quinta-feira, 2 de abril de 2009

Energia Solar Fotovoltáica: Será a Solução?

A energia fotovoltáica é possivelmente a forma mais limpa de produção energia elétrica. Transforma a luz diretamente em energia elétrica. Em sua operação, a resultante é, além da energia, zero de calor e zero de poluição. A equação parece perfeita.

Mas, nem tudo são flores. Argumenta-se que, como a produção das células de silício puro, por conta da dificuldade de se obter a qualidade que se exige para a produção de energia em quantidade razoável, é bastante custosa e envolve a emissão de grandes quantidades de CO2, segundo alguns especialistas, a energia produzida por um painel fotovoltáico durante toda a sua vida útil, que se conta em décadas, não seria suficiente para compensar as emissões do seu processo produtivo.

Estes especialistas muito provavelmente estão desconsiderando nesta conta o custo e o valor ambiental de se deixar de consumir ou mesmo apenas diminuir a demanda por energia elétrica produzida de forma convencional, muitas vezes a partir de recursos não renováveis, como o carvão, por exemplo, ainda a principal fonte utilizada em muitos países de primeiro mundo, os maiores consumidores.

Há naturalmente outras questões relacionadas ao alto custo dos equipamentos complementares, necessários ao funcionamento do sistema, a questão dos incentivos fiscais, da venda da energia excedente produzida por unidades consumidoras que passam a produtoras, e outras de ordem técnica.

A matéria que segue, publicada em ArcoWeb, trata com propriedade alguns destes aspectos. Acompanhem.

Energia elétrica que vem do sol
por Cida Paiva e Laime Silva para Finestra

A tecnologia do sistema fotovoltaico produz energia elétrica a partir de uma reação química resultante da interação da luz do Sol com semicondutores, como o silício. Como uma espécie de fotossíntese eletrônica, essa fonte limpa e renovável registra crescimento mundial acentuado e já desperta interesse acadêmico no Brasil.
Foto: O mercado mundial de energia fotovoltaica já superou a taxa de crescimento de 40% ao ano

Diferentes dos coletores térmicos que utilizam o calor solar para o aquecimento de água, os painéis fotovoltaicos convertem a luz do Sol em energia elétrica. Por constituírem fonte de energia limpa, abundante e renovável, são reconhecidos como opção sustentável, ao contrário de outras, que causam impacto ao meio ambiente, como as hidrelétricas, as termelétricas e as polêmicas usinas nucleares. Não é à toa que, em tempos de crise energética, essa solução vem conquistando espaço cada vez maior para uso em edificações em países como Alemanha, Espanha e Japão.

Foto:Cobertura do London City Hall com sistema fotovoltaico

Observado pela primeira vez em 1839, pelo físico francês Antoine Henri Becquerel (1852-1908), o efeito fotovoltaico consiste, basicamente, na conversão da energia luminosa do Sol, incidente sobre materiais semicondutores, em eletricidade. Mas foi a partir do final da década de 1980 que a conexão de sistemas fotovoltaicos à rede pública de energia despertou o interesse de governos de países europeus. O início desse processo ocorreu com a instalação de centrais fotovoltaicas com potências variando de algumas centenas de quilowatts até alguns megawatts.
Foto: Sheds com módulos fotovoltaicos no centro de tecnologia da Schüco na Alemanha
Esse foi o ponto de partida para que pequenos sistemas fotovoltaicos conectados à rede pública fossem instalados em edificações preexistentes ou em construção. Segundo o professor Roberto Zilles, do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo (IEE/USP), durante a década de 1990 o mercado mundial de energia fotovoltaica cresceu à média de 20% ao ano, taxa que, entre os anos de 2000 e 2006, superou os 40%. Entre 2006 e 2007, a produção aumentou 69%. O desempenho dos índices mundiais deve-se aos programas de incentivos oferecidos pelo setor público naqueles países. A maior parte dos módulos produzidos vem sendo integrada a telhados de residências, coberturas de estacionamentos e de postos de gasolina e prédios públicos. Nesses casos, os edifícios passam a produzir parte da energia que consomem, podendo, em algumas situações, verter o excedente à reddistribuição de eletricidade.

Barreira econêmica

Segundo Zilles, a Associação da Indústria Solar Alemã (BSW) contabilizou, em 2007, a conexão de 130 mil novas instalações, representando a incorporação de 1.100 megawatts. Com isso, a Alemanha passou a contar com 430 mil sistemas, gerando uma potência total de 3.800 megawatts. No Brasil estão instalados apenas 20 megawatts, em locais onde não há fornecimento de eletricidade, principalmente nas regiões Norte e Nordeste do país, além de 19 sistemas conectados à rede, em áreas já providas de energia elétrica. A barreira econômica é apontada por pesquisadores brasileiros como a principal dificuldade a ser superada para a inserção mais agressiva dos sistemas fotovoltaicos no suprimento de eletricidade.
Foto: Edifício em Freiburg, Alemanha, com painéis fotovoltaicos na fachada

Atualmente, observa Zilles, a instalação turn-key (sistema entregue já pronto para operar) custa cerca de 6 mil dólares por quilowatt, sendo os custos anuais de operação e manutenção da ordem de 1% do investimento inicial. Considerando esses dados, somados a 25 anos de operação, taxa anual de desconto de 6% e fator de capacidade de 14%, obtém-se energia elétrica a 430 dólares por megawatt-hora. Estima-se que em cinco anos será possível construir unidades de geração com custo de instalação turn-key de 3 mil dólares por quilowatt, obtendo-se, nesse caso, energia elétrica a 220 dólares por megawatt-hora.

A partir dessa avaliação econômica, Zilles diz que a paridade entre a tarifa praticada junto ao consumidor final e o quilowatt-hora fotovoltaico está próxima de ocorrer - embora não uniformemente em todo o Brasil, pois depende de fatores regionais, como a oferta de fontes convencionais de energia, políticas tarifárias e disponibilidade do recurso solar. O tempo mínimo para a equiparação é de oito anos e o máximo, de 20 anos. Na avaliação do professor, a paridade vai implicar a criação de regras que facultem aos consumidores residenciais comprar a energia das concessionárias ou produzir a própria energia, através da instalação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede.

“Assim como ocorreu na Alemanha e na Espanha, há a necessidade de criar normas técnicas e regulamentação específica para a operação desses sistemas no Brasil. São pontos que podem ser utilizados para futuras discussões sobre as questões regulatórias que envolvem a aplicação de sistemas fotovoltaicos conectados à rede no Brasil”, observa Zilles. De acordo com a estratégia de incentivo adotada, será possível utilizar diferentes pontos de conexão, podendo influenciar, também, na demanda da edificação.

Como funciona
A geração de eletricidade a partir da luz solar é obtida através de células solares, dispositivos que têm seu funcionamento fundamentado no efeito fotovoltaico. O painel fotovoltaico é um conjunto composto pelas células fotoelétricas, filamentos elétricos e dois vidros monolíticos unidos por uma resina ultracristalina semelhante ao conceito do vidro laminado com PVB. “É um sanduíche desses elementos”, explica Michael Eidinger, gerente geral da Schüco do Brasil. Na prática, as células fotovoltaicas são agrupadas em série ou em paralelo para produzir corrente e tensão adequadas às aplicações elétricas. Tendo a configuração desejada, o conjunto é encapsulado com materiais especiais, de forma a proporcionar a necessária proteção mecânica contra possíveis danos externos. Obtêm-se, assim, os módulos fotovoltaicos, que podem apresentar diferentes tamanhos e potências.

O módulo tem o aspecto de um vidro retangular de 0,5 a um metro quadrado de área, com extremidades protegidas por um perfil de alumínio. Na parte posterior encontram-se as conexões externas e os pólos positivo e negativo, resguardados por caixas de conexão. O módulo fotovoltaico é o elemento básico que os fabricantes fornecem ao mercado e a partir dele o projetista deve planejar o gerador fotovoltaico, que será incorporado à edificação. Os módulos podem ser integrados em telhados e fachadas, pois todas as suas partes eletricamente ativas estão isoladas do exterior.

A produção de eletricidade fotovoltaica depende do tipo de módulo e da irradiação solar recebida - assim, em dias nublados haverá menor produção de energia. No entanto, podem ser projetados sistemas com acumuladores, para equilibrar a variação entre períodos nublados e ensolarados. A energia produzida fica armazenada em sistemas semelhantes às baterias de automóveis, porém mais resistentes a ciclos de carga e descarga. Se no automóvel a carga é mantida pelo alternador, no caso da energia fotovoltaica é o Sol o responsável pela alimentação.
Fonte: “Europe gains pv pole position”, artigo de Paula Mints, Oxford

O dimensionamento do sistema deve observar alguns parâmetros, como a região em que será instalado, uma vez que o potencial de energia solar varia no planeta. Assim, será possível identificar a posição mais adequada do painel, o ângulo de inclinação e a face do edifício em que será implantado. “De acordo com a localização ideal em relação ao Sol, é possível ter um rendimento de 40% a 110%, neste caso atingindo um desempenho acima do coeficiente de aproveitamento que o painel oferece”, observa Eidinger. O tipo de instalação - comprimento dos fios e quantidade de conexões - também influencia na performance do conjunto, podendo causar perda de carga na conexão com a rede elétrica. “Com esses parâmetros, é possível determinar quantos quilowatts-hora por metro quadrado a central fotovoltaica vai gerar”, explica Eidinger.

Imagem: Esquema da estrutura

Texto resumido a partir de reportagem de Cida Paiva e Jaime Silva Publicada originalmente em FINESTRA Edição 56 Janeiro de 2009

Um comentário:

Carolina disse...

Os incentivos fiscais aplicados na Espanha até setembro de 2008 eram tao elevados (cinco vezes mais que a energia eólica) que nao apenas o excedente da energia produzida era vendido, mas 100% dela. Foram criados verdadeiros parques fotovoltaicos ja que a produçao de energia solar fotovoltaica tornou-se um negocio extremamente rentável e lucrativo. Ou seja, as placas instaladas nunca foram utilizadas para o consumo proprio do edifício, mas sim para venda direta da energia produzida. É preciso avaliar muito bem os reais benefícios desse tipo de instalaçao e nao deixar de investir em outras soluçoes mais sustentáveis.