1. INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, o atual modelo energético mundial vem sendo questionado, devido ao acelerado crescimento populacional e consequente aumento do consumo de energia. O termo Desenvolvimento Sustentável, tem incentivado a utilização das fontes de energia renováveis, consideradas limpas por não interferirem de forma danosa ao meio ambiente, diminuindo assim a atual degradação ambiental.
Os combustíveis fósseis por serem poluentes, pois emitem gases
causadores do Efeito Estufa – aquecimento global – como o gás carbônico – e por serem provenientes de fontes de natureza finita, tendem ao longo das próximas décadas a perderem espaço para as fontes renováveis de energia (SHAYANI, 2006). A energia solar fotovoltaica é uma das formas de geração de energia elétrica que está conquistando espaço no mercado mundial frente a esta nova visão, uma vez que o Sol é a maior fonte de energia renovável existente.
A implantação dessas fontes de forma distribuída apresenta inúmeras vantagens ao sistema (SHAYANI, 2006). A geração distribuída ocorre próximo ao local de consumo de energia, apresentando ganhos relativos à redução de perdas nas linhas de transmissão e distribuição, além da possibilidade de cogeração.
A mentalidade capitalista da sociedade se curva à maximização de seus lucros, onde as gerações centralizadas em grandes usinas se tornam mais atrativas economicamente do que os sistemas distribuídos. A argumentação de que a configuração distribuída trará maiores benefícios sociais ainda é
insuficiente para mudar a estrutura econômica do setor energético, porém esse panorama está evoluindo.
Realizando uma análise superficial entre o custo final da energia, as renováveis apresentam um preço mais elevado que a convencional
centralizada (usinas hidrelétricas, térmicas) (SHAYANI, 2006). A simplicidade com que a energia fotovoltaica é gerada reduz os custos a serem
como ocorre com os combustíveis fósseis. Além de o processo ser mais simples, não emitir gases poluentes ao meio ambiente e nem ruídos, a sua manutenção é mínima.
O custo de implantação da geração solar fotovoltaica pode chegar a 50 vezes o custo de uma PCH (pequena central hidrelétrica), por outro lado, considerando a energia gerada ao longo da vida útil do sistema solar, cerca de 30 anos, obtém-se o correspondente a 10 vezes o custo da energia entregue ao consumidor para sistemas isolados e essa relação cai para 3 vezes para a geração interligada à rede elétrica (SHAYANI, 2006). Com a valorização dos custos ambientais e sociais da geração centralizada e a constante redução dos custos dos sistemas solares, devido às inovações nos painéis fotovoltaicos, o sistema solar tende a se tornar economicamente competitivo no mercado mundial de energia elétrica em um curto prazo.
Um dos países pioneiros na utilização da energia solar fotovoltaica distribuída é a Alemanha (SHAYANI, 2006). Estes sistemas são interligados à rede elétrica convencional trabalhando em conjunto com esta, o que alivia o sistema de distribuição da concessionária local, de forma que se a energia solar for superior ao consumo, o excedente é injetado na rede pública, caso ocorra o contrário, a geração solar for inferior à demanda, o sistema é suprido pela rede interligada. O país apresenta uma política onde o consumidor pode vender o excedente de energia gerada às concessionárias, por meio de uma tarifa prêmio. Estes sistemas interligados à rede dispensam o uso de
acumuladores de energia, banco de baterias, reduzindo o custo da instalação em cerca de 30%, tornando o sistema fotovoltaico mais atraente. A
possibilidade de colocar os painéis nos telhados das construções não torna necessária a utilização de mais espaço físico, o que facilita sua implantação nos centros urbanos. O que dificulta sua utilização ainda são os altos custos para a implementação deste sistema, sua geração ser descontínua, pois
apresenta interrupções durante os períodos noturnos ou sombreamentos, além da radiação solar ao longo do dia ser variável.
O Brasil é um país rico em recursos naturais e possui recursos humanos disponíveis para atuar na geração de energia solar fotovoltaica (ASSUNÇÃO, 2010). Ainda se encontram em definição as políticas públicas para o incentivo ou regulamentação que promovam a inserção dessa fonte de energia nas redes concessionárias, tendo como base, que a conexão do sistema fotovoltaico à rede de distribuição é compreendida como uma fonte
complementar de energia, uma vez que se trata de uma fonte intermitente. A primeira iniciativa que incorporou o uso da energia solar fotovoltaica no Brasil foi o Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e
Municípios – PRODEEM (GALDINO & LIMA, 2002), programa que visou à eletrificação rural por meio de sistemas fotovoltaicos, sendo estabelecido em 1994 pelo governo brasileiro (VARELLA, 2008). As regiões que apresentaram o maior número de instalações deste programa foram as Regiões Norte e
Nordeste.
O maior obstáculo para a utilização desta energia em grande escala é o seu elevado custo atual. Entretanto, pesquisas apontam que para o ano de 2050, 50% da geração de energia no mundo virão de fontes renováveis, sendo 25% dessa energia oriunda da solar fotovoltaica (ASSUNÇÃO, 2010). Com isso, o Brasil tende a aumentar a participação da energia solar fotovoltaica em sua matriz energética nacional, seguida também, da energia eólica. Para a evolução desta tecnologia no país são apresentadas quatro propostas pela CGEE – Centro de Gestão e Estudos Estratégicos (ASSUNÇÃO, 2010),
1) Incentivo a pesquisa e a inovação tecnológica: buscar a redução dos custos de produção das células e módulos fotovoltaicos através de uma cadeia produtiva, para aumentar a competitividade em energia solar fotovoltaica,
assim como buscar melhorias na eficiência destes. Modernizar laboratórios de pesquisa, desenvolver recursos humanos para inovar e formar mão de obra de grau técnico, para instalar, operar e manter os sistemas fotovoltaicos, estudar a matéria-prima;
2) Criação de mercado consumidor: criação de empregos estimulando a economia local, regulamentar a conexão de sistemas fotovoltaicos à rede elétrica, divulgar a energia solar para a sociedade, incentivar a geração distribuída conectada à rede elétrica (adotar a tarifa-prêmio), estimular a criação de empresas de serviços de instalação e manutenção;
3) Estabelecimento de indústrias de células solares e de módulos fotovoltaicos: recursos qualificados para produção destes estão sendo formados a partir das plantas piloto (exemplo na PUC-RS), estimular o estabelecimento de indústrias de células e módulos fotovoltaicos, como também, os demais equipamentos necessários para o sistema fotovoltaico;
4) Estabelecimento de indústrias de silício grau solar e grau eletrônico: o Brasil possui uma das maiores reservas de quartzo para produção de silício grau solar e grau eletrônico (aproximadamente 90% dos painéis fotovoltaicos produzidos utilizam silício).
2. SISTEMA FOTOVOLTAICO
A geração de energia em sistemas fotovoltaicos se dá pela
transformação direta e instantânea de energia solar em energia elétrica sem a utilização de combustíveis, por meio do Efeito Fotovoltaico. Apresenta várias vantagens que são citadas a seguir:
A geração é distribuída, reduzindo as perdas com transmissão e distribuição;
É considerada uma energia limpa. Apenas na construção de painéis que utilizam materiais perigosos que consomem grande quantidade de energia, há a liberação de poluentes. Entretanto, em cerca de 3 anos os painéis conseguem devolver essa energia, e em comparação a uma térmica convencional, emitem cerca de 20% a menos de para produzir
ida útil em torno de 25 anos;
É um sistema de fácil modulação (ABB, 2010);
Apresenta alta confiabilidade, não possui peças móveis (ASSUNÇÃO, 2010);
Fácil portabilidade e adaptabilidade dos módulos, permitindo montagens simples e adaptáveis a várias necessidades energéticas;
Os sistemas podem ser dimensionados para aplicações de alguns miliwatts ou de kiloWatts, pois a potência instalada pode ser alterada pela incorporação de módulos adicionais;
O custo de operação é reduzido e a manutenção é quase inexistente; É silenciosa e não perturba o ambiente;
Os módulos são resistentes a condições climáticas extremas como granizo, vento, temperatura e umidade.
Em contra partida tem-se:
Custo inicial de investimento é elevado, pois a fabricação dos módulos fotovoltaicos necessita de uma tecnologia muito sofisticada;
A geração de potência é irregular devido à variação da fonte de energia, o Sol. A potência gerada depende da radiação solar incidente no local da instalação, da inclinação e orientação dos painéis, da presença ou não de sombreamento e de seus componentes.
O rendimento real de conversão de um módulo é reduzido se comparado ao custo do investimento;
Quando o sistema é isolado, é necessário um banco de baterias para o armazenamento de energia, o que eleva ainda mais o custo do sistema fotovoltaico;
O sistema fotovoltaico não substitui economicamente a energia
convencional se esta estiver disponível a menos de aproximadamente 3 Km do local (ASSUNÇÃO, 2010);
O descarte dos painéis fotovoltaicos ainda apresenta algumas
incertezas. A preocupação encontra-se no descarte dos metais raros, como o cádmio, existente em muitos painéis. O acúmulo destes pode vir
a se tornar um sério problema ambiental. Algumas empresas ligadas à energia solar possuem programas de reciclagem dos painéis.
Os sistemas fotovoltaicos podem ser interligados à rede elétrica de baixa e média tensão, mas sua maior aplicação no Brasil, atualmente, encontra-se nos sistemas com instalação isolados da rede de distribuição elétrica, geralmente em regiões rurais (VARELLA, 2008). Além da eletrificação rural, são muito utilizados para iluminação exterior, sinalização e outros.
2.1 Tipos de sistemas fotovoltaicos 2.1.1 Sistemas isolados ou autônomos
São sistemas off grid, que devem possuir um sistema de armazenamento de energia e caso haja a necessidade de corrente alternada deve-se fazer uso de um inversor. São sistemas puramente fotovoltaicos que se tornam vantajosos, de forma técnica e financeira, em pontos isolados do sistema elétrico
tradicional, como áreas rurais afastadas. Para a instalação de tal sistema é necessário que o local possua condições climáticas extremamente favoráveis, ou seja, radiação solar elevada, poucas nuvens para evitar sombreamentos entre outros. As aplicações mais comuns são: equipamentos de bombeamento de água, rádios de observação do tempo, sistemas de luzes em estradas, portos e aeroportos, abastecimento de campos, anúncios, lugares de alta altitude. A Figura 2.1 exemplifica um sistema isolado.
Figura 2.1 - Sistema isolado (ABB, 2010).
2.1.2 Sistemas híbridos
Os sistemas híbridos utilizam da combinação do sistema fotovoltaico com outras fontes de energia que atendem a carga na ausência da energia solar, como por exemplo, os geradores eólicos, a diesel e a gasolina. São utilizados em sistemas de médio a grande porte.
2.1.3 Sistemas interligados à rede
Os sistemas on grid são ligados diretamente à rede elétrica de distribuição de energia. O sistema fotovoltaico opera de forma conjunta com a rede, sendo que, quando o gerador fotovoltaico não consegue produzir a energia
necessária, a rede supre a carga, caso contrário, se o sistema fotovoltaico produzir energia excedente este é injetada na rede, não necessitando de acumuladores. A grande vantagem é a geração ser distribuída, ou seja, sua energia é produzida nas áreas de consumo não apresentando perdas com transmissão (ABB, 2010). Além disso, o fato de dispensarem as baterias reduz seu custo de instalação em cerca de 30% (SOLARTERRA, 2011).
A rede elétrica de distribuição pública aceita certo limite de potência intermitente, para não causar problemas relacionados à estabilidade do sistema, que depende da configuração da rede e do grau de conexão com esta. A Figura 2.2 apresenta o esquema de ligação simplificado de um sistema interligado à rede elétrica.
Figura 2.2 - Sistema interligado à rede elétrica (ABB, 2010).
3. PROJETO PIONEIRO NO RJ
Começou a funcionar na última terça, 6/8, a primeira unidade de microgeração de energia elétrica interligada à rede da Light, concessionária que atua no Rio de Janeiro. Uma casa no bairro de Santa Teresa, na capital carioca, instalou um sistema de painéis fotovoltaicos que a credenciou a participar como projeto piloto da empresa. A partir de agora, o excedente de energia produzido na residência poderá ser vendido para a Light, abatendo os valores pagos na conta de luz - a legislação brasileira não prevê o pagamento em dinheiro ao usuário.
3.1 Estrutura
Os painéis fotovoltaicos policristalinos, que captam a radiação solar e fazem sua conversão direta em energia elétrica, foram instalados no telhado da residência, local com mais incidência solar. São nove módulos de 235 Wp e área de 1,5 m². Eles geram energia elétrica em corrente continua, que é levada
por um cabo até o inversor de conexão à rede, que faz a conversão para corrente alternada, em sincronia com a rede elétrica, e desliga o sistema caso haja alguma pane.
Imagem da tela do Inversor que mostra dados do sistema. Em breve, será possível acessar pela internet para saber o quanto ele está gerando de energia
O inversor, com potência de 2,0 kW, possui ainda um servidor web, ainda em teste, que permitirá ver pela internet o quanto o sistema gera de energia. A energia segue então, para o Dispositivo de Seccionamento Visível (DSV) - instalado pela concessionária fora da edificação -, que desliga o sistema caso seja necessário fazer alguma manutenção na rede.
O sistema não funciona com baterias. A energia produzida é usada de forma prioritária dentro da casa, por qualquer aparelho conectado na tomada ou pela iluminação, e o excesso vai para a rede da concessionária. "O inversor gera energia com um pouco mais de tensão que a rede, o que força essa prioridade", explica Hans. Ao longo do dia, a energia solar é usada quando o tempo está aberto e sem nuvens; quando o sol é encoberto por nuvens, a mudança para a rede da concessionária é feita automaticamente. "Dentro de casa, não sei e não preciso me preocupar de onde está vindo a energia que eu consumo", explica Hans.
Para poder acompanhar o gasto e a venda de energia, a Light instalou um medidor bidirecional que mede o consumo de energia dentro da casa e o injetado na rede. "Se eu consumir mais que gero, tenho que pagar esse saldo.
Se conseguir gerar mais, volta por créditos em kWh", explica o proprietário da casa, lembrando que esse crédito pode ser abatido de contas futuras ou em outro medidor sob o mesmo CPF ou CNPJ.
A única intervenção solicitada pela concessionária foi a adequação do ponto de acesso. A residência tem mais de 40 anos e o sistema elétrico era antigo. Com a reforma e a troca do quadro de distribuição, foi possível fazer a ligação segura da rede. No dia 24 de julho, a Light fez a última visita técnica e aprovou a instalação do sistema solar e em menos de 15 dias o sistema já estava em uso.
O medidor e o DSV ficam do lado de fora da residência para que seja feita a leitura mensal e para acessar e desligar o sistema em caso de reparos
