ARTIGO ORIGINAL
CAVALCANTE, Lucas Vitor De Castro [1], OLIVEIRA, Vinicíus Magno Uchôa Lima [2]
CAVALCANTE, Lucas Vitor De Castro. OLIVEIRA, Vinicíus Magno Uchôa Lima. Sistemas Fotovoltaicos: Uma alternativa na geração de energia elétrica. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 05, Ed. 11, Vol. 07, pp. 104-126. Novembro de 2020. ISSN: 2448-0959, Link de acesso:https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engenharia-eletrica/energia-eletrica
RESUMO
O presente artigo possui uma abordagem voltada para os sistemas fotovoltaicos como alternativa na geração de energia elétrica. Visando apresentar e demonstrar a viabilidade do sistema em questão, a pesquisa apresentou inicialmente o processo de produção de energia através do sistema fotovoltaico, descrevendo todo o processo de produção. Adiante é apresentada no artigo a classificação desse tipo de sistema e como o mesmo encontra-se dividido, além das características específicas de cada um. Uma apresentação das células fotovoltaicas foi realizada, apontando os diversos tipos existentes e suas especificações, em seguida apresentaram-se as medidas que têm sido adotadas pelo governo buscando incentivar a geração distribuída de energia como forma de melhorar cada dia mais a sua matriz energética.
Palavras-chave: Sistema fotovoltaico, Energia limpa, Energia Elétrica.
1. INTRODUÇÃO
Um dos grandes problemas da humanidade na atualidade, que promete um agravamento em um futuro bem próximo, as ações não forem tomadas é a questão da energia. O mundo atual possui uma dependência sem precedentes de energia elétrica e o modelo energético utilizado na maior parte do mundo, principalmente nos países industrializados é aquele fundamentado na utilização de recursos poluentes e não renováveis que tem no petróleo o seu principal representante. A crise energética mundial vem ocorrendo de forma progressiva, aliada a isso existe uma pressão muito grande para que se diminua a emissão de gases tóxicos na atmosfera.
Atualmente existe um grande esforço conjunto, voltado para a defesa das energias limpas, no entanto, não apenas como uma mera alternativa para compor a matriz energética das nações, mas sim como fonte principal de abastecimento elétrico que para a humanidade em um futuro muito próximo. Pois, o uso do petróleo é responsável por dois terços das emissões de gases que provocam o efeito estufa, tendo na indústria e no combustível de veículos automotores seus principais representantes (POMPELLI et al., 2011).
Outro aspecto a ser observado nesse contexto é a instabilidade do preço do petróleo, e isso faz com que exista uma relação direta entre a economia do petróleo e o incentivo ao uso de outros tipos de energias. Quando o preço do petróleo está elevado, aumenta sua substituição por outras formas de energia, quando o seu preço se encontra estável as verbas para outras fontes de energia escasseiam (FURTADO, 2013).
Diante dessa realidade, a energia fotovoltaica se apresenta como uma das alternativas de energia limpa e renovável. Seguindo essa perspectiva que se encontra o tema desse artigo: Energia fotovoltaica: uma alternativa na geração de energia elétrica. O objetivo principal do artigo é demonstrar a viabilidade da produção de energia fotovoltaica no Brasil. Dentre os objetivos específicos estão: conceituar energia fotovoltaica; apresentar o cenário da crise energética no Brasil; caracterizar as células fotovoltaicas e identificar a viabilidade do sistema fotovoltaico.
Metodologicamente o artigo constituiu-se de uma pesquisa bibliográfica de caráter explicativa, pois buscou trabalhar os fatos por meio de registro, análise e interpretação, com a preocupação de identificar suas causas. No que diz respeito às técnicas de pesquisa, o levantamento e coleta de dados se deu através de documentação indireta com pesquisa bibliográfica e documental, onde todo o material levantado foi lido, de forma a produzir o conhecimento que resultou neste artigo.
A motivação para escolha do tema que resultou neste trabalho encontra-se no fato, do mesmo se tratar de um tema atual e que se encontra em plena discussão nos nossos dias, em um mundo onde a energia é um elemento preponderante para a sobrevivência da humanidade, onde a busca pela utilização de energias limpas em substituição aos combustíveis fósseis tem se tornado cada dia mais presente na consciência dos governantes. Dessa forma, este trabalho busca contribuir para essa discussão como um elemento motivador para novas pesquisas.
2. A CRISE ENERGÉTICA NO BRASIL
A crise energética que o Brasil atravessa nos dias atuais, não é uma exclusividade do país, no mundo inteiro o problema não é recente, ele vem se revelando ao longo de décadas e está ligado diretamente à opção por uma matriz energética fundamentada em recursos não renováveis. Os países industrializados, bem como os em desenvolvimento adotaram modelos energéticos fundamentados no uso do petróleo e seus derivados, em consequência de ser um recurso não renovável, onde a maioria das jazidas encontra-se em processo de esgotamento o que compromete todo o processo de desenvolvimento das nações, seja ela desenvolvida, ou em processo de desenvolvimento.
Por outro lado, o uso dessa matriz energética ainda sofre a pressão da comunidade internacional por se tratar de uma matriz altamente poluente e principal emissora de gases tóxicos na atmosfera (MARQUES, 2012). Outro aspecto de grande relevância é o que diz respeito à concentração de reservas no Oriente Médio, os constantes conflitos presentes na região acabam se tornando uma constante ameaça ao abastecimento mundial. A guerra do YomKipur no ano de 1973 deu início a uma sequência de eventos críticos, seguida pela Revolução Islâmica no Irã e a Guerra Irã – Iraque em 1979/1980.
A terceira crise foi perpetuada pela invasão do Kwait pelo Iraque. A mais recente crise está ligada aos ataques terrorista de setembro de 2001 aos EUA, e se estende da Venezuela ao Oriente Médio com suas características particulares. Todo esse processo se desdobra nos fatos mais recentes onde as crises políticos sociais, envolvendo produtores mais recentes como a Rússia, Nigéria, China, Equador e Bolívia, ocasionando em retiradas de suas produções do mercado (MARQUES, 2012).
Todas essas crises levaram a um processo sucessivo do aumento de preço do barril do petróleo, o que acabou reafirmando uma tendência depressiva da economia mundial. Dessa forma, desde 1973 quando essa crise começa a se desenhar, os sucessivos e incontroláveis aumentos do preço do petróleo, tem produzido uma nova consciência mundial no que diz respeito ao consumo e produção de energia, tida até então pelo Homem como algo inerente a sua convivência (FURTADO, 2003).
O Brasil, apesar de sofrer as consequências das crises mundiais, as causas para a atual crise que o país atravessa são distintas. No contexto atual o país vive uma crise energética sem precedentes em sua história, motivada pelo aumento gradativo do consumo – uma necessidade dos tempos contemporâneos – e principalmente pela falta de investimento no setor, o que levou o país no ano de 2015 a um processo de racionamento imposto pelo Governo Federal, onde todos os setores da sociedade passaram a viver sob meta de redução de consumo, sob a ameaça de suspensão no fornecimento e multas (BRONZATTI; NETO, 2008).
Esse processo de crise não apareceu de uma hora para outra, diversos fatores influenciaram para que se chegasse à situação atual. Historicamente o país possui uma referência na contração dos investimentos na transmissão, distribuição e conservação de energia elétrica, além de uma dependência das usinas hidrelétricas que são responsáveis por aproximadamente 90% de toda a energia consumida no país, outro aspecto foram as mudanças ambientais que ocorreram no país, incluindo aí os baixos índices pluviométricos que influenciaram negativamente a matriz energética do Brasil, crescimento da demanda em decorrência do desenvolvimento econômico em diversos setores e o próprio aumento do consumo de energia elétrica residencial (VICHI MANSOR, 2009).
Na busca por alternativas para solucionar o problema da matriz energética mundial com base nos combustíveis fósseis e finitos, diversas pesquisas têm sido realizadas ao longo de anos, onde diversas alternativas de modelo sustentável já foram apresentadas, baseadas em energias limpas e renováveis. Dentre essas alternativas, várias já estão em funcionamento nos mais diversos lugares do mundo. No Brasil durante a crise do petróleo na década de 1970, teve início um projeto de desenvolvimento energético baseado em energias renováveis, a partir de produtos derivados como cana de açúcar, mamona e outras fontes orgânicas, conhecida como biocombustíveis (POMPELLI et al., 2011).
Além dos biocombustíveis outras formas de energia limpa se destacam no cenário atual, como a energia solar, a energia das marés, o biogás e a energia eólica. No entanto é preciso que seja levada em consideração a necessidade de um período de adaptação na mudança de um modelo energético com base em combustíveis fosseis para modelos sustentáveis, é preciso que se considere que se observe o período de adaptação e, preponderantemente os gastos. Apesar dos altos custos desses modelos de energia renováveis muitos deles já começam a ser praticados em larga escala em vários países do mundo, inclusive no Brasil (POMPELLI et al., 2011).
O Brasil vive na atualidade uma crise energética sem precedentes na sua história apesar de possuir uma matriz energética muito mais limpa do que a matriz energética mundial. Um longo período de ausência de investimento no setor, juntamente com um consumo crescente de energia elétrica, tem levado o país a consequências como momentos de apagão, racionamento e aumento das tarifas.
Figura 1 – Matriz energética Brasileira.
Não se pode perder de vista que essa crise é consequência de uma longa trajetória marcada pela falta de investimento na transmissão, distribuição, conservação da energia elétrica e principalmente uma dependência do país as usinas hidrelétricas, que responde por quase 90% da produção de energia no país, aliado a isso as transformações ambientais, principalmente os baixos índices pluviométricos e aumento da demanda em consequência do desenvolvimento de diversos setores econômicos (STREET, 2015).
3. ENERGIA FOTOVOLTAICA
Os sistemas denominados fotovoltaicos possuem a capacidade de produzir energia elétrica por meio das células fotovoltaicas. As chamadas células fotovoltaicas são constituídas de materiais com capacidade para converter a radiação solar em energia elétrica de forma direta, por intermédio do denominado “efeito fotovoltaico”. No contexto atual o silício é o material mais utilizado para este fim. O processo fotovoltaico se dá, a partir do momento em que, a luz do sol, por meio dos seus fótons, é absorvida pela célula fotovoltaica. A energia oriunda dos fótons da luz transfere-se para os elétrons que adquire a condição de mover-se. Este movimento dos elétrons acaba gerando a corrente elétrica (ALVES et al., 2012).
As células fotovoltaicas possuem uma série de formas a serem dispostas, no entanto, a forma mais utilizada é a montagem de módulos ou painéis solares. Além deste mecanismo, são utilizados também filmes flexíveis, que possuem as mesmas características dos painéis, ou ainda, a integração das células em outros materiais. A depender do uso a serem destinadas, as células poderão ser montadas em diversas formas distintas, de modo a promover a maximização da eficiência, além de se adequar as mais diversas necessidades e possibilidades (CABRAL; VIEIRA, 2012).
Os elétrons situam-se em uma órbita estacionária de energia de um átomo, até que o mesmo absorva ou emita energia, passando assim para outra órbita estacionária. A transição eletrônica entre as órbitas origina-se através do ganho ou da excedência de energia. Basicamente, existem três tipos de bandas de energia que classificam os níveis da quantidade necessária para que um elétron seja capaz de realizar a transação: banda de valência, banda proibida e banda de condução. A banda de valência refere-se a órbita no qual o elétron se encontra sob a intensa ação da força do núcleo atômico. A banda proibida trata-se de uma faixa de energia que o elétron precisa penetrar para seguir na banda da condução que se caracteriza pela liberdade que o elétron possui de interagir com a sua vizinhança (ALVES, 2007).
Um sistema fotovoltaico de energia, que funciona de forma isolada, compõe-se por um conjunto de parâmetros fotovoltaicos e equipamentos complementares que incluem baterias, controladores de carga e inversores, nos quais variam conforme a aplicação do sistema fotovoltaico. De acordo com Carlos, (2011) o fenômeno fotovoltaico foi observado pela primeira vez na história por Edmond Bequerel no ano de 1839, o mesmo corresponde ao surgimento de uma desigualdade de potência nos extremos de um semicondutor, quando ocorre a absorção da luz visível por parte deste. A energia fotovoltaica apresenta uma série de vantagens, dentre elas as adiante elencadas:
∙ Energia limpa, pois não emite poluentes durante a geração da eletricidade;
∙ Existe a possibilidade de instalação em todas as partes do planeta;
∙ A matéria prima destinada à sua produção é infinita. No entanto, algumas desvantagens são apresentadas pelo sistema fotovoltaico. A figura a seguir apresenta o mapa de radiação solar do Brasil:
Figura 2 – Mapa de radiação solar do Brasil.
No entanto, algumas desvantagens são apresentadas pelo sistema fotovoltaico:
Em comparação a fontes de energias fósseis, a sua densidade (o fluxo de potencial que chega à superfície terrestre) é diminuta, apenas <1KW/m2;
A energia solar pode ser prejudicada pelas condições de clima, além da variação da sazonalidade em uma determinada localidade;
Os equipamentos destinados a sua instalação para captação e conversão, necessitam de aporte financeiro superior aos destinados aos sistemas convencionais.
Em decorrência do pequeno fluxo de potencial solar, faz-se necessário a existência de uma grande área de captação, para que se possam alcançar potências mais elevadas. Por conta da oscilação da irradiação solar, ocorre a utilização de sistemas de armazenamento que na maioria das vezes não possuem grande eficiência. Por outro lado, o alto custo inicial, conduz a uma consideração da viabilidade econômica do projeto, levando em conta determinados aspectos como vida útil e as demais vantagens decorrentes do uso desse tipo de energia (BLUESOL, 2015).
Os sistemas fotovoltaicos podem ser implantados, em todas as regiões que possuam radiação solar adequada para o funcionamento do sistema. Este tipo de sistema não possui partes móveis e não fazem uso de combustíveis, por consistirem em mecanismos em estado sólido a sua manutenção é pequena. Durante o seu processo de funcionamento os mesmos não produzem ruído acústico ou eletromagnético, além de não emitirem gases tóxicos ou outra forma de poluição ambiental (BLUESOL, 2015).
É possível encontrar esse tipo de sistema instalado pelas áreas rurais do Brasil, já que o mesmo pode ser aplicado em diversas atividades. É comum encontrar os sistemas fotovoltaicos sendo utilizados na alimentação de cercas elétricas em propriedades agropecuárias, na refrigeração de vacinas e medicamentos em unidades de saúde, em sistemas de irrigação agrícolas, iluminação pública e bombeamento de água (CABRAL; VIEIRA, 2012).
Portanto, promover o uso e acessibilidade das novas tecnologias de energia solar é principalmente uma ação em defesa do planeta, pois este tipo de energia reduz de forma considerável a emissão de gases poluentes e causadores do efeito estufa na atmosfera, desde que seja estimulada a sua utilização e se conscientize a população da sua importância.
3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
De acordo com Demonti (2008) a classificação dos sistemas fotovoltaicos ocorre a partir da forma como é realizada a geração ou entrega da energia elétrica, como é demonstrado a seguir:
∙ Sistemas conectados à rede (On – Grid).
∙ Sistemas isolados;
3.1.1 SISTEMAS ISOLADOS
Um sistema fotovoltaico considerado isolado é aquele que não mantém ligação com a rede de distribuição de eletricidade das concessionárias. Este tipo de sistema pode ser classificado de duas formas: híbridos e autônomos (puros). Os sistemas autônomos podem, ou não possuir armazenamento elétrico.
3.1.1.1 SISTEMAS HÍBRIDOS
O sistema híbrido é ligado conjuntamente com outro sistema de formação de energia, ou seja com um motor secundário, e (em se tratando de um sistema híbrido solar – eólico, que é a junção de uma placa fotovoltaica e um motor eólico), que também pode ser um moto-gerador a combustível liquido, ou qualquer outro mecanismo de produção de energia elétrica.
O sistema fotovoltaico híbrido é um sistema dimensionado para o seu pico de produção seja atingido nos períodos de insolação e nem sempre possui um sistema de armazenamento de energia, o que pode aumentar sua autonomia durante a noite No entanto, quando este é presente a sua autonomia é menor ou igual a um dia (BLUESOL, 2015).
Figura 3 – Sistema híbrido
3.1.1.2 SISTEMAS AUTÔNOMOS (PUROS)
Um sistema considerado fotovoltaico puro é aquele que não possui outra maneira de produção de energia elétrica, em decorrência do sistema apenas produzir energia elétrica nos períodos de sol, os sistemas autônomos são possuidores de acumuladores que armazenam a energia para os momentos sem a presença do sol, comum durante a noite e nos dias de chuva ou nublado. Os acumuladores são dimensionados em função da autonomia que o sistema deve possuir, variando em decorrência das condições climatológicas local de onde ocorrerá à implantação do sistema fotovoltaico (DEMONTI, 2008).
Figura 4 – Sistema Autônomo com Armazenamento
3.1.1.3 SISTEMAS AUTÔNOMOS SEM ARMAZENAMENTO
Esse tipo de sistema funciona apenas durante o período de sol. O bombeamento de água é um exemplo deste sistema. As características das bombas se dão levando em consideração a necessidade água e o potencial solar da região. O painel fotovoltaico é dimensionado para fornecer potencial para a bomba. Normalmente um sistema fotovoltaico residencial autônomo é composto dos seguintes equipamentos:
∙ Painel fotovoltaico;
∙ Banco de baterias;
∙ Controlador de cargas/descarga das baterias;
∙ Cargas CC ou CA;
∙ Inversor autônomo, para cargas CA.
Normalmente, não se utilizam sistemas de armazenamento elétrico, o mesmo é realizado através da água no reservatório, como é demonstrado na figura a seguir:
Figura 5 – Sistema híbrido
3.2 ON GRID – GRID TIE
É um gerador de eletricidade que tem como combustível a energia solar, e que trabalha em conjunto com a rede elétrica da companhia distribuidora de energia.
3.2.1 SISTEMAS CONECTADOS À REDE (ON – GRID) OU (GRID – TIE)
Os sistemas fotovoltaicos conectados à rede são aqueles que alimentam as redes de distribuição, onde todo o potencial energético produzido é imediatamente direcionado para a rede, que atua como uma carga, absorvendo a energia. Este tipo de sistema também conhecido como on – grid, normalmente não utilizam sistemas de armazenamento, sendo desse modo, mais eficientes que os sistemas autônomos e por serem geralmente mais baratos. No entanto, os sistemas on – grid necessitam de regulamentação e legislação favorável, pelo fato de utilizarem a rede de distribuição das concessionárias para promover o escoamento da energia produzida (DEMONTI, 2008).
Componentes de um sistema fotovoltaico on – Grid Normalmente um sistema fotovoltaico on -Grid possui os equipamentos abaixo listados:
∙ Painel fotovoltaico;
∙ Cabeamento;
∙ Caixa de junção do painel fotovoltaico;
∙ Medidor (es) de energia;
∙ Inversor Grid –Tie.
Na figura 06 um exemplo do sistema On – Grid.
Figura 6 – Sistema fotovoltaico on – Grid (conectado à rede).
3.3 CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
A célula fotovoltaica consiste na unidade principal de um sistema fotovoltaico, é ela a responsável por promover a transformação da radiação em eletricidade. No entanto, apenas uma célula não é o bastante para produzir altas potências elétricas, por conta disto, são associadas diversas células que são colocadas em capsulas para proteção, constituindo dessa forma, um módulo fotovoltaico. Estes módulos comerciais possuem diversas diferenças entre si, a começar pela capacidade de produzir potencial, fator de forma, área, além de outros (RÜTHER, 2004).
3.3.1 TIPOS DE CÉLULAS FOTOVOLTAICAS
De acordo com Rüther (2004) os principais tipos de células fotovoltaicas que são fabricadas em escala comercial são as seguintes.
a) Células de Silício – O silício é o material mais encontrado na natureza após o oxigênio, porém, o mesmo encontra-se em combinação natural com vários outros materiais, apresentando-se como dióxido de silício e silicatos, sendo a areia e o quartzo suas formas mais habituais. A areia possui em sua composição um elevado teor de impurezas, o que inviabiliza o seu processamento, os depósitos de quartzito, porém, alcançam até 99% de pureza, e é essa areia sílica que será processada para obtenção da matéria pura. Na figura a seguir a representação de uma célula de silício cristalizado:
Figura 7 – Célula fotovoltaica de silício cristalizado.
b) Células de película fina – A produção de células de película fina existe desde os anos 1990. Esse processo ocorre a partir da aplicação do material semicondutor em um substrato, o mais comum é o vidro, por meio da deposição por vaporização, deposição caótica, ou banho eletrolítico. Os semicondutores utilizados com maior frequência são o silício amorfo, disseleneto de cobre e índio e o telureto de cádmio.
c) Silício amorfo – O silício amorfo é composto de uma rede irregular ao invés de uma estrutura de cristalina, por conta disso é que são formadas as ligações livres que absorvem hidrogênio até a saturação. A criação desses silícios amorfos hidrogenados acontece em reatores plasmáticos, por meio de vaporização química de siliano gasoso.
d) Disseleneto de cobre e índio – A produção das células de disseleneto de cobre e índio acontece através do revestimento do substrato com uma fina camada de molibdênio por meio da decomposição catódica.
e) Telureto de cádmio – As células do telureto de cádmio têm a sua produção sobre um substrato de vidro, juntamente com uma camada transparente de sulfato de cádmio do tipo N, e posteriormente com uma camada de cádmio do tipo P.
3.4 SISTEMA FOTOVOLTAICO E SUA VIABILIDADE
A energia fornecida pelo sol se dá através da radiação. Em decorrência da distância muito grande entre a Terra e o sol, a quantidade de radiação solar emitida que alcança a superfície da terra é muito pequena, ao ponto de que apenas 1KW/m2, dos 62,5 KW/m2 emitidos pelo sol, alcançam a superfície terrestre. Vale ressaltar que a quantidade de energia solar que alcança a superfície da Terra e que pode muito bem ser aproveitável, corresponde a um número dez mil vezes maiores do que a necessidade mundial por energia. Desse modo, para atender a atual demanda da humanidade bastaria apenas se utilizar 0,01% dessa energia disponível (SANTOS, 2011).
3.4.1 ANÁLISE DO LOCAL DE INSTALAÇÃO
Antes mesmo de se iniciar o estudo de dimensionamento e cálculo econômico para implantação de sistema fotovoltaico é necessário que se realize um minucioso estudo do local a ser instalado o sistema. Este estudo permitirá uma análise prévia das condições básicas presentes no local, que poderão definir a viabilidade de instalação do sistema fotovoltaico no mesmo. Onde o passo inicial seria identificar no local as condições viabilizadoras da instalação, bem como constatar possíveis soluções na possibilidade de a instalação não ser considerada viável (CASTRO, 2007).
Ao se realizar uma análise minuciosa do local a ser instalado o sistema fotovoltaico, é possível que vários equívocos de planejamento relativos à produção e consumo da energia sejam evitados, do mesmo modo que o levantamento do custo global do sistema a ser instalado. De acordo com Santos (2011) antes de se proceder a instalação do sistema é necessária que sejam levantadas diversas questões perante o cliente. Essas questões dizem respeito a aspectos técnicos, como o formato e inclinação do telhado destinado a instalação, as características da estrutura e subestrutura, modelo de cobertura, área do telhado disponível, prováveis sombreamentos, produção energética pretendida, abertura no telhado, tipo de módulos e várias outras.
Outras ações consideradas indispensáveis devem ser realizadas, como colher a documentação que dizem respeito à localização do imóvel, projetos e desenhos do mesmo, bem como todas as informações relativas ao imóvel que possam de alguma forma, influenciar na instalação do sistema fotovoltaico. Na visita ao local de instalação é fundamental que o engenheiro ou técnico responsável pelo projeto, esteja de posse de uma ficha de registro de dados sobre o imóvel, material de informação a respeito da tecnologia fotovoltaica, além de outros instrumentos úteis nesse momento (SERRA, 2005).
3.4.2 ANÁLISE DE PROVÁVEIS SOMBREAMENTOS
Faz-se necessário a realização de uma minuciosa das possibilidades de sombreamento que possam vir a ocorrer sobre o sistema, pois a projeção de sombras sobre um sistema fotovoltaico exerce uma grande influência na produção de energia, diferente do que ocorre nos sistemas solares térmicos, por conta dessa situação é necessário que esta análise seja realizada na fase prévia do projeto.
Na concepção de Santos (2011) quanto aos tipos de sombreamento, estes podem ser classificados de três formas diferentes:
∙ Sombreamento temporário – aquele que ocorre devido à existência de elementos como neve, folhas e sujeiras de um modo geral;
∙ Sombreamento decorrente da localização – consiste no sombreamento que ocorre por conta dos aspectos que envolvem o imóvel;
∙ Sombreamento produzido pelo imóvel – é o sombreamento constante produzido pelo próprio imóvel que precisa ser considerado.
Como consequência da análise do sombreamento é possível identificar a silhueta da sombra provocada pelo meio circundante no mapa da rota solar. A influência exercida pela sombra nos sistemas fotovoltaicos irá depender fundamentalmente da quantidade de módulos sob a influência da sombra, do nível de sombreamento e da disposição espacial e sentido da sombra no decorrer do tempo.
3.4.3 DIMENSIONAMENTOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AUTÔNOMOS
Para se realizar a implantação de um sistema fotovoltaico autônomo é necessário que seja realizado um dimensionamento bem pormenorizado, em decorrência da obrigação de se determinar um custo geral harmonioso, do mesmo modo que será preciso determinar critérios de dimensionamentos acertados, pois quando ocorre o superdimensionamento das instalações existe a possibilidade de elevação dos custos de instalação a um patamar que pode levar a inviabilidade do projeto.
Diferente do subdimensionamento que conduz a tecnologia ao descrédito (SHAYANI; OLIVEIRA; CAMARGO, 2006). A opção em demonstrar o dimensionamento de um sistema fotovoltaico autônomo, se deu pelo fato deste ser o mais utilizado em pequenas residências, principalmente na zona rural.
De acordo com Shayani, Oliveira e Camargo (2006); Oliveira e Camargo (2006), para realização do procedimento de dimensionamento existem determinados processos de avaliação que necessitam ser empregados:
∙ Avaliação de viabilidade técnica satisfazendo a disponibilidade de recurso solar no local;
∙ Avaliação das carências energéticas para nutriras cargas, levando em consideração as possibilidades que direcionam a economia de energia;
∙ Avaliação pormenorizada da disponibilidade de radiação solar;
∙ Desenvolvimento conceitual do sistema;
∙ Dimensionamentos dos elementos fundamentais do sistema;
∙ Escolha dos componentes;
∙ Revisão do projeto de instalação e do dimensionamento do sistema.
3.4.4 AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE TÉCNICA
A primeira ação a ser realizada no processo para instalação de um sistema de produção de energia fotovoltaico é uma avaliação de viabilidade técnica, onde será avaliado se o projeto oferece as condições de viabilidade econômica. Para Brito e Serra (2005) ao se constatar a viabilidade de instalação do projeto, algumas informações deverão ser buscadas no que diz respeito aos seguintes aspectos:
∙ O efetivo objetivo do sistema fotovoltaico;
∙ Perspectiva de expansão futura do sistema;
∙ Avaliação da logística referente à instalação do projeto;
∙ Determinação de um padrão de uso do sistema;
∙ Análise dos consumos referentes ao sistema;
∙ Determinação de um grau de segurança do fornecimento dos consumos.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Comparando o Brasil aos países que lideram a produção de energia fotovoltaica, como Alemanha, Japão e Espanha, existe uma diferença em decorrência de que estes países utilizam em grande escala tecnologias poluidoras como é o caso das termoelétricas, ou aquelas consideradas inseguras como a nuclear, de forma que os aspectos ambientais aparecem como um incentivo de relevância.
Além disso, como existem poucas possibilidades de fontes de energia renováveis, o investimento em tecnologias com alto custo acaba ocorrendo visando uma diversificação na matriz energética do país. No entanto, a situação do Brasil é distinta da dos países citados, em decorrência de que a maior parte da energia elétrica da matriz nacional ser oriunda das usinas hidrelétricas que consiste em uma energia limpa. Apesar desse aspecto, o Brasil nos últimos anos tem investido cada vez mais em energias limpas como é o caso da fotovoltaica e também a eólica. (CABELLO; POMPERMAYER, 2013).
Diante desse contexto, os investimentos que têm sido feitos pelo Brasil, prevê que em 2018 o país deverá estar entre os vinte maiores produtores de energia solar do mundo, levando em consideração a potência já contratada e o nível de expansão das outras nações. Estudos voltados para o setor elétrico preveem que em 2050 cerca de 18% das residências no Brasil já irão dispor de geração de energia fotovoltaica, ou aproximadamente 13% do total da demanda de eletricidade residencial (MME BRASIL, 2015).
Em virtude dessa política de crescimento de energias renováveis no ano de 2014 aconteceu a primeira contratação de energia solar de geração pública centralizada. No ano seguinte, dois novos leilões foram realizados somando um total de 2.653 MW contratados, com previsão de início de produção em 2017 e 2018. A modalidade dos leilões aconteceu no formato energia de reserva, com o objetivo de incrementar a utilização de energia fotovoltaica no Brasil. Essas ações são de grande relevância se for levado em consideração o potencial energético fotovoltaico do Brasil. A região Nordeste possui os maiores valores de irradiação solar global, com a maior média (18 MJ/m2 dia) e menor variabilidade anual, comparada com as outras regiões geográficas. A região central do estado da Bahia é a que apresenta os maiores valores de irradiação solar (MME BRASIL, 2016).
Dentre as ações adotadas pelo governo a fim de ampliar à geração de energia fotovoltaica, em 2015 foi lançado pelo Ministério de Minas e Energia o Programa de Desenvolvimento da Geração Distribuída de Energia Elétrica (PROGD). A expectativa é que o programa movimente em torno de R$: 100 bilhões em investimentos, até 2030. Possibilitando que aproximadamente 2,7 milhões de estabelecimentos possam ter energia produzida por eles mesmos. Podendo resultar em 23.500 MW de energia limpa e renovável, o que corresponde a 50% da produção da Usina Hidrelétrica de Itaipu.
Dentre as medidas propostas pelo programa está a atualização da Resolução Normativa no 482 da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) que estabelece a criação dos créditos de energia entre o consumidor-gerador e as distribuidoras, tornando mais interessante aos consumidores instalar equipamentos de geração de energia, como os painéis fotovoltaicos e as microturbinas eólicas para a produção de sua própria energia. De acordo com o MME BRASIL (2015) os principais pontos modificados foram os seguintes:
a) Prazo: de acordo com a nova medida, quando a quantidade de energia produzida pelo consumidor em certo mês for maior do que a que ele consumiu no mesmo período, o mesmo passa a ter um prazo de 60 meses para uso dos créditos, ao invés dos 36 estabelecidos no passado;
b) Autoconsumo remoto: consiste da possibilidade do consumidor poder fazer uso dos créditos a fim de quitar fatura de outros imóveis que o mesmo possua a titularidade do contrato e que o imóvel esteja em uma área de atuação da mesma distribuidora;
c) Condomínios: a nova regulamentação permite que sejam instalados equipamentos geradores de energia em condomínios, onde a energia gerada poderá ser dividida entre os condôminos;
d) Consórcios: outra novidade é a ”geração compartilhada”, que cria a possibilidade de vários interessados se unirem em formato de consórcio ou cooperativa, promovam a instalação de sistemas de geração e distribuam a energia produzida para reduzir as faturas dos participantes. Além dessas medidas o programa prevê ainda:
∙ Isenção de ICMS;
∙ Isenção de PIS/Cofins;
∙ Redução do Imposto de Importação;
∙ Apoio do BNDES.
Com essas ações o custo de implantação de um sistema fotovoltaico deve ter uma redução em torno de 20%, além da possibilidade de financiamento pelo BNDES.
Desse modo, é possível verificar que o Brasil tem realizado esforços para promover a geração distribuída de energia, em decorrência das vantagens apresentadas pela mesma, principalmente por se constituírem de fontes limpas e renováveis como é o caso da fotovoltaica, além disso, este tipo de energia é extremamente importante para a preservação do meio ambiente, pois, não emitem gases causadores do efeito estufa. Portanto, investir na energia fotovoltaica é acima de tudo uma necessidade dos tempos modernos da qual o Brasil não tem se eximido, apesar de estar aquém da sua capacidade de geração e muito distante dos países grandes produtores deste tipo de energia, como pode ser verificado no quadro abaixo.
Figura 8 – Principais países produtores de energia fotovoltaica.
| PAÍS | PRODUÇÃO ANUAL |
| Alemanha | 35,5 GW |
| China | 18,3GW |
| Itália | 17,6GW |
| Japão | 13,6GW |
| Estados Unidos | 12 GW |
| Espanha | 5,6GW |
| França | 4,6 GW |
| Austrália | 3,3 GW |
| Bélgica | 3 GW |
| Reino Unido | 2,9 GW |
Fonte: http://www.energiagirassol.com.br/
A tabela 01 apresenta o cenário atual da produção de energia fotovoltaica no mundo, com destaque para a Alemanha o maior produtor. O Brasil possui atualmente uma potência contratada de 2,6 GW com início de suprimento para 2017 e 2018, devendo em alguns anos estar figurando entre os maiores produtores do mundo (MME BRASIL, 2016).
Atualmente, a matriz elétrica nacional apresenta um índice renovável de 88%, na qual estima-se que em 2050 este índice seja capaz de alcançar 93%, sob as perspectivas mais otimistas de crescimento do país, em um cenário com taxa de consumo e geração de energia elétrica três vezes maior. Ainda assim, essa matriz seria capaz de ajudar na consolidação do compromisso brasileiro em mitigar cerca de 36% a 39% o volume de emissões de gases no efeito estufa, até 2020, promovendo, como um benefício adicional, bilhões de reais a economia. Nos próximos 40 anos, no âmbito econômico, a eliminação das termelétricas a óleo diesel, a carvão e nucleares, bem como a diminuição da participação das movidas a gás natural serão viáveis. Em 2050, 92,7% da produção de energia realizada no Brasil poderá originar-se das fontes renováveis. Sob um cenário otimista, a geração hidrelétrica corresponde a 45,65% da matriz brasileira, enquanto a energia eólica representa 20,38%, seguida pela biomassa com 16,6%, a energia solar, com 9,26% e, ainda o gás natural, com 7,33% de participação, único combustível fóssil considerado num estado de transição. (FOMATHEUS, 2015).
A figura 09: mostra de forma clara a previsão de crescimento renovável brasileiro.
Fonte: https://fomatheus.wordpress.com/2015/02/10/matriz-energetica-brasileira
A tabela 01 apresenta o cenário atual da produção de energia fotovoltaica no mundo, com destaque para a Alemanha o maior produtor. O Brasil possui atualmente uma potência contratada de 2,6 GW com início de suprimento para 2017 e 2018, devendo em alguns anos estar figurando entre os maiores produtores do mundo (MME BRASIL, 2016).
Segundo Fomatheus (2015), o uso de tecnologias limpas e renováveis garante o aumento da oferta de energia com menor agressão ambiental, estabilizando a dependência de recursos energéticos não renováveis sem que a mesma aumente, ao passo que, consequentemente, a interferência de políticas internacionais, como os choques de petróleo causados pela Organização dos Países Exportadores de Petróleo acabam diminuindo.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Diante do exposto ao longo do trabalho, foi possível observar que a questão energética é um dos grandes problemas da humanidade atualmente, isto, por uma série de fatores, um deles é a opção por uma matriz energética fundamentada nos combustíveis fósseis, e aí é preciso considerar tanto a sua possível escassez, como os danos provocados pelos gases oriundos da queima dos derivados desses combustíveis.
Nesse contexto, existe uma luta sendo travada por ambientalistas e organismos internacionais, que defendem a diminuição da emissão de gases poluentes na atmosfera, o que tem levado as grandes nações industrializadas a repensarem as sua matrizes energéticas, buscando compô-las com fontes de energia limpa e renováveis.
É diante dessa problemática que o sistema de produção de energia denominado de fotovoltaica, se apresenta como uma das alternativas para atender essa demanda que vem crescendo a cada dia por energia limpa, em decorrência da pressão dos ambientalistas e dos organismos internacionais que atuam em defesa do meio ambiente. Nesse cenário o Brasil é altamente favorecido pelas questões climatológicas que torna a utilização deste tipo de energia em plenamente viável.
A fim de demonstrar a viabilidade do sistema fotovoltaico como uma alternativa de produção de energia elétrica, a pesquisa procurou apresentar de forma pormenorizada o processo de funcionamento do sistema, além de apontar a série de vantagens que o mesmo possui, mas sem deixar de também revelar as suas desvantagens.
Outro aspecto que foi cuidadosamente tratado pela pesquisa foi o que diz respeito à classificação dos sistemas fotovoltaicos, a pesquisa apresentou os dois tipos de sistema (isolado e conectado a rede), onde cada um foi devidamente caracterizado e descrito com o objetivo de proporcionar uma maior compreensão sobre os mesmos.
Diante desse contexto o Brasil o que se verifica é que a crise atravessada pelo país no setor energético ocorre por uma série de fatores, mas principalmente pela ausência de investimento no setor ao longo de anos. Quando comparada a sua matriz energética com o a matriz mundial se constata que o país possui uma matriz mais limpa, o que pode ser visto como uma vantagem a partir do momento em que o país busque melhorar ainda mais a qualidade da sua matriz energética, quando se trata do uso de energia limpa. Atendendo dessa forma, as reivindicações daqueles que militam em favor do meio ambiente e tornando-se menos dependente dos combustíveis fósseis para geração de energia elétrica. Além de estar dando um grande passo para adquirir sua autonomia energética.
REFERÊNCIAS
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MME BRASIL, Ministério de Minas e Energia. Brasil estará entre os 20 países com maior geração solar em 2018. 2016. <http://www.brasil.gov.br/infraestrutura/2016/01/brasil-estara-entre-os-20-paises-com-maior-geracao-solar-em-2018>. Acesso em: 18 julho 2020.
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[1] Graduado em Engenharia Elétrica.
[2] Orientador. Doutorado em andamento em Engenharia Eletrotécnica. Mestrado em Engenharia Elétrica. Especialização em andamento em Engenharia Biomédica com ênfase em Engenharia Clínica. Especialização em Especialização em Automação de Processos Industria. Graduação em Engenharia Elétrica. Graduação em Systèmes RF et optoélectroniques.
Enviado: Outubro, 2020.
Aprovado: Novembro, 2020.
