UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
SALOMÃO HENRIQUE DURAES BARROS
ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA NA INSTALAÇÃO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EM UMA RESIDÊNCIA NA CIDADE DE
ARAGARÇAS GO
Barra do Garças-MT 2019
SALOMÃO HENRIQUE DURAES BARROS
ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÔMICA NA INSTALAÇÃO DE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA EM UMA RESIDÊNCIA NA CIDADE DE
ARAGARÇAS GO
Trabalho de conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal de Mato Grosso, Campus Universitário do Araguaia, como parte das exigências para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof.° Ismael Leite Ribeiro Santos
Barra do Garças-MT 2019
A Dalmi e Rosidete, meus pais, que sempre demonstraram apoio e que fizeram o possível para que eu estivesse aqui hoje. Um amor sem limites. Gratidão!
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por sempre estar ao meu lado, nunca me desamparando e me dando forças para continuar.
Agradeço aos meus pais que com todo amor e carinho me mostraram o quão importante é estar neste caminho. Todas essas conquistas são para vocês, pois são os maiores merecedores de tudo isso. Mesmo quando eu pensava que não conseguiria vocês estavam lá me dando forças e acreditando mais em mim do que eu mesmo.
Agradeço ao meu irmão, Wesley, e minha cunhada, Kamilla, que se dispuseram na troca de horários para que eu pudesse concluir esse projeto.
Agradeço aos meus amigos, em especial Herica Pires , Hellen Heloyze e Tana Deyse, que me deram forças e ouviram muito sobre meu projeto, pois não parava de comentar sobre a dificuldade que eu estava enfrentando e, consequentemente, trazendo-as para dentro desse tema.
Agradeço à professora Jessica Zampieri que de uma forma incrível me ajudou a dar inicio a esse projeto, mesmo não sendo possível a conclusão no período anterior. Suas orientações foram de muita importância.
Agradeço ao professor Ismael Ribeiro, que generosamente me aceitou para ser seu orientando. Peço que Deus te abençoe cada dia mais.
Agradeço de uma forma especial a minha amiga e colega de profissão, Herica Pires, pois nos meus momentos mais difíceis desse projeto, ela esteve ao meu lado dando total apoio e ajudando no que eu mais precisava. Eu serei grato a você por toda vida.
Agradeço ao senhor Osvaldo Ferreira que de uma forma generosa me permitiu usar sua residência como o meu material de estudo. Gratidão!
Obrigado a todos os meus familiares e amigos que de uma forma ou de outra me ouviram e se interessaram pelo tema proposto.
“A persistência é o menor caminho do êxito”.
RESUMO
Em meio à escassez de chuva e aumento das tarifas com serviço de fornecimento de energia elétrica, pensar em independência energética se torna uma boa opção, contando ainda com a preocupação com o meio ambiente local. Sendo assim, este trabalho apresenta um estudo sobre a viabilidade econômica de instalação de um sistema de geração de energia solar através de placas fotovoltaicas em uma residência no município de Aragarças, no interior do estado de Goiás, com consumo médio de 323,5 kWh/mês. O sistema de geração fotovoltaica foi orçado através do simulador eletrônico no portal PHB solar, empresa que forneceu e instalou o sistema para o cliente, em R$ 10.841,00 (com todos os equipamentos montados e funcionando) com um agregado de R$ 6.000,00 correspondendo sobre a manutenção dos equipamentos. Para o caso econômico obteve-se resultados positivos e satisfatórios, tendo o Payback positivo no seu quinto ano de uso, demonstrando a eficácia do sistema em ser pago em curto prazo. O projeto tornou-se viável por atingir valores estipulados como o VPL (Valor Presente Líquido) maior que zero e a TIR (Taxa Interna de Retorno) ficando acima da taxa de atratividade do projeto. Portanto, no estudo em questão o cliente obterá no fim dos vinte e cinco anos de vida útil do produto um caixa de R$ 67.010,20, tendo uma viabilidade econômica satisfatória para o cliente, visto que no estudo foi feito o comparativo de taxas de rendimento do produto com uma aplicação financeira bancária, sendo a taxa de rendimento do sistema maior que a de atratividade.
Palavras-chave: Viabilidade ambiental- Viabilidade econômica – Payback- VPL- TIR
ABSTRACT
In the midst of rain and rising rates with the electricity supply service, think about using the right energy, always focusing on the local environment. Thus, this work presents a study on the environmental and economic alternatives for the installation of a solar energy generation system through photovoltaic panels at a residence in the municipality of Aragarças, in the state of Goiás, with an average consumption of 323.5 kWh / month. The photovoltaic generation system was budgeted through the electronic simulator of the portal, at R $ 10,841.00 (with all the equipment set up and running) with a total of R $ 6,000.00 correspondence on the maintenance of the equipment. For the economic case, the results are positive and satisfactory, with a positive return in its fifth year of use, demonstrating a short-term payment system. The project became feasible by reaching values stipulated as NPV (Net Present Value) greater than zero and an IRR (Internal Rate of Return) accumulated over the attractiveness rate of the project. Therefore, in the class in question the customer obtained a rate of twenty-five years of product life a cash of R $ 67,010.20, having a satisfactory economic viability for the customer, since the same was done with the comparative rates of yield of the product with a financial rate of financing, being a rate of yield of the system greater than the attractiveness.
Keywords: Environmental viability- Economic viability - Payback- VPL- TIR
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: TRIPLE BOTTOM LINE ... 19
Figura 2 - Sistema de bombeamento de água para irrigação (Capim Grosso - BA) ... 21
Figura 3 - Sistema de bombeamento fotovoltaico - Santa Cruz I (Mirante do Paranapanema - SP) ... 22
Figura 4- Sistema de eletrificação fotovoltaica do Núcleo Perequê ... 23
(Vale do Ribeira-SP) ... 23
Figura 5- Sistema fotovoltaico para atendimento domiciliar – Projeto Ribeirinhas ... 24
Figura 6 – Ilustração de um sistema solar de aquecimento. ... 25
Figura 7- Sistema térmico de geração solar de energia elétrica (Califórnia – EUA) ... 27
Figura 8- Ilustração de um sistema de geração fotovoltaica de energia elétrica ... 28
Figura 9- Sistema comercial de aquecimento solar de água (Belo Horizonte – MG) ... 30
Figura 10- Consumo de energia elétrica por região em 2007... 38
Figura 11 - Fachada Frontal da Residência em estudo ... 42
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Características das Fontes Geradoras de Energia Elétrica ... 33
Quadro 2 - Levantamento de dados da conta de energia do consumidor ... 45
Quadro 3 - Fluxo de caixa e Payback Simples ... 46
Quadro 4- Obtenção dos resultados do calculo do VPL. ... 47
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Variação do PIB e variação do consumo de
energia (1998 - 2007). ... 35 Gráfico 2 – Relação VPL em função do Tempo ... 48
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Evolução do consumo final energético por fonte (10³ tep) ... 37 Tabela 2- Desenvolvimento Metodológico ... 41
SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ... 13 2. OBJETIVOS ... 15 2.1 Objetivo geral ... 15 2.2 Objetivo específico ... 15 3. JUSTIFICATIVA ... 16 4. REFERENCIAL TEÓRICO ... 18 4.1 Sustentabilidade Ambiental... 18 4.2 Energia Fotovoltaica ... 20 4.2.1 Breve Histórico... 20
4.2.2 Aplicações do sistema fotovoltaico no Brasil ... 21
4.3 TECNOLOGIAS DE APROVEITAMENTO ... 25
4.3.1 Aproveitamento térmico ... 25
4.3.2 Conversão direta da radiação solar em energia elétrica ... 27
4.3.3 Aplicações do aquecimento de água no Brasil ... 28
4.4 RADIAÇÃO SOLAR ... 31
4.5 IMPACTO AMBIENTAL DO PROCESSO DE GERAÇÃO DE ENERGIA...32
4.6 UTILIZAÇÃO DE ENERGIA ELETRICA NO BRASIL ... 34
4.7 ENGENHARIA ECONÔMICA ... 39
4.7.1 Payback ... 39
4.7.2 Valor presente líquido – VPL ... 40
4.7.3 Taxa interna de retorno – TIR... 40
5. METODOLOGIA ... 41
5.1 Materiais e métodos ... 41
6. DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 45
7. CONCLUSÃO ... 50
1. INTRODUÇÃO
Desde a revolução industrial, principalmente a partir da segunda metade do século XX com a introdução da energia elétrica como força motriz para as máquinas, as inovações tecnológicas aplicadas à produção vêm crescendo e aumentando a dependência deste importante insumo. Por consequência o “crescimento econômico” está cada vez mais atrelado a disponibilidade desta fonte de energia.
A matriz energética do Brasil, em 2013, estava dividida em diversas fontes geradoras como a hidráulica, gás natural, derivados de petróleo, nuclear, eólica, biomassa, carvão e derivados conforme dados do relatório BEN 2014 (Balanço Energético Nacional), realizado pelo EPE (Empresa de Pesquisa Energética). A maior parte da geração de energia elétrica em 2013 era proveniente do sistema de geração hidráulica (70%), seguida por Biomassa (7,6%), dentre outras fontes. Devido à estiagem em 2014, os reservatórios das Hidrelétricas sofreram fortes quedas necessitando que a defasagem de produção por fontes de geração hidráulicas fossem supridas por outras fontes como termoelétricas, que consequentemente gerou um custo maior na geração de energia elétrica, sendo repassada ao consumidor no início de 2015, e desde então, rumores de novos aumentos tem sido comentados constantemente em noticiários. Neste contexto, pensar em fontes de geração de energia elétrica tornou-se evidente, principalmente pelo fato de que o consumo tem uma demanda crescente ocasionado por empresas que buscam expansão, famílias que aumentam o número de integrantes no domicílio, melhoria na qualidade de vida (condicionadores de ar, eletroeletrônicos, etc.), além de outros fatores.
Com o aumento do custo na conta de energia elétrica devido a um custo maior na produção e, consequentemente, o aumento do valor de imposto pago, uma nova possibilidade de investimento a fim de obter uma fonte de energia independente e gerar economia (diminuindo ou até zerando a conta) é o projeto de instalação de uma unidade de geração de energia elétrica fotovoltaica, estudada neste trabalho.
Neste intuito, o objetivo deste estudo é analisar a viabilidade econômica de um projeto de geração de energia solar através de placas solares fotovoltaicas em uma residência do setor Aeroporto, na cidade de Aragarças, no interior de Goiás. Este estudo se justifica pelo aumento do custo da energia elétrica ao consumidor residencial ofertada pela concessionária de energia elétrica ENEL, tendo em vista, que a projeção de aumento de custos na geração de energia elétrica será gradativa em detrimento do
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sistema utilizado pela geração de energia fotovoltaica, onde a relação de custo é contrária (diminuição dos custos ao passar do tempo). Vale ressaltar também a importância desse sistema gerador para o meio ambiente, visto que a necessidade por uma utilização de fontes geradoras de energia limpa é crescente a cada dia, liberando uma nova tendência para o mercado, onde fontes que tragam um peso maior no que diz respeito a melhor segurança e preservação do meio ambiente seja prioridade na hora da escolha.
O estudo utilizará o Payback, TIR (Taxa de retorno do Investimento) e VPL (Valor presente líquido) para averiguação da viabilidade econômica do projeto de instalação do sistema fotovoltaico na residência de um consumidor comum, comparando com os valores que serão pagos na conta de luz da concessionária ENEL durante os próximos períodos. Para a análise da viabilidade ambiental serão feitos pesquisas e estudos bibliográficos para analisar os benefícios desse sistema de geração de energia, fazendo assim uma comparação entres as fontes renováveis e não renováveis de energia.
O trabalho se distribuirá em cinco partes, tendo por início na primeira parte que é a introdução, seguida da abordagem de um referencial teórico sobre a sustentabilidade ambiental, tendo também a representação de um breve histórico da energia solar, em sequencia apresenta-se o sistema fotovoltaico e exemplos de uso e aproveitamento. Após, foram inseridas informações sobre o processo para efetivação desse sistema na rede elétrica de energia. Foram expostos durante o projeto os impactos ambientais das fontes de energia, comparando-as com o sistema em estudo, demostrando assim suas vantagens e desvantagens. Por conseguinte, foi analisado o uso da energia elétrica no Brasil. Encerrando essa parte, apresentou-se o conceito sobre Payback Simples, VPL (Valor Presente Líquido) e a TIR (Taxa Interna de Retorno).
Na terceira parte do trabalho, foi apresentada a metodologia aplicada para a obtenção dos resultados. Na quarta parte, foi onde se desenvolveu o trabalho abordando o custo do consumidor com energia elétrica, aspectos técnicos do sistema fotovoltaico e a viabilidade econômica do projeto.
Na última parte do trabalho, apresentou-se a conclusão do projeto e as recomendações sobre aspectos do projeto.
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Avaliar a viabilidade econômica na implantação de um sistema de geração de energia solar em uma residência unifamiliar em Aragarças GO.
2.2 Objetivo específico
Discorrer teoricamente sobre a contribuição do sistema fotovoltaico para a sustentabilidade;
Verificar o período necessário para recuperação do investimento; Verificar a rentabilidade econômica do sistema fotovoltaico na
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3. JUSTIFICATIVA
Devido ao contínuo crescimento da população mundial tem-se também o aumento do consumo de energia. Assim, a procura por um modelo baseado no desenvolvimento sustentável a longo prazo tem motivado interesse crescente por formas de energias limpas e renováveis, tendo então como solução a inserção da energia solar fotovoltaica, capaz de suprir determinadas necessidades através da geração de energia limpa.
A utilização dessa energia contribui de maneira significativa na solução de desafios enfrentados pelos atuais sistemas energéticos no que diz respeito à mitigação das mudanças climáticas e a proteção ambiental de maneira geral, além de evitar danos piores à saúde pública por meio da redução da poluição do ar local, tendo como uma de suas vantagens para a sociedade.
É importante exclamar, ainda, que a falta de energia elétrica nos dias de hoje pode gerar algumas consequências no desenvolvimento do país, diminuindo sua capacidade produtiva, além de impactar setores da sociedade como, por exemplo, hospitais que necessitam desta fonte para salvar vidas. Com isso, pode-se notar e atestar a importância e relevância desse assunto para nossa atualidade.
O uso de energia solar em residências, edifícios públicos e comerciais, hospitais, restaurantes, hotéis e similares são geralmente utilizados para o aquecimento de água, a temperaturas inferiores a 100ºc, destinadas também a higiene pessoal e lavagem de utensílios e ambientes.( ANEEL, 2005).
O INSTITUTO VITAE CIVILIS (2013) estima que a quantidade de energia elétrica usada atualmente no Brasil para aquecimento residencial de agua em chuveiros e aquecedores elétricos de acumulação é superior a 5% do consumo total do país, e enfatiza a importância desta tecnologia.
A incidência de radiação solar no Brasil é muito eficaz. É importante demonstrar que países como a Alemanha, onde têm-se a maior capacidade instalada de sistemas fotovoltaicos conectados a rede elétrica, a sua região de maior incidência de radiação solar é aproximadamente 40% menor que a pior região no Brasil. (TIEPOLO et al.2013)
Por fim, ressaltamos ainda que sabendo do elevado potencial da energia solar para sua conversão em energia elétrica no Brasil, temos uma irradiação global média anual entre 1200 e 2400 KWh/m²/ano. Comparando, em países que exploram esta fonte há mais tempo que o Brasil, como a Alemanha, já citada anteriormente, e Espanha, os valores variam, respectivamente, nas faixas 900-1200 e 1200-1850 KWh/m²/ano. (PDE,2012,p.90)
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4. REFERENCIAL TEÓRICO
4.1 Sustentabilidade Ambiental
Segundo Mikhailova (2004), em seu sentido lógico sustentabilidade é a capacidade de se sustentar, de se manter. Uma atividade sustentável é aquela que pode ser mantida para sempre. Em outras palavras: uma exploração de um recurso natural exercida de forma sustentável durará para sempre, não se esgotará nunca. Uma sociedade sustentável é aquela que não coloca em risco os elementos do meio ambiente. Desenvolvimento sustentável é aquele que melhora a qualidade da vida do homem na Terra ao mesmo tempo em que respeita a capacidade de produção dos ecossistemas nos quais vivemos.
De acordo com Sachs (1993) a sustentabilidade ambiental refere-se à capacidade de sustentação dos ecossistemas - que é a capacidade de absorção e recomposição dos ecossistemas. Sachs afirma que "a sustentabilidade ambiental pode ser alcançada por meio da intensificação do uso dos recursos potenciais para propósitos socialmente válidos; da limitação do consumo de combustíveis fósseis e de outros recursos e produtos facilmente esgotáveis ou ambientalmente prejudiciais, substituindo-se por recursos ou produtos renováveis e/ou abundantes e ambientalmente inofensivos; redução do volume de resíduos e de poluição; e intensificação da pesquisa de tecnologias limpas". (SACHS, 1993)
A Agenda 21 define sustentabilidade ambiental como a relação sustentável entre padrões de consumo e produção em termos energéticos; de maneira que sejam reduzidas, ao mínimo, as pressões ambientais, o esgotamento dos recursos naturais e a poluição. De acordo com o documento Agenda 21, os governos, em conjunto com o setor privado e a sociedade, devem atuar para reduzirem a geração de resíduos e de produtos descartados, por meio da reciclagem, nos processos industriais e na introdução de novos produtos ambientalmente saudáveis.
A busca de um desenvolvimento limpo exige uma visão sistêmica do setor energético. No caso da sustentabilidade é relevante observar, por exemplo, as fontes renováveis. As fontes renováveis de energia têm a característica de serem dispersas e sazonais e seus potenciais variam de região para região do planeta. Desta forma, por serem disponíveis em qualquer lugar da terra permitem a participação na sua exploração por todos, sendo, naturalmente democratizadas. Em agosto de 2002, em Johanesburgo
ocorreu a Conferência das Nações Unidas sobre ambiente e desenvolvimento sustentável. Foi apresentado que as fontes de energia renováveis tais como biomassa, pequenas hidroelétricas, energia eólica e solar, incluindo a fotovoltaica oferecem inúmeros benefícios, pois aumentam a diversidade e complementaridade da oferta de energia e reduzem a emissão de gases poluentes na natureza reduzindo o aquecimento global. (SCALAMBRINI, 2013.)
Segundo Silva (2000) o Desenvolvimento Sustentável está em constante processo de definição. O conceito que antes o relacionava diretamente com a questão ambiental, atualmente incorpora as dimensões políticas, econômicas e sociais. Para Kelly (2004) é multidimensional a proteção ambiental na busca de manter o capital natural como forma de alcançar o desenvolvimento econômico e a garantia de que as gerações atuais e futuras tenham igualdade de oportunidades. Essa integração de conceitos permite a busca do que de fato é o objetivo do Desenvolvimento Sustentável: a sustentabilidade.
As formas para a sustentabilidade são pensadas baseando-se no Tripé da Sustentabilidade ou Triple Bottom Line (Figura 1) de Elkington (1994) que defende o equilíbrio entre as esferas social, econômica e ambiental. Sendo assim, o pensamento econômico que antes prevalecia sobre as causas sociais e ambientais se encontra no mesmo nível de importância dos demais, na teoria de Elkington.
Figura 1: TRIPLE BOTTOM LINE
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A Agenda 21 Global1, texto aprovado na Conferência Rio 96, traz uma proposta, com foco nos países em desenvolvimento, de ações para gestores e organizações sociais. O texto destaca a necessidade da promoção de políticas educacionais com foco na sustentabilidade na busca de agredir menos o meio ambiente e passar a integrá-lo como parte do processo de desenvolvimento.
4.2 Energia Fotovoltaica
4.2.1 Breve Histórico
O efeito fotovoltaico foi observado pela primeira vez em 1839 pelo físico francês Edmund Becquerel, numa solução de selênio. Becquerel notou o aparecimento de uma tensão entre os eletrodos de solução condutora, quando esta era iluminada pela luz solar. Mais tarde, por volta de 1870, o efeito fotovoltaico foi estudado em sólidos, tal como o selênio e, por volta de 1880, a primeira célula fotovoltaica foi construída utilizando-se o selênio. A eficiência desta célula era na faixa de 2%. (BRAGA, 2008).
Na década de 30 os trabalhos de diversos pioneiros da física do estado sólido, como Lange, Grondahl e Schottkl, apresentaram importantes contribuições para se obter uma clara compreensão do efeito fotovoltaico em junção do estado sólido. Em 1941, Ohl obtém a primeira fotocélula de silício monocristalino. No ano de 1949, Billing e Plessnar medem a eficiência de fotocélulas de silício cristalino, ao mesmo tempo em que a teoria da junção P-N de Shockely é divulgada. É, porém, apenas em 1954 que surge a fotocélula de silício com as características semelhantes às encontradas hoje com eficiência de 6%.(Fadigas,1993)
O ano de 1958 marca o início, com grande sucesso, da utilização de fotocélulas nos programas espaciais, sendo este o principal uso das células solares até o final da década de 70. Grande impulso foi dado à utilização terrestre da geração fotovoltaica a partir da crise mundial de energia em 1973/1974. A partir do fim da década de 70, o uso terrestre supera o uso espacial, sendo que esta diferença tem aumentado grandemente. Este uso crescente vem sendo acompanhado por inovações que permitem o aumento da
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A Agenda 21 Global foi o Documento assinado em 14 de junho de 1992, no Rio de Janeiro, por 179 países, resultado da Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento - Rio 92, podendo ser definida como um instrumento de planejamento para a construção de sociedades sustentáveis, em diferentes bases geográficas, que concilia métodos de proteção ambiental, justiça social e eficiência econômica.
eficiência de conversão de energia das fotocélulas, bem como uma significativa redução de seus custos. (Fadigas, 1993)
4.2.2 Aplicações do sistema fotovoltaico no Brasil
Há alguns projetos nacionais para geração de energia elétrica solar fotovoltaica, tendo como objetivo principal o suprimento de eletricidade em habitações rurais e/ou isoladas do Nordeste e Norte brasileiro. Os projetos funcionam basicamente com quatro tipos de sistemas: bombeamento de água, para suprimento doméstico, irrigação e piscicultura; iluminação pública; sistemas de uso coletivo, como por exemplo, o fornecimento de eletricidade para escolas, postos de saúde e centros comunitários; e atendimento domiciliar. (ANEEL, 2002)
Figura 2 - Sistema de bombeamento de água para irrigação (Capim Grosso - BA)
Fonte: CENTRO DE REFERÊNCIA PARA A ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO - CRESESB. 2000.
A figura 2 acima representa um sistema de bombeamento de água flutuante para irrigação. Segundo CRESESB (2000), o sistema fica aproximadamente a 15 m da margem do açude e consequentemente bombeia água a 350 m de distancia, tendo uma vazão de 12m³ durante o dia.
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Figura 3 - Sistema de bombeamento fotovoltaico - Santa Cruz I (Mirante do Paranapanema - SP)
Fonte: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - USP. Instituto de Eletrotécnica e Energia - IEE. Formação técnica. São Paulo: 2000.
Na figura 3 tem-se um exemplo de um bombeamento solar fotovoltaico de água. De acordo com o estudado esse reservatório possui capacidade de armazenamento de 7.500 litros e uma altura manométrica de 86 metros, abastecendo um total de 43 famílias. Tendo como resultado um número total de 440 famílias beneficiadas na região, entre a data de novembro de 1998 a janeiro de 1999.2
Segundo pesquisas, na região do Vale do Ribeira, para o fornecimento de eletricidade em escolas, postos de saúde, unidades de preservação do meio ambiente, etc., foram instalados diversos sistemas solares fotovoltaicos. (USP; IEE, 2000).
Na figura 4 abaixo é apresentado um tipo de sistema de eletrificação, citado anteriormente, constituído por tanques de cultivos para a fauna, auditórios para seminários e conferências, laboratórios de pesquisa, cozinha e alojamentos.
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - USP. Instituto de Eletrotécnica e Energia - IEE.(2000)
Figura 4- Sistema de eletrificação fotovoltaica do Núcleo Perequê (Vale do Ribeira-SP)
Fonte: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - USP. Instituto de Eletrotécnica e Energia - IEE. Formação técnica. São Paulo: 2000.
Na figura 5 tem-se exemplo de um projeto que constitui uma ação chamada “Luz no Campo”, tendo por objetivo a instalação nas localidades mais pobres da região amazônica de sistemas ligados às fontes alternativas para geração de energia elétrica limpa e renovável. O projeto é conduzido pela CEPEL ELETROBRAS3, em colaboração com a Universidade Federal do Amazonas (GUSMÃO et al, 2001).
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Figura 5- Sistema fotovoltaico para atendimento domiciliar – Projeto Ribeirinhas
Fonte: CENTRO DE REFERÊNCIA PARA A ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO - CRESESB. 2000. Informe Técnico, Rio de Janeiro, v. 7, n. 7, maio 2002.
4.3 TECNOLOGIAS DE APROVEITAMENTO
4.3.1 Aproveitamento térmico
Coletor solar: Através dos coletores solares pode-se absorver a radiação solar, tendo como uma das principais funções o aquecimento de água, a temperaturas relativamente inferiores a 100ºC. A utilização desse sistema, predominantemente, ocorre nos setores residenciais4,porém existe uma forte demanda e aplicações em setores diversos, como edifícios comerciais e públicos, hospitais, restaurantes/bares , hotéis e semelhantes. Este processo de aproveitamento térmico da energia solar envolve o uso de um coletor solar discreto. O coletor é instalado no teto das residências e edificações. Como existe baixa densidade da energia solar que incide sobre a superfície terrestre, o atendimento de uma única residência pode requerer a instalação de alguns metros quadrados de coletores. Para o suprimento de água quente de uma residência típica (três ou quatro moradores), são necessários cerca de 4 m² de coletor.
Figura 6 – Ilustração de um sistema solar de aquecimento.
Fonte: GREEN, M. A. et al. Solar celi efficiency tables: version 16. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, Sydney, v. 8, p. 377-384, 2000 (Adaptado).
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Nos países em que há maior uso da energia solar – Israel, Grécia, Austrália e Japão –, cerca de 80% a 90% dos equipamentos têm sido destinados ao uso doméstico (Everett, 1996).
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Concentrador solar: Para obter-se aproveitamento da energia solar em sistemas que necessitam de temperaturas mais altas é necessário o uso de concentradores solares, que tem por função captar a energia solar numa área relativamente grande e concentrá-la em uma área bem menor, tendo em vista que a temperatura desta última aumente substancialmente. A superfície refletora dos concentradores possui formas parabólicas ou esféricas, para que assim os raios solares que nela incidem sejam refletidos para uma superfície menor, denominada foco, onde se localiza o material a ser aquecido. Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas bastante elevadas5 e índices de eficiência que variam de 14% a 22% de aproveitamento da energia solar incidente, podendo ser utilizada para a geração de vapor e, consequentemente, de energia elétrica. Entre meados e final dos anos 1980, foram instalados nove sistemas parabólicos no sul da Califórnia, EUA, com tamanhos que variam com potência entre 14 MW e 80 MW, totalizando 354 MW de potência instalada (Figura 7). Trata-se de sistemas híbridos, que operam com auxílio de gás natural, de modo a atender a demanda em horários de baixa incidência solar. (NREL, 2000)
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Um exemplo interessante é o espelho parabólico de Odeillo, na França, cuja temperatura chega a 3.800°C (Everett, 1996).
Figura 7- Sistema térmico de geração solar de energia elétrica (Califórnia – EUA)
Fonte: NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY (EUA) - NREL. 2000. Disponível em: www.nrel.gov/energy_resources
4.3.2 Conversão direta da radiação solar em energia elétrica
Através dos efeitos do calor e luz em determinados materiais, em particular os semicondutores, pode-se ter a conversão da radiação solar em energia elétrica. Os efeitos termoelétrico e fotovoltaico destacam-se dentre esses. O efeito termoelétrico é caracterizado pelo surgimento de um diferencial de potencial, provocada pela união de dois metais, quando essa junção chega a uma temperatura mais alta do que as outras extremidades dos fios. Mesmo sendo muito empregado na construção de medidores de temperatura, o uso comercial desse efeito para a geração de eletricidade tem sido impossibilitado pelos baixos rendimentos obtidos e pelos custos elevados dos materiais. (ANEEL,2002)
Por outro lado, o efeito fotovoltaico se dá pela excitação dos elétrons de alguns materiais na presença da luz solar. Dentre os materiais mais adequados para a conversão da radiação solar em energia elétrica destaca-se o silício. Segundo GREEN (2000), hoje as melhores células apresentam um índice de eficiência de 25%.
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A Figura 8 ilustra um sistema completo de geração fotovoltaica de energia elétrica.
Figura 8- Ilustração de um sistema de geração fotovoltaica de energia elétrica
Fonte: CENTRO DE REFERÊNCIA PARA A ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO - CRESESB. Informe Técnico, Rio de Janeiro, v. 2, n. 1, jun. 1996. Disponível
em: www.cresesb.cepel.br/Publicacoes/informe2.htm (Adaptado).
4.3.3 Aplicações do aquecimento de água no Brasil
A tecnologia do aquecedor solar já vem sendo usada no Brasil desde a década de 60, época em que surgiram as primeiras pesquisas. Em 1973, empresas passaram a utilizá-la comercialmente (ABRAVA, 2001).
Segundo informações da Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento (ABRAVA, 2001), existiam até recentemente cerca de 500.000 coletores solares residenciais instalados no Brasil. Somente com aquecimento doméstico de água para banho, são gastos anualmente bilhões de kWh de energia elétrica, os quais poderiam ser supridos com energia solar, com enormes vantagens socioeconômicas e ambientais (Nesta estimativa, considerou-se que o chuveiro/aquecedor elétrico representa cerca de 25% do consumo residencial de energia elétrica e tomou-se como referência os dados de 1998 [MME, 1999]). Mais grave ainda é o fato de que quase toda essa energia costuma ser consumido em horas específicas do dia, o que gera uma sobrecarga no sistema elétrico. Além disso, há uma enorme
demanda em prédios públicos e comerciais, que pode ser devidamente atendida por sistemas de aquecimento solar central.
Embora pouco significativos diante do grande potencial existente, já há vários projetos de aproveitamento da radiação solar para aquecimento de água no País. Essa tecnologia tem sido aplicada principalmente em residências, hotéis, motéis, hospitais, vestiários, restaurantes industriais e no aquecimento de piscinas. Em Belo Horizonte, por exemplo, já são mais de 950 edifícios que contam com este benefício e, em Porto Seguro, 130 hotéis e pousadas (ABRAVA, 2001)
A Figura 9 ilustra um exemplo comercial de aproveitamento térmico da energia solar na cidade de Belo Horizonte – MG, o qual se tornou referência em energia solar térmica. O sistema possui área total de 804 m2 de coletores solares e capacidade de armazenamento de água de 60.000 litros. Entre outros exemplos encontrados em Belo Horizonte, destaca-se o do Centro de Operações da ECT, que possui área total de 100 m² de coletores e capacidade de armazenamento de água de 10.000 litros (CRESESB, 2000).
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Figura 9- Sistema comercial de aquecimento solar de água (Belo Horizonte – MG)
Fonte: CENTRO DE REFERÊNCIA PARA A ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO - CRESESB. 2000. Disponível
em: www.cresesb.cepel.br/cresesb.htm.
Fatores que têm contribuído para o crescimento do mercado são: a divulgação dos benefícios do uso da energia solar; a isenção de impostos que o setor obteve; financiamentos, como o da Caixa Econômica Federal, aos interessados em implantar o sistema; e a necessidade de reduzir os gastos com energia elétrica durante o racionamento em 2001 (ABRAVA, 2001). Também são crescentes as aplicações da energia solar para aquecimento de água em conjuntos habitacionais e casas populares, como nos projetos Ilha do Mel, Projeto Cingapura, Projeto Sapucaias em Contagem, Conjuntos Habitacionais SIR e Maria Eugênia (COHAB) em Governador Valadares (ABRAVA, 2001). Outro elemento propulsor dessa tecnologia é a Lei n° 10.295, de 17 de outubro de 2001, que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia e a promoção da eficiência nas edificações construídas no País.
O crescimento médio no setor, que já conta com aproximadamente 140 fabricantes e possui uma taxa histórica de crescimento anual de aproximadamente 35%, foi acima de 50% em 2001. Em 2002, foram produzidos no país 310.000 m2 de coletores solares (ABRAVA, 2001).
4.4 RADIAÇÃO SOLAR
Tem-se que além das condições atmosféricas (nebulosidade, umidade relativa do ar etc.), a disponibilidade de radiação solar depende da latitude local e da posição no tempo (hora do dia e dia do ano). Isso se deve à inclinação do eixo imaginário em torno do qual a Terra gira diariamente (movimento de rotação) e à trajetória elíptica que a Terra descreve ao redor do Sol (translação ou revolução). (MAGNOLI,D.; SCALZARETTO. R). Desse modo, a duração solar do dia – período de visibilidade do Sol ou de claridade – varia, em algumas regiões e períodos do ano, de zero hora (Sol abaixo da linha do horizonte durante o dia todo) a 24 horas (Sol sempre acima da linha do horizonte).
A maior parte do território brasileiro está localizada relativamente próxima da linha do Equador, de forma que não se observam grandes variações na duração solar do dia. Contudo, a maioria da população brasileira e das atividades socioeconômicas do País se concentra em regiões mais distantes do Equador. Em Porto Alegre, capital brasileira mais meridional (cerca de 30º S), a duração solar do dia varia de 10 horas e 13 minutos a 13 horas e 47 minutos, aproximadamente, entre 21 de junho e 22 de dezembro, respectivamente. Desse modo, para maximizar o aproveitamento da radiação solar, pode-se ajustar a posição do coletor ou painel solar de acordo com a latitude local e o período do ano em que se requer mais energia. No Hemisfério Sul, por exemplo, um sistema de captação solar fixo deve ser orientado para o Norte, com ângulo de inclinação similar ao da latitude local.
Somente parte da radiação solar atinge a superfície terrestre, devido à reflexão e absorção dos raios solares pela atmosfera. Mesmo assim, estima-se que a energia solar incidente sobre a superfície terrestre seja da ordem de 10 mil vezes o consumo energético mundial (CRESESB, 2000).
O Brasil é um país privilegiado por estar próximo a linha do Equador e possuir uma das maiores médias de irradiação solar do mundo. A irradiação global pode variar de 4,25 kWh/m² até 6,5 kWh/m² por dia6 .Os valores de irradiação solar incidente em qualquer parte do território (1500-2500 kWh/m²) são superiores aos da maioria dos países da Europa, como Alemanha (900-1250 kWh/m²) [SWERA, 2006].
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4.5 IMPACTO AMBIENTAL DO PROCESSO DE GERAÇÃO DE ENERGIA
Segundo Murilo (2009) o resultado de anos e anos de um padrão de consumo pautado na utilização indiscriminada de recursos naturais começou a ser percebido de uma forma bastante preocupante desde a última década. As mudanças climáticas estão sendo percebidas de forma bastante desastrosa, com a ocorrência de desastres naturais que por muitas vezes além do impacto direto na atividade econômica de regiões inteiras tem ceifado um enorme número de vidas.
De acordo com alguns estudos feitos pela US Nacional Oceanic and Atmospheric Administration –NOAA , tem-se como resultado do aquecimento global, e expectativa que no verão de 2037 toda a capa de gelo do Oceano Ártico terá derretida. Sem contar que essa é apenas uma das mudanças radicais que o planeta deve sofrer nos próximos anos, tendo como fruto o aquecimento global.
A agressão que o nosso ecossistema vem sofrendo assinala que “uma relação cada vez mais estressada entre a economia e o ecossistema da Terra, estão causando prejuízos econômicos cada vez maiores”7
.
Das formas de transformação para geração de energia elétrica conhecidas até os nossos dias, nenhuma delas é totalmente limpa. O que tem sido alvo de pesquisas é o desenvolvimento de fontes que causem o menor impacto possível no meio ambiente. Dentro desta perspectiva o que tem se buscado é um ponto ótimo entre o custo de produção, a quantidade a ser produzida e o menor impacto ambiental.
O principal componente da matriz energética brasileira é a fonte hidráulica. Em termos de poluição ela está considerada entre as fontes mais limpas, mas o seu impacto no meio ambiente é de grande monta, vista a necessidade do alagamento de grandes áreas e a interferência direta na fauna e na flora e deslocamento de comunidades (PEDROSA, 2005). Já as fontes de geração térmica são consideradas fontes importantes de poluição e com forte peso na emissão de CO2 responsável pelo aquecimento global.
O quadro abaixo apresenta um resumo das principais características das fontes geradoras de energia elétrica:
Quadro 1 – Características das Fontes Geradoras de Energia Elétrica
Fonte: Elaboração própria a partir de biodieselbr, 2008.
A opção pela utilização de cada fonte envolve uma série de variáveis. Mas existe uma tendência hoje de aumentar o peso da questão ambiental nas decisões dos investimentos. Neste contexto a utilização de fontes renováveis e com baixo impacto ambiental tem levado ao crescimento nos investimentos nas plantas geradoras que utilizam a energia solar como fonte.
Existem muitas vantagens a considerar quando se trata da energia solar fotovoltaica e de tudo o que ela oferece. Segundo BRAGA (2008) trata-se de uma
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energia limpa, não gerando nenhum tipo de poluição, tendo uma instalação simples, onde não há consumo de combustível. E ainda apresenta outras vantagens, como:
É silencioso;
Tem vida útil superior a 25 anos;
É resistente a condições climáticas extremas (granizo, vento, temperatura e umidade.);
Não possui peças móveis e, portanto, exige pouca manutenção (somente a limpeza do painel.);
Permite aumentar a potência instalada através de incorporação de módulos adicionais;
Gera energia mesmo em dias nublados.
Por outro lado, podemos destacar também algumas desvantagens dessa forma de geração de energia elétrica. De acordo com BRAGA (2008) pode-se especificar algumas desvantagens, como:
O rendimento real de conversão de um módulo é reduzido, face ao custo de investimento;
As células fotovoltaicas necessitam de tecnologia sofisticada para a sua fabricação;
Seu rendimento é atrelado ao índice de radiação, temperatura, quantidade de nuvens, dentre outros.
4.6 UTILIZAÇÃO DE ENERGIA ELETRICA NO BRASIL
O consumo de energia é um dos principais indicadores do desenvolvimento econômico e do nível de qualidade de vida de qualquer sociedade. Ele reflete tanto o ritmo de atividade dos setores industrial, comercial e de serviços, quanto a capacidade da população para adquirir bens e serviços tecnologicamente mais avançados, como automóveis (que demandam combustíveis), eletrodomésticos e eletroeletrônicos (que exigem acesso à rede elétrica e pressionam o consumo de energia elétrica).
Essa inter-relação foi o principal motivo do acentuado crescimento no consumo mundial de energia verificado nos últimos anos. Como mostra o Gráfico 1 abaixo, de 2003 a 2007 a economia mundial viveu um ciclo de vigorosa expansão, refletida pela variação crescente do PIB: 3,6% em 2003; 4,9% em 2004; 4,4% em 2005; 5% em 2006 e 4,9% em 2007, segundo série histórica produzida pelo Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (Ipea).
No mesmo período, a variação acumulada do consumo de energia foi de 13%, passando de 9.828 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (tep8) em 2003 para 11.099 milhões de tep em 2007, como pode ser observado no BP Statistical Review of World Energy, publicado em junho de 2008 pela BP Global (Beyond Petroleum, nova denominação da companhia British Petroleum).
Gráfico 1 - Variação do PIB e variação do consumo de energia (1998 - 2007).
Fonte: Ipea, BP, 2008.
Além do desenvolvimento econômico, outra variável que determina o consumo de energia é o crescimento da população – indicador obtido tanto pela comparação entre as taxas de natalidade e mortalidade quanto pela medição de fluxos migratórios. No Brasil, entre 2000 e 2005, essa taxa teve uma tendência de queda relativa, registrando variação média anual de 1,46%, segundo relata o estudo Análise Retrospectiva constante do Plano Nacional de Energia 2030, produzido pela Empresa de Pesquisa Energética.
Ainda assim, a tendência do consumo de energia no período foi de crescimento: 13,93%. A exemplo do que ocorre no mercado mundial, também neste caso o movimento pode, portanto, ser atribuído principalmente ao desempenho da economia. O Produto Interno Bruto do país, no mesmo período, registrou um crescimento acumulado de 14,72%, conforme dados do Ipea.
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A tonelada equivalente de petróleo (tep) é uma unidade de energia definida como o calor libertado na combustão de uma tonelada de petróleo cru, aproximadamente 42 gigajoules.
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A série histórica constante do Balanço Energético Nacional de 2008, do Ministério de Minas e Energia, mostra, aliás, que em todo o período que vai de 1970 a 2007, de uma maneira geral a tendência tem sido de expansão do consumo global de energia (o que abrange derivados de petróleo, gás natural, energia elétrica, entre outros). De 1990 a 2007, o crescimento acumulado foi de 69%, com o consumo total passando de 127,596 milhões de tep para 215,565 milhões de tep.
Nem mesmo em 2001, ano marcado pelo racionamento de energia elétrica, o consumo global de energia registrou recuo: passou de 171,949 milhões de tep para 172,186 milhões de tep (aumento de 0,14%), acompanhando a taxa de crescimento do PIB nacional, de 1,3%. Mas, este comportamento foi beneficiado pela utilização de outros tipos de energia, visto que o consumo de energia elétrica registrou uma queda de 6,6% em 2001.
De acordo com o BEN 2008, os derivados de petróleo eram os principais energéticos utilizados no país em 2007 – um comportamento verificado ao longo dos últimos anos. Se somados óleo diesel, gasolina e GLP (gás liquefeito de petróleo), o consumo atingiu 76,449 milhões de tep, diante de um consumo total de 201,409 milhões de tep. Foi muito superior, portanto, ao da energia elétrica que, ao atingir 35,443 milhões de tep, registrou aumento de 5,7% em relação ao total de 2006, de 33,536 milhões de tep
A energia elétrica foi a modalidade mais consumida no país em 2007, considerando que os derivados de petróleo, em vez de somados, são desmembrados em óleo diesel, gasolina e GLP, como ocorre no BEN 20089. O volume absorvido, 35,443 milhões de tep, correspondeu a uma participação de 17,6% no volume total e a um aumento de 5,7% sobre o ano anterior. Com este desempenho, a tendência à expansão contínua e acentuada, iniciada em 2003, manteve-se inalterada. Em função do racionamento de 2001 – e das correspondentes práticas de eficiência energética adotadas, como utilização de lâmpadas econômicas no setor residencial –, em 2002 o consumo de energia elétrica verificado no país, de 321.551 GWh, segundo série histórica constante do BEN 2008, estava em níveis próximos aos verificados entre 1999 e 2000. A partir desse ano, porém, ingressou em ritmo acelerado de crescimento – 6,5% em 2003; 5,2% em 2004; 4,2% em 2005 e 3,9% em 2006 – o que provocou, inclusive,
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preocupações com relação à capacidade de a oferta acompanhar esta evolução, conforme Tabela 1 a seguir:
Tabela 1- Evolução do consumo final energético por fonte (103 tep)
Fonte: MME, 2008.
As diferenças regionais, principalmente relacionadas ao ritmo de atividade econômica – que, em alguns casos, provoca fluxos migratórios – e à disponibilidade da oferta de eletricidade também interferiram nos volumes de energia elétrica absorvidos no país. Assim, embora a região Sudeste/Centro-Oeste, mais industrializada e com atividade agropecuária bastante ativa, continue a liderar o ranking dos consumidores, nas demais regiões a evolução do consumo tem sido bem mais acentuada. A Figura 10 mostra o consumo de energia elétrica por região em 2007.
É possível constatar, pela série histórica produzida pelo ONS10, que de 1988 a 2007 o volume absorvido pela região Sudeste/Centro Oeste aumentou 83,71%. Na região Norte, porém, a variação foi de 184,51%, no Nordeste, de 130,79% e, no Sul, 128,53%. O caso da região Norte ilustra como a oferta local é um elemento importante no impulso ao consumo. Segundo a EPE, a absorção de energia na região foi incrementada a partir dos anos 70, em função de dois fatos marcantes: a criação da Zona
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Franca de Manaus e a entrada em operação da usina hidrelétrica Tucuruí, no Rio Tocantins, em fins de 1985, o que favoreceu a instalação de indústrias de alumínio na região. Em 1970, essa região consumiu 466 GWh (gigawatts-hora). Em 1990, 12.589 GWh. Em 2007, 30.455 GWh.
Já o caso do Nordeste é ilustrativo do impacto da geração de renda no consumo de energia elétrica. Em maio de 2008, a EPE11 detectou que, pela primeira vez, o volume de energia elétrica requerido pelas residências dessa região (que abriga 28% da população nacional) ultrapassou o da região Sul (15% da população nacional).
Figura 10- Consumo de energia elétrica por região em 2007.
Fonte: ONS, 2008.
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4.7 ENGENHARIA ECONÔMICA
De acordo com Kebede (2015) estudar a viabilidade econômica dos painéis fotovoltaicos informa aos investidores e políticos quais são os benefícios de utilizar esse tipo de tecnologia. Jackson e Oliver (2000) inteiram tal afirmação analisando que é evidente a partir da história da política energética que a viabilidade de uma tecnologia de energia particular não pode ser julgada puramente na base de recursos físicos, mas sim com uma dinâmica complexa de fatores econômicos, técnicos, ambientais, institucionais e sociais. Em uma economia de livre mercado, uma usina fotovoltaica, assim como qualquer outra empresa, tem que obter lucro sobre o investimento (KHALID; JUNAIDI, 2013).
Newnan e Lavelle (2000) alegam que diferentes técnicas de engenharia podem ser usadas na tomada de decisão para investimentos em projetos, mas os aspectos econômicos dominam o problema, sendo, portanto, preponderantes na determinação da melhor solução. Conforme Gomes (2013), a análise e a avaliação de projetos são feitas com base nos fluxos de caixa gerados pelos mesmos. Os critérios de análise mais usuais são: Valor Presente Líquido, Taxa Interna de Retorno e Payback Simples.
4.7.1 Payback
O payback é utilizado para a verificação quando um investimento se pagará e trará ganhos efetivos. Abreu Filho (2007, p.78) relata: “O critério consiste em somar os valores dos benefícios obtidos pela operação do projeto. O período payback é o tempo necessário para que esses benefícios totalizem o valor do investimento feito.”
Existem dois tipos de payback: simples e o descontado. A diferença é que no modelo simples vai somente considerar o valor do que foi investido sem considerar o valor do dinheiro no tempo e no modelo descontado, o valor do dinheiro é levado em conta no decorrer do tempo. Neste estudo, será utilizado somente o modelo de payback simples para análise da viabilidade econômica.
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4.7.2 Valor presente líquido – VPL
O VPL é uma ferramenta muito utilizada para análise de investimento de projetos em qualquer nível de organização e que tem basicamente o objetivo de medir o lucro. Abreu Filho (2007, p.83) diz: “VPL é simplesmente a diferença entre o valor presente do projeto e o custo do projeto na data atual. VPL positivo significa que o projeto vale mais do que custa, ou seja, é lucrativo. VPL negativo significa que o projeto custa mais do que vale, ou seja, se for implementado, trará prejuízo.”
Assim, um VPL positivo indica que o projeto pode prosseguir, pois se pagará no dentro do tempo determinado além de gerar receita para o caixa da empresa, ou seja, trará lucro. Já a indicação de um VPL negativo leva ao gestor do projeto abortar imediatamente o projeto, pois ele não conseguirá pagar o investimento, trazendo prejuízo à organização.
4.7.3 Taxa interna de retorno – TIR
A taxa interna de retorno é outra ferramenta utilizada pelos profissionais de finanças para analisar a viabilidade de um projeto. Segundo Gitman (2010): “Taxa interna de retorno (TIR) é uma técnica sofisticada de orçamento de capital; é a taxa de desconto que iguala o VPL de uma oportunidade de investimento a zero (isso porque o valor presente das entradas de caixa iguala-se ao investimento inicial). É a taxa de retorno anual composta que a empresa obterá, se aplicar recursos em um projeto e receber as entradas de caixa previstas.”
Assim, a TIR é utilizada para verificar se a taxa de retorno do projeto é melhor do que outros investimentos a uma taxa estabelecida pelo dono do capital a ser investido. Por exemplo, um investimento de capital que dará uma taxa de 10%, o que estabelecerá que a TIR do projeto deva ser maior que 10% para aceitação do patrocinador.
5. METODOLOGIA
Diante das definições sobre a aplicação da metodologia no trabalho científico, este estudo, terá por base os tipos de pesquisa trabalhados por Vergara (2006, p. 46-47), que se divide em dois critérios: quanto aos fins e quanto aos meios. Quanto aos fins, este estudo se baseia na pesquisa metodológica por aplicar métodos de análise financeira a fim de se obter resultados para ter-se noção e certeza de quanto tempo o produto se paga. Quanto aos meios, a pesquisa é bibliográfica em virtude da utilização de dados retirados de materiais de livros, de portais eletrônicos de órgãos regulamentadores, dentre outras fontes e também um estudo de caso, pois realiza uma pesquisa detalhada sobre o sistema implantado com aplicação de técnicas para análise da viabilidade do projeto.
5.1 Materiais e métodos
Tabela 2- Desenvolvimento Metodológico
Fonte: Autor (2019) Etapa1:
Levantamento de dados da
residência
•Levantamento dos dados da conta de energia; •Levantamento das características da placa
fotovoltioca utilizada na residencia;
•Levantamento quantitativos dos moradores.
Etapa 2: Levantamento
de dados da concessionária
ENEL
• Levantamento dos preços cobrados pela concessionária por kWh.
Etapa 3: Calculos e resultados
•Avaliação dos Resultados dos cálculos;
•Verificação da Rentabilidade do projeto;
•Verificação do período de recuperação do investimento.
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No primeiro momento, levantaram-se dados referentes ao consumo da energia elétrica de uma residência localizada no setor aeroporto, em Aragarças, no estado de Goiás, (Figura 11) com seu respectivo valor pago pelo serviço de fornecimento da conta dos últimos seis meses da concessionária ENEL.
Figura 11 - Fachada Frontal da Residência em estudo
Fonte: Autor (2019)
Ademais, foram compilados os dados retirados da fatura em uma tabela contemplando o mês de consumo, total de kWh consumido, valor da tarifa (com imposto) por kWh vigente e o valor total da fatura do serviço. A escolha da residência se deu por ser constituída por um casal que possuem filhos e netos, e consequentemente, tendo um alto gasto com energia elétrica além de possuir condições favoráveis para instalação do sistema de geração de energia solar. No total, moram quatro pessoas na residência, porém existe um fluxo frequente de visitas, visto que o casal morador são avós, recebendo visita de seus familiares constantemente.
Em seguida, foi realizada uma simulação no portal eletrônico PHB SOLAR a fim de ter o valor total do projeto de inserção do sistema de geração de energia solar através de placas fotovoltaicas, analisando aspectos técnicos e comerciais. A escolha pelo portal se deu por ser a empresa que forneceu e instalou as placas solares na residência em estudo (Figura 12), apresentando assim um valor bem próximo ao custo real do sistema montado, informado pelo cliente, dono da residência.
Figura 12 - Visão das placas solares fotovoltaicas da residência em estudo
Fonte: Autor (2019)
Posteriormente foi feito o levantamento de taxas de cobrança tarifária da empresa concessionária de energia da cidade, a ENEL, em kWh, identificados também na conta de energia do cliente.
Para fins cálculo, foram aplicados métodos de análise de viabilidade de projetos para a tomada de decisão sobre ter sido eficaz investir ou não no projeto. Os métodos aplicados foram o Payback, o VPL e a TIR,levando em consideração uma Taxa Mínima de Atratividade (TMA) que será baseada nos ganhos de uma aplicação financeira. Como o estudo está baseado em um consumidor residencial, se adotará uma taxa que seja dentro deste perfil de consumidor, e que atenda os requisitos mínimos conforme orienta Macedo (2014, p.63): “A taxa de juros auferida no novo projeto deve ser no mínimo a taxa de juros equivalente à rentabilidade das aplicações correntes, seguras e de baixo risco”. Enfim, será utilizada a taxa de 7,39% correspondente a uma aplicação de caderneta de poupança dos últimos 12 meses. O período de 25 anos usado nos cálculos do projeto será referente à garantia que existe das placas fotovoltaicas pelo fabricante, ou seja, as placas, que são os elementos que elevam o custo do sistema, têm garantia de funcionamento de no mínimo 25 anos garantidos pelo fabricante.
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O próximo passo é realizar a análise do investimento considerando o valor do dinheiro durante a aplicação do projeto. Para tanto, o cálculo do VPL e da TIR dará condições de se tomar a decisão em aceitar ou rejeitar o projeto. Logo, segundo Macedo (2014, p.63) a fórmula do VPL é:
Na equação acima, fluxo de caixa inicial (- FCо) representa o investimento inicial realizado no projeto e, por isso, está negativo, seguido pelo somatório dos fluxos de caixa esperado (FCt), descontado pelo período do investimento até a linha do período zero.
Seguindo com a análise, a fórmula para se obter o valor da TIR é representa pela seguinte equação segundo Macedo (2014,p.68):
Onde: FC0 é o investimento realizado no momento zero [R$]; FCt é a entrada ou fluxo de caixa de cada período t [R$]; k é a TIR [% ao período]; n é o período estimado para o projeto.
No final do trabalho, foram apresentados e discutidos os resultados sobre a viabilidade econômica da instalação do sistema de geração de energia fotovoltaica nessa residência, frente ao ofertado pela concessionária local, ENEL.
6. DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Para dar início ao estudo era necessário identificar alguns dados a fim de obter uma visão sobre o consumo mensal e o valor total gasto do proprietário da residência com a utilização do serviço de fornecimento de energia da concessionária ENEL. Desta maneira, levantaram-se os dados do consumo energético do morador referentes às últimas seis contas anteriores ao período de realização desse estudo, compreendendo os meses de Janeiro de 2019 a Junho de 2019, as quais foram emitidas pela ENEL e apresentaram valores conforme quadro 2:
Quadro 2 - Levantamento de dados da conta de energia do consumidor
MÊS (2019) CONSUMO KWh/MÊS VALOR KWh CUSTO CONTA/MÊS
JANEIRO 374 0,87291 R$ 340,46 FEVEREIRO 338 0,8807 R$ 308,30 MARÇO 319 0,877 R$ 293,76 ABRIL 303 0,8487 R$ 255,23 MAIO 350 0,84984 R$ 308,01 JUNHO 257 0,87894 R$ 241,12 MÉDIA 323,5 R$ 291,15
Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
Foi realizado no quadro acima o cálculo da média de consumo de kWh/ Mês chegando no valor de 323,5 kWh/mês, além do cálculo da média do valor do custo total pelo serviço de fornecimento de energia elétrica alcançando o valor de R$ 291,15.
Para analisar o Payback do projeto é necessário aplicar uma tabela demonstrando a depreciação do valor investido x valor economizado na conta de luz. Para melhor entendimento, será apresentando o fluxo de caixa do período em que o projeto estará em atividade. O conjunto analisado é constituído por equipamentos de funcionamento, a instalação e adequação a rede do sistema fotovoltaico. A estimativa de custo para a residência estudada é de R$ 10.841,00, de acordo com o simulador do PHB SOLAR, incrementada do valor de manutenção no período de 25 anos de R$ 6.000,00, totalizando um investimento de R$ 16.841,00.
O fluxo de caixa de cada ano será o valor da média dos últimos seis meses (JANEIRO 2019 a JUNHO 2019 gerando o valor de R$ 291,15) gastos com o fornecimento de energia elétrica pela ENEL multiplicada por 12 meses, sendo então R$ 3.493,80. A partir dos dados levantados foi realizado o calculo do Payback Simples e os valores são apresentados no quadro 3:
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Quadro 3 - Fluxo de caixa e Payback Simples
Valor Investimento no Projeto (25 anos) Fluxo de caixa Payback
Ano 0 -R$ 16.841,00 Ano 1 R$ 3.493,80 -R$ 13.347,20 Ano 2 R$ 3.493,80 -R$ 9.853,40 Ano 3 R$ 3.493,80 -R$ 6.359,60 Ano 4 R$ 3.493,80 -R$ 2.865,80 Ano 5 R$ 3.493,80 R$ 628,00 Ano 6 R$ 3.493,80 R$ 4.121,80 Ano 7 R$ 3.493,80 R$ 7.615,60 Ano 8 R$ 3.493,80 R$ 11.109,40 Ano 9 R$ 3.493,80 R$ 14.603,20 Ano 10 R$ 3.493,80 R$ 18.097,00 Ano 11 R$ 3.493,80 R$ 21.590,80 Ano 12 R$ 3.493,80 R$ 25.084,60 Ano 13 R$ 3.493,80 R$ 28.578,40 Ano 14 R$ 3.493,80 R$ 32.072,20 Ano 15 R$ 3.493,80 R$ 35.566,00 Ano 16 R$ 3.493,80 R$ 39.059,80 Ano 17 R$ 3.493,80 R$ 42.553,60 Ano 18 R$ 3.493,80 R$ 46.047,40 Ano 19 R$ 3.493,80 R$ 49.541,20 Ano 20 R$ 3.493,80 R$ 53.035,00 Ano 21 R$ 3.493,80 R$ 56.528,80 Ano 22 R$ 3.493,80 R$ 60.022,60 Ano 23 R$ 3.493,80 R$ 63.516,40 Ano 24 R$ 3.493,80 R$ 63.516,40 Ano 25 R$ 3.493,80 R$ 67.010,20
Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
Verifica-se a partir do quadro 3 que o Payback Simples do projeto de instalação é dado no ano 5, ou seja, o projeto terá o retorno do investimento no quinto ano após sua instalação. Após este período, conta-se que os demais valores dos próximos fluxos de caixa serão de lucro para o investidor, ou seja, no final dos 25 anos, a implantação do sistema renderá R$ 67.010,20, de forma que o morador não terá mais gastos com energia em sua residência, visto que foram previstos no calculo todos os gastos adicionais com a manutenção do sistema e consumo médio de energia do imóvel nesse período.
Porém, somente a análise do Payback Simples não fornece condições para a aceitação do projeto por não levar em consideração o valor do dinheiro no decorrer do projeto. Mediante o exposto, o VPL será encontrado pelo fluxo de caixa inicial negativo de R$ 16.841,00, referente ao investimento inicial do projeto. É adicionada a este Fluxo Caixa Inicial a somatória do Fluxo de Caixa esperado de R$ 3.493,80, descontada a Taxa de Atratividade no valor de 7,39% por 25 períodos, ou seja, 25 anos. Sendo assim, no quadro 4 abaixo foi realizado esse calculo do VPL:
Quadro 4- Obtenção dos resultados do calculo do VPL.
Valor Investimento do Projeto (25 anos) Fluxo de caixa VPL (R$)
Ano 0 -R$ 16.841,00 - - Ano 1 R$ 3.493,80 -R$ 13.587,62 Ano 2 R$ 3.493,80 -R$ 10.558,13 Ano 3 R$ 3.493,80 -R$ 7.737,11 Ano 4 R$ 3.493,80 -R$ 5.110,21 Ano 5 R$ 3.493,80 -R$ 2.664,09 Ano 6 R$ 3.493,80 -R$ 386,29 Ano 7 R$ 3.493,80 R$ 1.734,76 Ano 8 R$ 3.493,80 R$ 3.709,85 Ano 9 R$ 3.493,80 R$ 5.549,03 Ano 10 R$ 3.493,80 R$ 7.261,65 Ano 11 R$ 3.493,80 R$ 8.856,41 Ano 12 R$ 3.493,80 R$ 10.341,43 Ano 13 R$ 3.493,80 R$ 11.724,25 Ano 14 R$ 3.493,80 R$ 13.011,92 Ano 15 R$ 3.493,80 R$ 14.210,98 Ano 16 R$ 3.493,80 R$ 15.327,53 Ano 17 R$ 3.493,80 R$ 16.367,24 Ano 18 R$ 3.493,80 R$ 17.335,40 Ano 19 R$ 3.493,80 R$ 18.236,94 Ano 20 R$ 3.493,80 R$ 19.076,44 Ano 21 R$ 3.493,80 R$ 19.858,17 Ano 22 R$ 3.493,80 R$ 20.586,11 Ano 23 R$ 3.493,80 R$ 21.263,95 Ano 24 R$ 3.493,80 R$ 21.895,15 Ano 25 R$ 3.493,80 R$ 22.482,92
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Após o cálculo, verificou-se no seu período final que o VPL atingiu o valor de R$ 22.482,92. Com esse resultado sendo positivo, VPL>0, pôde-se afirmar a rentabilidade do sistema de geração de energia elétrica fotovoltaica na residência estudada. Como Abreu Filho(2008) explica, o projeto vale mais do que custa, ou seja, é lucrativo. Vale acrescentar ainda que de acordo com o gráfico 2, podemos observar que entre o sexto e o sétimo ano de uso do sistema o VPL já atinge o seu ponto positivo, sendo o critério de conclusão usado para determinar a lucratividade desse projeto.
Gráfico 2 – Relação VPL em função do Tempo
Fonte: Autor (2019)
Para uma análise mais correta e segura analisaremos também essa rentabilidade no calculo do TIR (Taxa Interna de Retorno), representada pela equação 2. Diante disso, o fluxo de caixa inicial será de – R$ 16.841,00 , seguido pelo fluxo de caixa de entradas de R$ 3.493,80 durante 25 períodos (25 anos), como mostrado no quadro 5:
-13.587,62 22.482,92 -20.000,00 -15.000,00 -10.000,00 -5.000,00 0,00 5.000,00 10.000,00 15.000,00 20.000,00 25.000,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Val o r d o VPL e m R $
VPL X Tempo
Quadro 5 – Obtenção dos resultados do calculo da TIR.
Valor Investimento no Projeto (25 anos) Fluxo de caixa TIR (%)
Ano 0 -R$ 16.841,00 - - Ano 1 R$ 3.493,80 -79,25% Ano 2 R$ 3.493,80 -42,91% Ano 3 R$ 3.493,80 -20,42% Ano 4 R$ 3.493,80 -7,07% Ano 5 R$ 3.493,80 1,23% Ano 6 R$ 3.493,80 6,64% Ano 7 R$ 3.493,80 10,30% Ano 8 R$ 3.493,80 12,87% Ano 9 R$ 3.493,80 14,72% Ano 10 R$ 3.493,80 16,07% Ano 11 R$ 3.493,80 17,09% Ano 12 R$ 3.493,80 17,86% Ano 13 R$ 3.493,80 18,45% Ano 14 R$ 3.493,80 18,91% Ano 15 R$ 3.493,80 19,27% Ano 16 R$ 3.493,80 19,55% Ano 17 R$ 3.493,80 19,78% Ano 18 R$ 3.493,80 19,96% Ano 19 R$ 3.493,80 20,11% Ano 20 R$ 3.493,80 20,22% Ano 21 R$ 3.493,80 20,32% Ano 22 R$ 3.493,80 20,40% Ano 23 R$ 3.493,80 20,46% Ano 24 R$ 3.493,80 20,51% Ano 25 R$ 3.493,80 20,55%
Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
Por fim, o valor da TIR é de 20,55%, que, consequentemente é maior do que a taxa de atratividade do investimento estabelecida de 7,39%, ocasionando a aprovação do projeto em questão. Pois após a efetivação dos cálculos da TIR, é correto afirmar que a rentabilidade em investir num sistema de energia solar é maior que a estabelecida pela taxa de atratividade usada para método comparativo. É possível observar que entre o sexto e o sétimo ano a TIR já se torna maior que a Taxa de Atratividade, demonstrando assim a eficiência do sistema, visto que os cálculos estão sendo feitos para uma vida útil de 25 anos e, satisfatoriamente, tendo resultados positivos em menor tempo.
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7. CONCLUSÃO
No presente trabalho foi possível verificar que a adoção da instalação de um sistema de geração de energia elétrica fotovoltaica é uma oportunidade de investimento que poderá gerar benefícios ao longo do tempo. Depois do calculo do Payback Simples obtivemos que a recuperação do investimento feito pelo morador da residência em estudo será dada no quinto ano de uso do sistema, sendo assim, um ótimo resultado, visto que o sistema possui uma vida útil de 25 anos.
Para a verificação da rentabilidade do projeto foram feitos os cálculos do VPL e TIR, tendo como resultado no caso do VPL um valor de R$ 22.482,92, que por sinal é um valor altíssimo, visto que para a aceitação da rentabilidade desse projeto o VPL deveria ser maior que zero, ou seja, positivo. Portanto, o projeto vale mais do que custa, ou seja, é lucrativo para o cliente. Após essa conclusão buscou-se analisar melhor através da aplicação da TIR, onde se obteve um valor satisfatório, a TIR deu 20,55%, sendo maior que a taxa de atratividade usada como comparativo de 7,39%, concluindo que o projeto possui uma rentabilidade maior que uma aplicação financeira.
Portanto, este projeto de instalação de um sistema de geração de energia elétrica solar por meio de placas fotovoltaicas é viável ao consumidor da residência em estudo.
