Universidade Presbiteriana Mackenzie
VIABILIDADE ECONÔMICA DE IMPLANTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR EM
PEQUENAS COMUNIDADES ISOLADAS
Marcelo Ickowicz Krybus (IC) e Agostinho Celso Pascalicchio (Orientador)
Apoio: PIBIC Mackenzie
Resumo
O trabalho pretende promover a incorporação do conceito desenvolvimento sustentável na geração
de energia elétrica em comunidades isoladas do país. O trabalho apresenta definições da expressão
desenvolvimento sustentável e sua relação com a geração de energia elétrica, como por exemplo, a
evolução dos investimentos em fontes renováveis de energia elétrica em substituição dos
combustíveis fósseis. Para poder analisar a viabilidade da implantação da energia solar em pequenas
comunidades isoladas, inicialmente é necessário verificar as condições atuais de geração elétrica
nestas regiões, inclusive os incentivos financeiros praticados pelo Governo. A seguir, as tecnologias
de geração de energia solar, usinas termossolares e painéis fotovoltaicos, serão devidamente
caracterizados para assim poder definir qual a tecnologia ideal para abastecer comunidades isoladas.
Para estudar a viabilidade econômica da utilização da energia solar como fonte elétrica, este trabalho
propõe a criação de uma comunidade que terá por hipóteses o consumo de energia baseado em
critérios habituais do Brasil. Será realizada uma análise e comparação dos custos dos sistemas de
geração elétrica para poder encontrar um modelo financeiramente viável e sustentável. Calculado os
preços dos sistemas elétricos e seus respectivos investimentos foi avaliada a melhor opção com
indicação para um sistema híbrido com a utilização de painéis fotovoltaicos e gerador a óleo diesel.
Palavras-chave: desenvolvimento sustentável, comunidades isoladas, energia solar
Abstract
The work aims to promote the incorporation of sustainable development concept in the generation of
electricity in isolated communities in the country. The paper presents definitions of the term
sustainable development and its relation to power generation, such as the evolution of investments in
renewable energy to replace fossil fuels. To examine the feasibility of installing solar energy in small
isolated communities, it is necessary to initially verify the current conditions of electricity generation in
these regions, including financial incentives applied by the government. After the solar generation
technologies, thermo-solar hydroelectric and thermo photovoltaic panels are properly characterized,
the ideal technology to supply isolated communities could be defined. To study the economic
feasibility of using solar energy as power source, this paper proposes the creation of a community that
will have the hypothetical power consumption based on the usual criteria of Brazil. There will be an
analysis and comparison of costs of electricity generation systems in order to find a financially viable
and sustainable model. Calculated prices of electrical systems and their investment we came to the
conclusion that best indication is a hybrid system with the use of photovoltaic panels and diesel
generator.
Keywords: sustainable development, isolated communities, solar energy
.
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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
1. INTRODUÇÃO
Durante a recente história do Mundo é possível destacar a energia elétrica como um dos
bens primários essenciais para alavancar a evolução do ser humano. Desde o seu
surgimento até os dias atuais, a energia elétrica se mostra indispensável para o crescimento
de um país, Estado ou até mesmo um pequeno vilarejo. Isto é constatado através do
processo de desenvolvimento das sociedades ao longo da historia. Por exemplo, a
Inglaterra, sem a ocorrência das usinas geradoras de energia, não conseguiriam o “boom”
de desenvolvimento durante a Revolução Industrial em meados do século XVIII.
Inicialmente os combustíveis fósseis dominavam a matriz de energia elétrica. De um tempo
para cá, com o alto nível de crescimento mundial e o decorrente aumento da demanda
elétrica foi observado que tal desenvolvimento estava causando impactos negativos ao meio
ambiente. A pressão dos ambientalistas para a redução de gases poluentes originários dos
combustíveis fósseis estimulou a diluição da matriz elétrica mundial em outras fontes de
energia graças ao avanço tecnológico. Assim surgiram as primeiras fontes renováveis. A
partir de então o conceito desenvolvimento sustentável ficou em evidência.
Atualmente segundo HINRICHS, KLEINBACH e REIS (2010): “Energia, meio ambiente e
desenvolvimento econômico estão forte e intimamente conectados.” e, por isso, a expressão
desenvolvimento sustentável tem sido incorporada a novos projetos de geração de energia,
com o objetivo de evitar a degradação do meio ambiente. São exemplos desta degradação:
nas usinas hidrelétricas grandes áreas são inundadas e nas termelétricas o consumo de
materiais derivados do petróleo agrava o aquecimento global. Outros efeitos como
vazamentos radioativos, chuva ácida, mudanças climáticas, efeito estufa, entre outros
também estão ligados ao processo de geração de energia elétrica.
O enfoque do estudo é a viabilidade econômica para implementação da energia solar em
pequenas comunidades isoladas no Brasil. Esta fonte renovável oriunda da radiação solar
tem grande potencial para ser uma das principais fontes de energia elétrica do país, porém
ainda é pouco difundida. A utilização da energia solar é viável financeiramente no Brasil?
O estudo pretende contextualizar a expressão desenvolvimento sustentável na geração de
energia elétrica. De forma a analisar o cenário atual de abastecimento elétrico no Brasil e
nas comunidades isoladas, identificar as oportunidades do uso da energia solar, apresentar
as tecnologias para obter energia a partir da radiação solar e, por ultimo, avaliar a
viabilidade financeira da implementação de usinas solares em comparação a geradores
elétricos a óleo diesel.
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2. DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL E A GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Desenvolvimento e sustentabilidade são dois conceitos muito abordados atualmente.
Líderes de Governo almejam o desenvolvimento dos respectivos países, já sócioambientalistas desejam que os projetos de desenvolvimento sejam sustentáveis. Neste
âmbito, surge a expressão desenvolvimento sustentável com o objetivo de conciliar as
necessidades de crescimento de um país e a preservação socioambiental do mesmo.
A definição de desenvolvimento sustentável segundo o Relatório Brundtland, estabelecido
na Comissão Mundial para o Meio Ambiente e o Desenvolvimento em 1987 é o modelo de
“desenvolvimento que satisfaz as necessidades da geração presente sem comprometer a
capacidade
das
gerações
futuras
para
satisfazer
suas
próprias
necessidades”
COSTABEBER (2002). Já segundo Romeiro “... o desenvolvimento para ser sustentável,
deve ser não apenas economicamente eficiente, mas também ecologicamente prudente e
socialmente desejável” ROMEIRO (1998). Atualmente, existem diversas definições para
desenvolvimento sustentável e pode-se perceber uma evolução no conceito com o passar
do tempo.
Na geração de energia elétrica, o desenvolvimento sustentável se introduz através da
substituição das fontes esgotáveis (combustíveis fósseis) pelas fontes renováveis de
energia. Isto porque a combustão dos combustíveis fósseis libera dióxido de carbono e
outros gases poluentes que provocam mudanças climáticas globais e outros danos ao meio
ambiente. Segundo HINRICHS, KLEINBACH e REIS (2010), a cada ano, a queima de
combustíveis fósseis gera mais de 5 bilhões de toneladas de carbono na atmosfera e este
número aumenta cerca de 80 milhões de toneladas por ano. Estes dados são demonstrados
através do Gráfico 1 que exibe a evolução mundial das emissões de dióxido de carbono por
combustíveis fósseis.
Gráfico 1 – Evolução da emissão de dióxido de carbono na atmosfera por combustíveis fósseis
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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Hoje, é possível perceber o constante esforço em priorizar a utilização de recursos
renováveis em novos projetos para geração elétrica para que se consiga reverter esse
cenário. Porém, o alto custo envolvido na implantação de fontes alternativas de energia
ainda impede que estas figurem entre as fontes mais significativas na matriz elétrica
mundial. Mesmo assim, nota-se que nos últimos anos houve uma comoção mundial em prol
do meio ambiente e a adoção do espírito sustentável através do Gráfico 2, no qual é exibido
Bilhões de Dólares
a ampliação de 800% dos investimentos em fontes renováveis entre 1995 e 2007.
Energia
Solar
Outras fontes
Energia Eólica
Gráfico 2 – Evolução dos investimentos em fontes renováveis
No Brasil, a base da matriz de oferta de energia elétrica (Gráfico 3) é a energia hidroelétrica,
que representa aproximadamente 73% do total de energia elétrica produzida no país. Esta
fonte é considerada renovável já que para a geração elétrica não é necessário qualquer tipo
de queima de combustível. Em contra partida, para a instalação de uma usina hidroelétrica é
necessário à inundação de grandes áreas de biomas que causa o desequilíbrio do
ecossistema local além da ampla dependência do regime de chuvas. No Brasil, o maior
potencial para geração hidroelétrica se encontra na região amazônica, conforme a Figura 1.
A instalação de novas usinas hidroelétricas na região amazônica tem causado grandes
discussões entre grandes empresários do ramo de eletricidade e ambientalistas. HINRICHS,
KLEINBACH e REIS (2010)
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Gráfico 3 – Matriz de Oferta de Energia Elétrica no Brasil (2008)
Figura 1 - Potencial Hidroelétrico por Região – Junho/2009
Frente ao grande potencial das usinas hidroelétricas (Figura 1), outras fontes renováveis
acabam perdendo espaço mesmo tendo potencial para figurarem em destaque na matriz
elétrica do país. As fontes renováveis somam apenas 5% da matriz de oferta de energia
elétrica (Gráfico 3), sendo a Biomassa a mais representativa com 4,1%. Para um país que
deseja ter incorporado em sua política o desenvolvimento sustentável, esse valor é irrisório
pela vasta variedade de recursos renováveis disponíveis para geração de eletricidade no
país. Enquanto isso outros países com recursos naturais restritos gastam milhares de
dólares em novas tecnologias para atender suas demandas energéticas. Apesar dos
conhecimentos sobre energia renovável, ainda há falta de incentivos e investimentos para
utilização de fontes alternativas com a finalidade reduzir os impactos negativos ao meio
ambiente.
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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
3.
SITUAÇÃO
ATUAL
DA
GERAÇÃO
DE
ELETRICIDADE
EM
PEQUENAS
COMUNIDADES ISOLADAS NO PAÍS
A produção e transmissão de 97% da energia elétrica no Brasil são de responsabilidade do
Sistema Interligado Nacional (SIN), sistema de grande porte de usinas hidroelétricas e
usinas termelétricas, conforme pode ser observado na Figura 2 que ilustra o mapa da rede
de distribuição prevista do SIN em 2012. Já os outros 3% são provenientes dos Sistemas
Isolados que se localizam majoritariamente na Região Norte do país e atendem
aproximadamente 45% do território nacional. Nas capitais desta região, exceto Belém, há
infraestrutura para geração elétrica através de geradores elétricos a gás natural, óleo
combustível ou óleo diesel, enquanto que nas cidades interioranas, com os diversos
obstáculos encontrados pela logística energética, o abastecimento de energia é feito
exclusivamente através de pequenas unidades geradoras a óleo diesel. A Figura 3 mostra
as unidades geradoras elétricas a óleo diesel e óleo combustível autorizadas pela Agência
Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) em 2001 e confirma que o maior número de usinas a
óleo diesel se localiza no interior dos Estados da Região Norte.
Figura 2 – Sistema Interligado Nacional
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Figura 3 – Unidades geradoras de energia elétrica a óleo diesel e a óleo combustível no Brasil (2001)
As cidades interioranas do país sem ligação a rede do SIN são regiões com baixa densidade
demográfica em sua maioria e, por isso, são consideradas pequenas comunidades isoladas.
Estas se caracterizam por possuir infraestrutura urbana deficiente, atividade econômica em
baixa escala e difícil acesso por estar fora do eixo de grandes rodovias.
O Censo 2000, realizado pelo IBGE, revela que os Estados brasileiros com menor
densidade demográfica e menor percentual de pessoas que vivem em domicílios com
energia elétrica encontram-se nas Regiões Norte e Nordeste do país, conforme o Gráfico 4,
que cruza estas informações.
Gráfico 4 – Densidade demográfica x Percentual de pessoas que vivem em domicílios com energia elétrica
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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Para as comunidades isoladas, não há necessidade de fazer altos investimentos para
conexão ao SIN, já que estas têm capacidade de serem autônomas enquanto ao
fornecimento de energia elétrica. Um dos motivos da escolha do uso de geradores a óleo
diesel como fonte elétrica em comunidades isoladas foi resultado, de acordo com Aymoré de
Castro
Alvim
Fº
(1998
apud
CONGRESSO
BRASILEIRO
DE PLANEJAMENTO
ENERGÉTICO, 1998), das dificuldades encontradas na implantação de aproveitamentos
hidroelétricos, tais como longas distâncias de transmissão, dificuldade de deslocamento e
alto custo das instalações, tornando-se desta forma a opção mais viável naquele momento
do ponto de vista econômico. Outro motivo da escolha do óleo diesel como combustível, de
acordo com Fernando Amaral de Almeida Prado Jr (1998, apud CONGRESSO
BRASILEIRO DE PLANEJAMENTO ENERGÉTICO, 1998), ocorreu já que após a queda do
preço do petróleo e sua estabilização mundial, as alternativas menos comuns de geração de
energia, perderam a viabilidade econômica.
Atualmente a opção por estas usinas se dá devido à simplicidade de instalação e operação,
porém o motivo mais vantajoso é o subsídio praticado pelo Governo de financiar
aproximadamente 90% do custo do óleo diesel. Este subsídio é chamado de Conta de
Consumo de Combustível para os Sistemas Isolados, ou mais conhecido como CCC.
Segundo a Aneel, a CCC é uma conta “... rateada entre todos os consumidores de energia
elétrica do País...” recolhida mensalmente pelas distribuidoras de energia elétrica e
repassadas nas tarifas para os consumidores finais para cobrir os custos do uso do óeleo
diesel para geração elétrica nos Sistemas Isolados. A CCC pretende atingir a igualdade
entre os custos de geração das diversas matrizes energéticas, de forma que haja o
reembolso da diferença entre os custos de geração elétrica por geradores a óleo diesel e os
custos envolvidos na geração da quantidade equivalente de energia em uma usina
hidroelétrica.
Ademais, a CCC estimula qualquer empreendimento que promova a substituição de geração
elétrica a combustíveis fósseis em comunidades isoladas por fontes renováveis de energia
elétrica, de forma que 75% do investimento inicial faz parte do rateio da CCC.
No final de 2009 houve uma mudança na legislação em que a CCC deveria cobrir além do
custo do combustível, mas também todos os custos envolvidos na geração da energia
elétrica (instalação e manutenção). Com esta revisão, a arrecadação em 2010 aumentou
cerca de 90% com valor de R$ 4,757 bilhões. Este valor tende a cair nos próximos anos já
que o Ministério de Minas e Energia planeja a construção de uma linha de transmissão que
ligará Manaus a Boa Vista, reduzindo assim o número de Sistemas Isolados.
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4. APRESENTAÇÃO DAS TECNOLOGIAS PARA GERAÇÃO DE ENERGIA SOLAR
De acordo com HINRICHS, KLEINBACH e REIS (2010): “Diariamente, a Terra recebe
muitas vezes mais energia do Sol do que a consumida sob todas as outras fontes”.
Entretanto o aproveitamento desta fonte inesgotável de energia é muito aquém do seu
potencial. No Brasil não é diferente, a energia solar é pouco utilizada frente o potencial do
país para geração de energia elétrica solar.
Esta fonte renovável contribui na redução de dióxido de carbono na atmosfera, uma vez que
a única forma de poluição ocorra durante a fabricação de seus componentes. A usina solar
deve ser instalada em locais em que haja incidência de raios solares e, ao longo do
processo de geração de eletricidade, não há qualquer forma de ruído. A grande
desvantagem desta fonte é a baixa eficiência para transformar a insolação solar em energia
elétrica, e também a extrema dependência do clima, já que em dias nublados a geração
elétrica se reduz consideravelmente e no período noturno a produção é nula. HINRICHS,
KLEINBACH e REIS (2010).
O motivo para a indevida exploração desta fonte renovável é a falta de incentivos e
investimentos. Uma possível causa segundo o político americano Ralph Nader, é: “O uso da
energia solar ainda não vingou porque a indústria petrolífera não é a dona do Sol.”. Isso
porque com o pleno emprego da energia solar, como também de outras fontes renováveis,
os combustíveis fósseis perderiam espaço e consequentemente o lucro das indústrias
petrolíferas iriam diminuir consideravelmente. Já para HINRICHS, KLEINBACH e REIS
(2010), são os altos custos comparados a outras fontes de eletricidade que impedem a
propagação da energia solar, mas que com avanços tecnológicos e massificação de uso
esses custos tendem a cair.
Existem duas tecnologias diferentes para geração de energia elétrica solar, são elas: Usinas
termossolares e painéis fotovoltaicos.
4.1 AS USINAS TERMOSSOLARES
As instalações elétricas termossolares são formadas por coletores concentradores com a
finalidade de focar a luz solar diretamente para o aquecimento de fluidos. Estes a alta
temperatura, por meio de um trocador de calor, produz vapor capaz de fazer funcionar uma
turbina para finalmente produzir eletricidade. Existem três tipos de sistemas coletores
concentradores: calhas parabólicas, utilizado para temperaturas medianas (Figura 4a),
concentradores parabólicos (Figura 4b) e receptores centrais (Figura 4c). HINRICHS,
KLEINBACH e REIS (2010).
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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
Figura 4a – Calhas parabólicas
Figura 4b – Concentrador parabólico
Figura 4c – Receptor central
As usinas termossolares necessitam de grandes espaços para funcionamento e ter acesso a
grandes volumes de água (difícil emprego em regiões desérticas). Além disto, as usinas
termossolares não são recomendadas a comunidades isoladas, pois há necessidade de
estar interligada a rede de transmissão e a potência gerada é muito grande para pequenas
populações.
4.2 OS PAINÉIS FOTOVOLTAICOS
A geração fotovoltaica consiste na conversão de luz solar diretamente em eletricidade e
para HINRICHS, KLEINBACH e REIS (2010), “... tem sido e continuará sendo uma das mais
fascinantes tecnologias no campo da energia.”. Atualmente módulos fotovoltaicos ainda são
considerados caros, porém com o passar do tempo este cenário tem mudado. Segundo o
estudo realizado por John Blackburn e Sam Cunningham da Universidade Duke na Carolina
do Norte, Estados Unidos da América, nomeado de Custos Solares e Nucleares, o custo por
kW para geração de energia elétrica fotovoltaica (FV) se igualou em 2010 ao custo por kW
de usinas nucleares (Gráfico 5). A tendência é de que futuramente seja mais vantajoso
financeiramente à utilização de painéis fotovoltaicos. Com isso a energia nuclear que
atualmente tem uma representatividade considerável na matriz elétrica seria apenas
utilizada em países que não possuam taxa anual média de radiação solar necessária para
geração de energia elétrica.
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Gráfico 10 – Comparação entre os custos de Kw Solar Fotovoltaico (FV)/Nuclear
O material das células fotovoltaicas é o silício, um dos materiais mais difusos na Terra, o
que sugere não haver problemas para a fabricação dos painéis em longo prazo. O silício
monocristalino é a forma mais encontrada em células fotovoltaicas atualmente. HINRICHS,
KLEINBACH e REIS (2010). Há diversos estudos para desenvolver nova manufatura das
células para a energia solar fotovoltaica se tornar mais competitiva técnica e
economicamente. Atualmente o Brasil esta desenvolvendo uma técnica para produzir silício
grau solar o que pode em um futuro breve diminuir o preço de módulos solares no país. Na
Figura 5 é possível observar um painel fotovoltaico em pleno funcionamento.
Figura 5 – Painel Fotovoltaico
O ciclo da geração fotovoltaica ocorre da seguinte maneira: inicialmente a luz solar, formada
por partículas de energia luminosa (fótons), em contato com o material da célula solar
(silício) causa a transferência dos fótons aos elétrons do material, fenômeno conhecido
como efeito fotoelétrico. Assim é produzida corrente elétrica, voltagem (através do campo
elétrico da célula) e, por conseguinte, a potência elétrica. A corrente gerada nas células é
corrente continua (CC), porém para o uso dos principais eletrodomésticos é necessário à
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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
inversão da corrente para corrente alternada (CA), por meio de um inversor. A energia
elétrica produzida pode ser consumida logo após sua geração, ou pode ser armazenada.
Para isso, são necessárias baterias e um controlador para monitorar a carga da bateria e
impedir o seu descarregamento total, ou seja, com finalidade de aumentar a sua vida útil.
HINRICHS, KLEINBACH e REIS (2010).
A maior parte da luz incidente sobre uma célula é perdida antes que possa ser convertida
em energia elétrica. Desta forma a eficiência de conversão da radiação solar em energia
elétrica fotovoltaica varia entre 10% e 15%, dependendo do material das células. O
esquema de um módulo fotovoltaico com bateria e controlador esta representado na Figura
6. HINRICHS, KLEINBACH e REIS (2010).
Figura 6 – Esquema da geração elétrica fotovoltaica
Sabe-se que a potência elétrica gerada é proporcional a quantidade de luz incidente e a
área do painel fotovoltaico, desta forma, em regiões com grande índice de insolação, por
exemplo, desertos, a geração elétrica é maior. No Brasil, a Região Nordeste recebe a maior
quantidade de radiação solar, como pode ser visto no mapa de radiação solar anual no país
na Figura 7.
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Figura 7 - Radiação solar global diária (média anual típica)
5. COMPARAÇÃO DE CUSTOS DA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
FOTOVOLTAICA E GERADORES ELÉTRICOS A ÓLEO DIESEL
Para poder realizar esta comparação, se faz necessário selecionar uma população fictícia
para uma comunidade isolada com a finalidade de estimar o consumo de energia elétrica
total. O número de habitantes adotado é uma média aritmética da população entre três
comunidades isoladas no país. Os agrupamentos isolados se situam na região Norte do
país, mais precisamente na região amazônica e a seguir serão apresentados bem como
suas respectivas populações: Batista (608 habitantes), Monte Cristo (136 habitantes) e
Santa Teresa (160 habitantes). A partir daí é possível determinar uma população média de
aproximadamente 300 habitantes, e ainda, com a estimação de que em cada domicílio
possuam 4 pessoas, pode-se chegar a conclusão de que na comunidade fictícia existam 75
domicílios para abastecimento de energia elétrica.
Feito isto, pode-se avaliar o consumo de energia elétrica em cada domicilio através dos
eletrodomésticos básicos que supostamente são utilizados em cada domicílio. A Tabela 1
nomeia quais sãos os equipamentos utilizados, a quantidade, a respectiva potência, o tempo
de uso e o consumo diário de cada equipamento por domicilio.
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Equipamento
Quantidade Potência (W) Tempo de uso diário (horas) Consumo diário (kWh)
Geladeira 1 porta
1
200
16
3,2
Lâmpada fluorescencte compacta
4
15
4
0,06
Rádio Pequeno
1
10
2
0,02
Televisão em cores 20"
1
90
5
0,45
Total
3,73
Tabela 1 – Consumo elétrico diário por domicílio
O consumo de energia elétrica diário de cada domicílio é de 3,73kWh, portanto para 75
domicílios serão necessários aproximadamente 280 kWh. Para atender esta demanda
elétrica é necessário calcular um fator resultado da divisão entre a oferta e demanda de
energia elétrica. O fator no Brasil gira em torno de 2 e tem como significado garantir que o
sistema elétrico a ser instalado seja capaz de sustentar o fornecimento de eletricidade
mesmo em situações de pico, ou seja, no momento em que todos os equipamentos da
comunidade estarem sendo utilizados. O fator multiplicado por 280 kWh e logo em seguida o
produto ser dividido por 24 horas (número de horas em 1 dia), resultará na potência
recomendada para o gerador de energia elétrica. No caso da comunidade isolada fictícia, o
gerador deve ter potência de 24 kW para conseguir abastecer os moradores em qualquer
momento .
A tecnologia de geração elétrica fotovoltaica é a mais viável para atender esta comunidade
já que as usinas termossolares devem estar conectadas a uma rede de transmissão elétrica,
pela potência gerada ser muito elevada para pequenas regiões e finalmente pelo alto
investimento inicial.
A análise a seguir foi feita através de dados obtidos na entrevista com Patrick Kann,
desenvolvedor de negócios de uma empresa que vende projetos de novos módulos de
energia solar.
Serão apresentados 4 sistemas de geração elétrica: gerador a óleo diesel, energia
fotovoltaica com e sem baterias para armazenagem e um sistema híbrido entre a geração
elétrica fotovoltaica e a óleo diesel. Em todas as análises: os custos estão representados em
dólares, não foram considerados os custos de manutenção, já que os valores entre os
sistemas são semelhantes e também não foi considerado qualquer forma de incentivo
financeiro.
O método do Fluxo de Caixa Descontado foi utilizado para avaliar os investimentos e
calcular os respectivos preços unitários de energia elétrica (US$/kWh). Como a Taxa Interna
de Retorno (TIR) para novos projetos de energia elétrica é avaliada em 10% é possível obter
o preço unitário de cada sistema gerador de energia elétrica a partir dos respectivos custos
e receita. Para os sistemas estudados: há o custo de instalação que é obtido pela
multiplicação do custo unitário de instalação pela potência da instalação, já a receita anual é
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obtida pela multiplicação do preço unitário de energia, o fator de capacidade do sistema, a
potência da instalação e o total de horas em um ano (8760 horas).
5.1 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A ÓLEO DIESEL
Como já foi mencionado, este tipo de geração elétrica é o sistema utilizado atualmente em
comunidades isoladas. Nele além do custo de instalação há despesas com o transporte do
combustível e o próprio combustível. O cálculo do custo total do óleo diesel foi feito através
da média de preços aplicados para os Sistemas Isolados pelas distribuidoras do combustível
em 2009. O câmbio adotado, com fechamento no dia 29/11/2010, foi de US$1,00
equivalendo a R$1,75.
O gerador a óleo diesel tem vida útil curta, sendo capaz de produzir energia elétrica apenas
durante 10 anos, sem estar em operação máxima a todo o tempo. O fator de capacidade
deste sistema, que equivale à proporção entre a produção efetiva e a produção máxima
(pico) é de 50%. A seguir será apresentada a Tabela 2 com todas as informações
consolidadas.
Custo de Instalação
Instalação
Fator de Capacidade
Retorno
Custo do Diesel
Consumo
Preço de Energia
US$/kW
kW
%
%
US$/litro
litro/kWh
US$/kWh
250
24
50%
10%
1,08
0,40
0,44
Tabela 2 – Consolidação dos dados para instalação de geradores a óleo diesel
A despesa anual com o óleo diesel é determinada a partir da multiplicação do custo do
diesel, o consumo do combustível, o fator de capacidade do gerador e a quantidade de
horas em um ano (8760 horas). Partindo do pressuposto que a taxa de retorno deve ser de
10%, é possível determinar o preço unitário de energia elétrica em US$/kW pelo Fluxo de
Caixa (Tabela 3), composto por: custo da instalação, despesa anual com o óleo diesel e a
receita anual.
Ano
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Receita (US$)
46.388 46.388 46.388 46.388 46.388 46.388 46.388 46.388 46.388 46.388
Óleo Diesel (US$)
-45.412 -45.412 -45.412 -45.412 -45.412 -45.412 -45.412 -45.412 -45.412 -45.412
Instalação (US$) -6.000
Total (US$)
-6.000
976
976
976
976
976
976
976
976
976
976
Tabela 3 – Fluxo de Caixa do gerador a óleo diesel
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5.2 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA FOTOVOLTAICA
Diferente do gerador a óleo diesel, não há qualquer custo de combustível para geração de
energia fotovoltaica. Os painéis fotovoltaicos, essenciais para a geração de energia
fotovoltaica, perdem eficiência com o passar do tempo, ou seja, sofrem degradação. A
degradação anual é mensurada em 1% e a vida útil dos painéis é de 20 anos. A geração de
energia elétrica fotovoltaica ocorre apenas em 20% de um dia, portanto esse é o fator de
capacidade desta fonte. Outro fator negativo é o dispêndio inicial em painéis fotovoltaicos,
que é 16 vezes maior quando comparado ao gerador à óleo diesel.
A energia elétrica gerada pode ser armazenada através de baterias ou ser prontamente
utilizada, desta forma há dois tipos de sistemas para geração de energia fotovoltaica:
sistemas que não utilizam baterias e os que utilizam baterias.
O sistema de geração de energia elétrica sem baterias é muito limitado já que é capaz de
gerar e distribuir energia apenas durante parte do dia, ou seja, apenas durante 20% de um
dia já que é incapaz de armazenar energia elétrica. A Tabela 4 apresenta os dados
consolidados desse sistema e a Tabela 5 seu respectivo Fluxo de Caixa:
Custo de Instalação
Instalação
Fator de Capacidade
Retorno
Degradação
Preço de Energia
US$/kW
kW
%
%
%/ano
US$/kWh
4000
24
20%
10%
1%
0,29
Tabela 4 - Resumo dos dados para instalação de painéis fotovoltaicos sem a utilização de baterias
Ano
Instalação (US$)
Receita (US$)
Total (US$)
0
-96.000
1
12.030
-96.000 12.030
2
11.910
11.910
3
11.791
11.791
4
11.673
11.673
5
11.556
11.556
6
11.441
11.441
7
11.326
11.326
8 ...
11.213
11.213
20
9.939
9.939
Tabela 5 – Fluxo de Caixa da geração de energia elétrica fotovoltaica sem utilização de baterias
Já o sistema de geração fotovoltaica que utiliza baterias é mais recomendado por possibilitar
a utilização de energia elétrica durante o dia todo. Para esse sistema devem ser
considerados: o custo da bateria que já esta incluído o custo do controlador de carga, a
capacidade da bateria e sua vida útil de 5 anos. O custo da bateria é calculado pela
multiplicação da capacidade da bateria e o custo unitário por kWh. Como o sistema gera
energia elétrica em apenas 20% de um dia, é necessário que a instalação elétrica seja maior
para armazenar energia para o restante do dia. A Tabela 6 apresenta os dados
consolidados desse sistema e a Tabela 7 seu respectivo Fluxo de Caixa:
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Custo de Instalação
Instalação
Bateria
Capacidade da Bateria
Fator de Capacidade
Retorno
Degradação
Preço de Energia
US$/kW
kW
US$/kWh
kWh
%
%
%/ano
US$/kWh
4000
60
150
280
20%
10%
1%
0,41
Tabela 6 - Resumo dos dados para instalação de painéis fotovoltaicos utilizando baterias
Ano
0
Receita (US$)
Bateria (US$)
-42.000
Instalação (US$) -240.000
Total (US$)
-282.000
1
42.668
0
2
42.242
0
3
41.819
0
4
5
41.401 40.987
0 -42.000
6
40.577
0
7
40.171
0
8
9
10 ...
20
39.770 39.372 38.978
35.251
0
0 -42.000
-42.000
42.668
42.242
41.819
41.401
40.577
40.171
39.770 39.372 -3.022
-1.013
-6.749
Tabela 7 – Fluxo de Caixa da geração de energia elétrica fotovoltaica com a utilização de baterias
5.3 SISTEMA HÍBRIDO: GERAÇÃO ELÉTRICA FOTOVOLTAICA E A ÓLEO DIESEL
O sistema híbrido consiste na utilização da energia fotovoltaica sem a utilização de baterias
e a energia gerada através do óleo diesel para o período que não há radiação solar
suficiente para geração elétrica. O custo total de instalação é o somatório dos custos dos
sistemas já receita total é calculada considerando que em 20% do dia haverá geração
elétrica fotovoltaica e no restante do dia o gerador a óleo diesel irá funcionar. A Tabela 8
apresenta os dados consolidados desse sistema e a Tabela 9 seu respectivo Fluxo de
Caixa:
Custo de Intalação - Fotovoltaica US$/kW
Custo de Instalação - Óleo Diesel US$/kW
Instalação
kW
Fator de Capacidade Diesel
%
Fator de Capacidade Solar
%
Retorno
%
Custo do Óleo Diesel
US$/litro
Consumo de Óleo Diesel
litro/kWh
Degradação Painel Fotovoltaico
%/ano
Preço de Energia
US$/kWh
4000
250
24
50%
20%
10%
1,08
0,4
1%
0,40
Tabela 8 - Resumo dos dados para instalação do sistema híbrido
Ano
0
1
Receita Diesel (US$)
33.218
Receita Solar (US$)
16.443
Óleo Diesel (US$)
-36.329
Instalação (US$)
-102.000
Total (US$)
-102.000 13.331
2
3
4
5
6
7
8
9
10 ...
20
33.218 33.218 33.218 33.218 33.218 33.218 33.218 33.218 33.218
33.218
16.278 16.116 15.955 15.795 15.637 15.481 15.326 15.173 15.021
13.585
-36.329 -36.329 -36.329 -36.329 -36.329 -36.329 -36.329 -36.329 -36.329
-36.329
-6.000
13.167 13.004 12.843 12.683 12.525 12.369 12.214 12.061 5.909
10.473
Tabela 9 – Fluxo de Caixa da geração de energia elétrica fotovoltaica com a utilização de baterias
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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
6. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
A base de comparação dos sistemas de geração elétrica são os preços unitários o os
investimentos iniciais obtidos no item anterior. A Tabela 10 apresenta os preços dos
sistemas elétricos e seus respectivos investimentos iniciais:
Sistema
Preço da energia (US$/kW) Investimento Inicial (US$)
Gerador à Óleo diesel
0,44
6.000
Módulo Fotovoltaico - com bateria
0,41
282.000
Híbrido (Fotovoltaico e oleo diesel)
0,40
102.000
Módulo Fotovoltaico - sem bateria
0,29
96.000
Tabela 10 – Comparação dos preços de energia elétrica e seus investimentos iniciais
O alto investimento inicial acaba por desestimular a utilização de módulos fotovoltaicos em
comunidades isoladas. O preço de energia fotovoltaica é considerado baixo durante a vida
útil dos painéis, mas o que encarece é a utilização de baterias o que aumenta praticamente
40% o preço da energia fotovoltaica. A ausência de baterias torna a energia fotovoltaica
muito limitada e não consegue atender a demanda das comunidades. Já o preço da energia
elétrica gerada a partir do óleo diesel é um pouco maior quando comparada ao preço da
energia fotovoltaica com baterias porém o investimento inicial é aproximadamente 50 vezes
menor.
A melhor alternativa energética no âmbito econômico e sustentável para comunidades
isoladas é a opção pelo sistema híbrido com a utilização de painéis fotovoltaicos e gerador a
óleo diesel. Mesmo não sendo o menor preço de energia, o investimento inicial do sistema
híbrido não é tão grande quanto ao sistema fotovoltaico com a utilização de baterias o que
torna esta a melhor opção. É importante ressaltar que não foram consideradas as oscilações
do preço do óleo diesel durante o período estudado. Por ser um derivado do petróleo, a
tendência é de que o preço do sistema movido a óleo diesel aumente com o passar do
tempo, o que pode causar alterações nos preços dos sistemas dependentes do combustível
no período analisado.
As comunidades isoladas situadas nas regiões Norte e Nordeste são as mais indicadas para
serem abastecidas pelo sistema híbrido de geração elétrica. Isto porque na maior parte
dessas regiões a radiação solar é suficiente para gerar energia elétrica durante 20% do dia.
Além disso, nos Estados das regiões Nordeste e principalmente Norte estão os domicílios
com menor percentual de acesso a energia elétrica. Esta deficiência limita o crescimento
das comunidades isoladas e o abastecimento elétrico é fundamental para promover o
desenvolvimento dessas regiões. Uma das soluções energéticas é justamente a
implementação do sistema hibrido por ser um negócio rentável e também sustentável.
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7. CONCLUSÃO
A energia elétrica é fundamental para suprir algumas das necessidades humanas além de
proporcionar o desenvolvimento de uma região. Nas comunidades isoladas, não é diferente,
e a demanda elétrica dessas regiões tem aumentado gradualmente com o passar do tempo.
A poluição oriunda pelos geradores a óleo diesel nessas regiões é irrisória frente à poluição
total do país, mas mesmo assim contribui para degradação do meio ambiente. Os incentivos
do Governo para a geração elétrica a óleo diesel desestimulam novos empreendimentos
energéticos sustentáveis, como é o caso da energia solar. Sem esses incentivos, a
diferença na prática entre os preços de energia dos sistemas estudados no trabalho e os
preços reais praticados não seriam tão exorbitantes.
O objetivo do trabalho foi alcançado já que foi demonstrado que a utilização de uma fonte
renovável para geração elétrica (energia solar) em comunidades isoladas é viável
financeiramente frente ao modelo atual de geração elétrica nessas regiões, não
considerando qualquer forma de subsídio. A tendência é que com o avanço tecnológico, o
custo da energia solar reduza consideravelmente, tanto para a implementação do sistema
fotovoltaico quanto para as usinas termossolares. Aliado a esse avanço tecnológico, há
ainda o apelo mundial para a conservação do meio ambiente e o desenvolvimento
sustentável.
Resta ao Governo revisar as políticas adotadas para geração elétrica em comunidades
isoladas, como por exemplo, o subsidio ao sistema gerador de energia elétrica a óleo diesel,
e estimular a utilização de fontes renováveis. No caso da energia solar, o Governo poderia
reduzir os impostos para os componentes do sistema de geração elétrica solar para
estimular a produção e ainda subsidiar uma parte do investimento inicial deste sistema. Vale
lembrar que os custos desta tecnologia renovável devem diminuir com a massificação do
uso, portanto alguma forma de incentivo do Governo pode desencadear na redução de
custos em um horizonte não tão longe.
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VII Jornada de Iniciação Científica - 2011
8. REFERÊNCIAS
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