL.

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UNIDADES CONSUMIDORAS COM GERAÇÃO DISTRIBUÍDA –

BRASIL

FONTE: ANEEL, 2017

• Total de usinas: 8.252

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BRASIL

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CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS

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EFICIÊNCIAS DE CÉLULAS SOLARES

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• Grau metalúrgico (SIGM): Pureza entre 98% e 99%.

• Grau químico (SIGQ): É a matéria-prima básica para a produção de silicones especiais, chamados óleos leves.

• Grau solar (SIGS): Pureza usualmente na faixa de 99,999% a 99,99999%.

• Grau eletrônico (SIGE): Pureza de 99,9999999%.

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CADEIA PRODUTIVA DO MÓDULO FOTOVOLTAICO DE SILÍCIO

CRISTALINO

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RESERVAS DE QUARTZO NO BRASIL

• No Brasil concentram-se as maiores reservas mundiais de quartzo de alta qualidade.

• O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de silício metalúrgico: ~ 8% da produção mundial.

• Cerca de 82% da produção nacional é voltada para a exportação.

• A produção de silício cristalino no Brasil ainda é inexistente, assim como a produção de células solares.

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PROCESSOS PARA PRODUÇÃO DO SILÍCIO

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SISTEMA SOLAR

FOTOVOLTAICO AUTÔNOMO

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SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO LIGADO À REDE ELÉTRICA

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SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO HÍBRIDO

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FUTURO DA ENERGIA SOLAR

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USINA SOLAR FOTOVOLTAICA NA HIDROELÉTRICA DE BALBINA

- AMAZONAS

FONTE: MME, 2016

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ENERGIA SOLAR

FOTOVOLTAICA NO BRASIL

O que deve ser feito:

• Políticas fiscais e de financiamento; • investimentos;

• consolidação de uma cadeia produtiva;

• ampliar a realização de leilões específicos; • incentivar a pesquisa e a inovação

tecnológicas;

• qualificação profissional;

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DADOS DE REFERÊNCIA EM ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

• 1 kWp => 7 m².

• 1 kWp => R$ 7.000,00 a R$15.000,00.

• _{1 painel de 235 Wp => 28 kWh/mês a 47}

kWh/mês.

• _{10 painéis de 235 Wp => consumo mensal}

de uma residência média.

• Usina fotovoltaica para uma residência média => R$ 16.000,00 a R$35.000,00.

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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO INSTITUTO FEDERAL DO RIO

GRANDE DO NORTE (IFRN)

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IFRN EM NÚMEROS

• 107 anos de história (ETFRN, CEFET-RN e IFRN).

• 21 campi distribuídos por todas as regiões do estado.

• 30 mil alunos.

• 109 cursos de níveis médio e superior, nas modalidades presencial e à distância.

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IFRN: CURSOS

• Curso Superior de Engenharia de Energia – Campus Natal-Central.

• Curso Superior de Tecnologia em Energias Renováveis – Campus João Câmara.

• Mestrado Profissional em Uso Sustentável dos Recursos Naturais – Campus Natal-Central.

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ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO INSTITUTO FEDERAL DO RN (IFRN)

Motivações institucionais • Resolução ANEEL nº 482/2012;

• Redução das despesas com energia elétrica;

• Desenvolvimento de pesquisas e inovação tecnológicas no setor;

• Contribuição para a redução da emissão de Gases de Efeito Estufa;

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Motivações institucionais

• Disseminação da utilização da energia solar fotovoltaica no RN e no Brasil;

• Formação profissional; • Aprendizagem.

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• 12 usinas em operação: 1.203,27 kWp.

• 3 usinas a serem instaladas até abril/2017:

357,50 kWp

• Mais 6 usinas em processo de contratação:

382,62 kWp.

• Potência total: 1.943,39 kWp.

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• 1ª usina entrou em operação em dezembro de 2013: 56,4 kWp (UFV Reitoria).

• Maior usina: 197 kWp (UFV Campus Natal-central).

• Usinas adquiridas com recursos do MEC através de licitação pública na modalidade de Pregão Eletrônico, do tipo menor preço.

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Usinas a serem instaladas: • Campus Apodi;

• Campus Ipanguaçú; • Campus Macau;

• Campus Mossoró (contratada);

• Campus Natal Cidade Alta (Unidade Rocas); • Campus Natal Zona Norte (contratada);

• Campus Nova Cruz; • Campus Parnamirim;

• Campus Santa Cruz (iniciada).

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USINAS SOLARES FOTOVOLTAICAS EM OPERAÇÃO NO IFRN

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UFV REITORIA IFRN : 240 painéis de 235 Wp = 56,4 kWp

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UFV IFRN SÃO PAULO DO POTENGI: 480 painéis de 235 Wp = 112,8 kWp

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UFV IFRN CANGUARETAMA: 480 painéis de 235 Wp =

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UFV IFRN CURRAIS NOVOS: 480 painéis de 235 Wp = 112,8 kWp

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UFV IFRN PARELHAS: 200 painéis de 250 Wp = 50 kWp

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UFV IFRN NATAL-CENTRAL: 480 painéis de 235 Wp + 345

painéis de 245 Wp = 197,3 kWp

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UFV IFRN SÃO GONÇALO DO AMARANTE: 230 painéis de 245

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• Produção média específica: 132 kWh/kWp/ano (Natal).

• Área necessária: 0,006 m²/Wp. • Silício policristalino.

• Monitoramento à distância.

CARACTERÍSTICAS DAS USINAS SOLARES FOTOVOLTAICAS DO IFRN

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Custos aproximados por tipo de instalação:

• R$ 7,00/Wp => para instalação sobre cobertura; • R$ 8,00/Wp => para instalação no solo;

• R$ 9,00/Wp => para instalação sobre

estaciona-namento.

CARACTERÍSTICAS DAS USINAS SOLARES FOTOVOLTAICAS DO IFRN

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USINAS FOTOVOLTAICAS DO IFRN

Campus Inauguração Investimento _instalaçãoTipo de instalada Potência (kWp)

Quantidade

de Painéis Potência por Painel (Wp)

Reitoria 30/12/2013 _319.000,00R$ cobertura 56,40 240 235

Ceará Mirim 24/03/2014 _638.000,00R$ cobertura 112,80 480 235

São Paulo do

Potengi 17/04/2014 638.000,00 R$ cobertura 112,80 480 235

Canguaretama 03/02/2015 _638.000,00R$ solo 112,80 480 235

Currais Novos 15/05/2015 _650.000,00R$ solo 112,80 480 235

Parelhas 06/08/2015 _320.000,00R$ cobertura 50,00 200 250

São Gonçalo do

Amarante 17/11/2015 504.500,00 estacionamenR$ _to 56,40 230 245

Central 18/01/2016 _1.213.250,00R$ cobertura 197,40 480 235 / 245

Lajes 26/12/2016 _320.000,00R$ cobertura 50,00 200 250

Pau dos Ferros 21/06/2016 _767.000,00R$ cobertura 112,80 452 250

Caicó 31/08/2016 _{1.009.000,00 estacionamen}R$

to 114 440 260

João Câmara 15/09/2016 _1.009.000,00R$ estacionamen_to 114 440 260

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Campus Reitoria Ceará Mirim São Paulo do Potengi Canguaretama Currais Novos Parelhas São G. do Amarante Central Lajes Pau dos Ferros

Caicó João Câmara Quantidade Inversores Potência Inversores (kWp) Área (m2) Geração média mensal (MWh) Economina Mensal Cobertura consumo mensal da unidade CO2 neutralizado mensal (T) 10 4,4 391 7,50 _2.625,00R$ 25% 1,0 20 4,4 782 14,50 _5.075,00R$ 37% 1,91 20 4,4 782 14,50 _5.075,00R$ 40% 1,91 20 4,4 782 14,50 _5.075,00R$ 35% 1,91 20 4,4 782 14,50 _5.075,00R$ 30% 1,91 2 27,0 375 7,50 _2.625,00R$ _disponívelnão 0,99 10 5,0 375 7,50 _2.625,00R$ _disponívelnão 0,99 35 4,4 / 5 1.100 25,30 _8.855,00R$ 11% 3,34 2 27,0 320 7,10 _2.408,00R$ 40% 0,92 4 25,0 634 14,00 _4.900,00R$ _disponívelnão 1,85 4 25,0 634 14,00 _4.900,00R$ _disponívelnão 1,85 4 25,0 634 14,50 _5.075,00R$ _disponívelnão 1,91 USINAS FOTOVOLTAICAS DO IFRN

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• Total economizado em 2015: R$ 215.000,00.

• Total economizado em 2016: R$ 613.000,00.

(valor corresponde a 9% da despesa total com energia elétrica do IFRN).

RESULTADOS OBTIDOS COM AS USINAS FOTOVOLTAICAS DO IFRN

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ENERGIA SOLAR

FOTOVOLTAICA NO BRASIL

O que deve ser feito:

• Políticas fiscais e de financiamento; • investimentos;

• consolidação de uma cadeia produtiva;

• ampliar a realização de leilões específicos; • incentivar a pesquisa e a inovação

tecnológicas;

• qualificação profissional;

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OBRIGADO!

Prof. Augusto César Fialho Wanderley Diretoria Acadêmica de Indústria

Campus Natal-Central – IFRN

augusto.fialho@ifrn.edu.br

Eng. Franclin Róbias da Silva Júnior Diretoria de Engenharia

Reitoria – IFRN

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• [ANEEL, 2016] AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (ANEEL). Novas regras para geração distribuída entram em

vigor. Disponível em:

<http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/noticias/Output_Noticias.cfm? Identidade=9086&id_area=90>. Acesso em: 20 jan. 2017.

• [CGEE, 2010] Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (CGEE).

Energia solar fotovoltaica no Brasil: subsidios para tomada de

decisão. Disponível em: <

http://www.cgee.org.br/publicacoes/documentos_tecnicos. php >. Acesso em: 20 jan. 2017.

• [EPE, 2016] EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE).

Energia Renovável: Hidráulica, Biomassa, Eólica, Solar,

Oceânica. Disponível em:

<http://www.epe.gov.br/Documents/Energia%20Renov%C3%A1vel %20-%20Online%2016maio2016.pdf>. Acesso em: 22 jan. 2017.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• [FRAUNHOFER, 2016] Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE). PHOTOVOLTAICS REPORT. Disponível em: <

https://www.ise.fraunhofer.de/de/downloads/pdf-files/aktuelles/photovoltaics-report-in-englischer-sprache.pdf >. Acesso em: 30 jan. 2017.

• [GREENPEACE, 2016] Alvorada - Como o incentivo à energia solar fotovoltaica pode transformar o Brasil. Disponível em: <http://www.greenpeace.org/brasil/Global/brasil/documentos/2016/R elatorio_Alvorada_Greenpeace_Brasil.pdf>. Acesso em: 22 jan. 2017.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• [FS – UNEP, 2016] Frankfurt School-UNEP Centre/BNEF. Global

Trends in Renewable Energy Investment 2016. Disponível em: <

http://fs-unep-centre.org/sites/default/files/publications/globaltrendsinrenewableen ergyinvestment2016lowres_0.pdf >. Acesso em: 30 jan. 2017.

• [IRENA, 2016a] INTERNATIONAL RENEWABLE ENERGY AGENCY (IRENA). Letting in the light - how solar photovoltaics

will revolutionise the electricity system. Disponível em: <http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/IRENA_Lett ing_in_the_Light_2016.pdf>. Acesso em: 20 jan. 2017.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• [IRENA, 2016b] INTERNATIONAL RENEWABLE ENERGY AGENCY (IRENA). Renewable Energy and Jobs Annual

Review 2016. Disponível em:

<http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/IRENA_ RE_Jobs_Annual_Review_2016.pdf >. Acesso em: 20 jan. 2017. • [IRENA - IEA, 2016] INTERNATIONAL RENEWABLE ENERGY

AGENCY (IRENA). End-of-life management solar photovoltaic

panel. Disponível em:

<http://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/IRENA_I EAPVPS_End-of-Life_Solar_PV_Panels_2016.pdf>. Acesso em: 20 jan. 2017.

• [PEREIRA, 2006] PEREIRA, E. B. et al. Atlas brasileiro de

energia solar. São José dos Campos: INPE, 2006. Disponível

em: < http://mtc-m17.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m17@80/2007/05.04.14.11/doc/atlas_solar-reduced.pdf >. Acesso em: 26 jan. 2017.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• [REN21, 2016] Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN 21). Renewables 2016 global status report. Disponível em: < http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report_REN21.pdf>.

Acesso em: 20 jan. 2017.

• [SILVA, 2012]. SILVA, C. Estudo Comparativo de um Painel Solar

Fotovoltaico Fixo vs Móvel. 2012. Tese de mestrado -Universidade do Minho, Guimarães.

• [WWF, 2015] WWF-Brasil – Fundo Mundial para a Natureza.

Desafios e Oportunidades para a energia solar fotovoltaica no Brasil: recomendações para políticas públicas. Disponível em: <

http://d3nehc6yl9qzo4.cloudfront.net/downloads/15_6_2015_wwf_en erg_solar_final_web_3.pdf>. Acesso em: 30 jan. 2017.