nt energiasolar 2012
TRANSCRIPT
-
NOTA TCNICA EPE
Anlise da Insero da Gerao Solar na
Matriz Eltrica Brasileira
Rio de Janeiro
Maio de 2012
-
(Esta pgina foi intencionalmente deixada em branco para o adequado alinhamento de pginas na impresso com a
opo frente e verso)
-
GOVERNO FEDERAL
Ministrio de Minas e Energia
Ministro Edison Lobo
Secretrio Executivo Marcio Zimmerman
Secretrio de Planejamento e Desenvolvimento Energtico Altino Ventura Filho
NOTA TCNICA EPE
Anlise da Insero da Gerao Solar na
Matriz Eltrica Brasileira
Empresa pblica, vinculada ao Ministrio de Minas e Energia, instituda
nos termos da Lei n 10.847, de 15 de maro de 2004, a EPE tem por
finalidade prestar servios na rea de estudos e pesquisas destinadas a
subsidiar o planejamento do setor energtico, tais como energia
eltrica, petrleo e gs natural e seus derivados, carvo mineral,
fontes energticas renovveis e eficincia energtica, dentre outras.
Presidente Mauricio Tiomno Tolmasquim
Diretor de Estudos Econmico-Energticos e Ambientais Amilcar Guerreiro
Diretor de Estudos de Energia Eltrica Jos Carlos de Miranda Farias
Diretor de Estudos de Petrleo, Gs e Biocombustveis Elson Ronaldo Nunes
Diretor de Gesto Corporativa Ibans Csar Cssel
URL: http://www.epe.gov.br Sede SAN Quadra 1 Bloco B Sala 100-A 70041-903 - Braslia DF Escritrio Central Av. Rio Branco, n. 01 11 Andar 20090-003 - Rio de Janeiro RJ
Coordenao Geral Mauricio Tiomno Tolmasquim
Coordenao Executiva Amilcar Guerreiro
Jos Carlos de Miranda Farias
Coordenao Tcnica Jos Marcos Bressane
Juarez Lopes Ricardo Gorini
Oduvaldo Barroso da Silva Marisa Moreira Marques
Equipe Tcnica
Bernardo Folly de Aguiar Flvio Alberto Figueiredo Rosa
Gabriel Malta Castro Giacomo Chinelli
Guilherme Oliveira Arantes Gustavo Naciff de Andrade
Jeferson Soares Matheus Mingatos Fernandes Gemignani
Thiago Ivanoski Teixeira Thiago Vasconcellos Barral Ferreira
Rio de Janeiro Maio de 2012
-
(Esta pgina foi intencionalmente deixada em branco para o adequado alinhamento de pginas na impresso com a
opo frente e verso)
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira i
Ministrio de Minas e Energia
NOTA TCNICA EPE
Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira
SUMRIO
1. INTRODUO_______________________________________________________ 1
2. O APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR _________________________________ 3
2.1 O RECURSO SOLAR 3
2.2 APROVEITAMENTO ENERGTICO FOTOVOLTAICO 3 Silcio cristalino __________________________________________________________________ 4
Filmes finos _____________________________________________________________________ 5
Concentrador fotovoltaico _________________________________________________________ 6
Componentes principais da gerao fotovoltaica _______________________________________ 6
2.3 APROVEITAMENTO ENERGTICO HELIOTRMICO (CONCENTRATED SOLAR POWER CSP) 7 Concentradores cilndrico-parablicos (calhas)_________________________________________ 8
Concentradores Fresnel ___________________________________________________________ 9
Concentradores pratos parablicos _________________________________________________ 10
Concentradores em torre _________________________________________________________ 10
Gerao heliotrmica - Outros aspectos tecnolgicos __________________________________ 11
2.4 ASPECTOS ELTRICOS E ENERGTICOS 14 Gerao fotovoltaica ____________________________________________________________ 14
Gerao heliotrmica ____________________________________________________________ 15
3. CARACTERIZAO DA CADEIA INDUSTRIAL DA ENERGIA SOLAR ________________ 17
3.1 FOTOVOLTAICA 17
3.2 HELIOTRMICA 19
4. POTENCIAL NACIONAL DE ENERGIA SOLAR _______________________________ 21
5. COMPETITIVIDADE DA GERAO FOTOVOLTAICA __________________________ 22
5.1 REFERNCIAS INTERNACIONAIS PARA O CUSTO DE INVESTIMENTO 22 Painis ________________________________________________________________________ 22
Inversores _____________________________________________________________________ 23
Sistema completo _______________________________________________________________ 24
5.2 ESTIMATIVA DO CUSTO DE INVESTIMENTO NO BRASIL 27
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira ii
Ministrio de Minas e Energia
5.3 ENERGIA PRODUZIDA: PRODUTIVIDADE 28
5.4 ANLISE DA COMPETITIVIDADE DA GERAO DISTRIBUDA 29
5.5 ANLISE DA COMPETITIVIDADE DA GERAO CENTRALIZADA 32
6. INCENTIVOS GERAO FOTOVOLTAICA ________________________________ 35
6.1 EXPERINCIA INTERNACIONAL 35 Evoluo recente da capacidade instalada em gerao fotovoltaica _______________________ 35
Mecanismos de incentivo energia solar ____________________________________________ 37
6.2 PROPOSIES PARA O BRASIL: VIABILIZANDO A GERAO DISTRIBUDA 41 6.2.1 Criando condies prticas para o estabelecimento de mercado _________________ 41
6.2.2 Analisando possibilidades econmico-financeiras para insero da fonte solar ______ 43
6.3 PROPOSIES PARA O BRASIL: VIABILIZANDO A GERAO CENTRALIZADA 48 6.3.1 Criando condies prticas para a Gerao Solar Centralizada ___________________ 49
6.3.2 Analisando possibilidades econmico-financeiras para insero da fonte __________ 50
7. CONSIDERAES FINAIS _____________________________________________ 53
8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ________________________________________ 54
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 1
Ministrio de Minas e Energia
1. INTRODUO
Nos ltimos anos a energia fotovoltaica tem sido vista internacionalmente como uma tecnologia
bastante promissora. Experincias internacionais apresentam importantes contribuies para anlise
sobre expanso do mercado, ganhos na escala de produo e reduo de custos para os investidores.
Estima-se que o Brasil possua atualmente cerca de 20MW de capacidade de gerao solar fotovoltaica
instalada, em sua grande maioria (99%, segundo IEA, 2011) destinada ao atendimento de sistemas
isolados e remotos, principalmente em situaes em que a extenso da rede de distribuio no se
mostra economicamente vivel. Tambm se observa o uso destes sistemas em aplicaes como suporte
a antenas de telefonia celular e a radares de trnsito.
Do ponto de vista estratgico, o Brasil possui uma srie de caractersticas naturais favorveis, tais como,
altos nveis de insolao e grandes reservas de quartzo de qualidade, que podem gerar importante
vantagem competitiva para a produo de silcio com alto grau de pureza, clulas e mdulos solares,
produtos estes de alto valor agregado. Tais fatores potencializam a atrao de investidores e o
desenvolvimento de um mercado interno, permitindo que se vislumbre um papel importante na matriz
eltrica para este tipo de tecnologia.
Entretanto, h que se avaliar o melhor momento para viabilizar a tecnologia solar no pas, em especial o
desenvolvimento de sua cadeia produtiva, tendo em vista que o atual contexto internacional de
mercado apresenta uma sobrecapacidade de oferta de painis solares, em especial, produzidos na China
com baixo custo. Alm disto, em se tratando de uma nova tecnologia e um novo modelo de negcio, sob
a tica do investidor sua introduo no mercado embute nveis de risco e custos superiores aos
observados nas tecnologias atualmente em uso comercial.
Neste sentido, reconhecendo as suas vantagens, mas tambm os seus desafios, cabe ao Estado, em sua
funo de planejador, encontrar os meios de incentivar a tecnologia solar para que esta possa contribuir
para o objetivo nacional de desenvolvimento econmico e de sustentabilidade da matriz energtica.
Dentre os instrumentos disponveis, encontram-se modelos de contratao, modelos de financiamento,
incentivos via desonerao tributria ou mesmo ofertas de tarifas-prmio para determinadas
tecnologias.
No pas, at recentemente, a gerao solar conectada rede eltrica de distribuio no possua o
adequado respaldo regulatrio. De fato, o modelo de contratao de energia pelas concessionrias
distribuidoras, com referncia no Decreto n 5.163/2.004, determina que a aquisio de energia eltrica
proveniente de empreendimentos de gerao distribuda seja precedida de chamada pblica promovida
diretamente pelo agente de distribuio. Este decreto limita esse tipo de contratao a 10% da carga do
agente de distribuio e autoriza repasse s tarifas dos consumidores at o limite do valor-referncia
(VR). A limitao do volume no impe, presentemente, maiores restries contratao da energia
solar fotovoltaica. Mas, como o valor do VR em 2011 estava em R$ 151,20 por MWh, e como os custos
de gerao solar fotovoltaica so significativamente maiores do que tal valor, a leitura que se faz que
este limite de repasse impede o pequeno gerador fotovoltaico distribudo de encontrar ambiente
econmico favorvel para participar da chamada pblica para gerao distribuda.
Em vista disso, a ANEEL vem efetuando aes e estudando propostas para reduo das barreiras de
acesso aos sistemas de distribuio por parte dos pequenos geradores. Esse processo incluiu a
realizao da Consulta Pblica n 15/2010, finalizada em 09 de novembro de 2010, e da Audincia
Pblica n 042/2011, finalizada em 14 de outubro de 2011, eventos estes que propiciaram ANEEL
receber contribuies de diversos agentes, incluindo representantes das distribuidoras, geradoras,
universidades, fabricantes, consumidores, comercializadores, empresas de engenharia e demais
instituies interessadas no tema. Como resultado desse processo, foi publicada a Resoluo Normativa
n 482, de 17/04/2012, estabelecendo as condies gerais para o acesso de microgerao e minigerao
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 2
Ministrio de Minas e Energia
distribuda aos sistemas de distribuio de energia eltrica. Ela visa a reduzir as barreiras regulatrias
existentes para conexo de gerao de pequeno porte disponvel na rede de distribuio, a partir de
fontes de energia incentivadas, bem como introduzir o sistema de compensao de energia eltrica (net
metering), alm de estabelecer adequaes necessrias nos Procedimentos de Distribuio PRODIST.
Simultaneamente, foi publicada pela ANEEL a Resoluo Normativa n 481, de 17/04/2012, pela qual
ficou estipulado, para a fonte solar com potncia injetada nos sistemas de transmisso ou distribuio
menor ou igual a 30 MW, o desconto de 80% (oitenta por cento) para os empreendimentos que
entrarem em operao comercial at 31/12/ 2017, aplicvel nos 10 (dez) primeiros anos de operao da
usina, nas tarifas de uso dos sistemas eltricos de transmisso e de distribuio TUST e TUSD, sendo
esse desconto reduzido para 50% (cinquenta por cento) aps o dcimo ano de operao da usina.
Menciona-se ainda, dentre as aes recentes da ANEEL, a chamada pblica referente ao Projeto de P&D
Estratgico n 13/2011, Arranjos tcnicos e comerciais para insero de projetos de gerao solar
fotovoltaica na matriz energtica brasileira, em decorrncia da qual foram selecionados 17 projetos
fotovoltaicos, totalizando 23,6 MW, a serem instalados nas diversas regies do pas at 2015,
possibilitando aprimorar o conhecimento sobre as diferentes tecnologias dessa forma de gerao.
No mbito governamental, deve-se tambm destacar o Plano Brasil Maior, lanado pelo Governo
Federal em agosto de 2011, visando orientar polticas de desenvolvimento industrial que melhorem as
condies competitivas do Pas. Nesse Plano, a dimenso estruturante das diretrizes setoriais contempla
a Cadeia de Suprimentos em Energia, na qual se prev o desenvolvimento de fontes renovveis,
abrangendo a energia elica e solar.
No mbito dos agentes de mercado, registram-se diversas aes atreladas promoo da fonte
fotovoltaica, a exemplo do Grupo Setorial Fotovoltaico da Associao Brasileira da Indstria Eltrica e
Eletrnica ABINEE, que congregava, no incio de 2012, um ano aps sua formao, cerca de 130
empresas dos diversos segmentos da cadeia produtiva.
Tendo em conta este contexto, a presente Nota Tcnica tem como objetivo subsidiar o MME no
processo de deciso quanto estratgia para a contnua insero da fonte solar na matriz de gerao
eltrica brasileira.
A anlise aqui apresentada cobre tanto a gerao distribuda, quanto a centralizada. Hoje o
entendimento que a gerao distribuda est mais prxima da viabilidade comparativamente
centralizada, j sendo inclusive vivel em alguns casos. No entanto, no objetivo da anlise comparar
a competitividade deste tipo de energia, ainda incipiente no pas, com outras fontes que j possuem
uma maturidade significativa, mas sim, caso se opte pela promoo desta tecnologia, discutir a melhor
forma de incentivos capazes de facilitar sua insero.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 3
Ministrio de Minas e Energia
2. O APROVEITAMENTO DA ENERGIA SOLAR
2.1 O recurso solar
A radiao solar que atinge a atmosfera terrestre pode ser decomposta, para fins de anlise, de
diferentes formas.
Para o aproveitamento fotovoltaico, a de maior interesse a Irradiao Global Horizontal (GHI), que
quantifica a radiao recebida por uma superfcie plana horizontal, composta pela Irradiao Difusa
Horizontal (DIF) parcela dispersa e atenuada por reflexes em nuvens, poeira, vapor dgua e outros
elementos em suspenso na atmosfera - e pela Irradiao Normal Direta (DNI)- parcela que atinge o solo
diretamente, sem reflexes. Em dias nublados, a principal parcela a DIF, enquanto que em dias claros
prevalece a DNI. Para a gerao heliotrmica, a DNI a parcela de maior importncia.
A DNI muito varivel ao longo do dia, principalmente em locais com altos ndices de nebulosidade.
Estudos mostram que, no longo prazo, a irradiao direta significativamente mais varivel que a
irradiao global, observando ciclos principais de 11 anos e outros de perodos mais longos. Se, por um
lado, 2 a 3 anos de medio local permitem estimar a mdia de longo termo para a irradiao global
com margem de erro de 5%, para a irradiao direta podem ser necessrios at mais do que 10 anos de
medies para se alcanar essa mesma margem1.
A variao da posio da Terra em relao ao Sol ao longo do ano determina ngulos de inclinao dos
painis solares, em relao ao norte (azimute) e em relao ao plano horizontal, mais adequados para a
otimizao do aproveitamento solar quando so utilizados painis fixos, que no acompanham a
trajetria diria do Sol.
No hemisfrio Sul, os painis solares devem estar voltados para o norte verdadeiro e a inclinao com
o plano horizontal pode ser ajustada para maximizar a produo em cada uma das estaes do ano ou
para maximizar a produo mdia ao longo do ano. Neste ltimo caso, em geral a inclinao
corresponde ngulos prximos da latitude do local da instalao.
2.2 Aproveitamento energtico fotovoltaico
A gerao fotovoltaica faz uso de elementos semicondutores fotossensveis que convertem a radiao
solar em uma diferena de potencial nos terminais da juno P-N2. A ligao eltrica desses terminais
resulta na circulao de corrente contnua. Uma nica clula solar produz, em condies nominais de
teste, diferena de potencial entre 0,5 e 0,6V e potncia entre 1,0 e 1,5W, de modo que, para uso
prtico, as clulas devem ser arranjadas em ligaes srie-paralelo constituindo mdulos (painis) de
baixa potncia, atualmente de at 250W, com tenso de 12 ou 24V. O arranjo srie-paralelo de mdulos
permite o atendimento a cargas maiores.
At certo limite, a clula fotovoltaica se comporta como fonte de corrente. As curvas corrente (I) x
tenso (V) e potncia (P) x tenso (V) tpicas e o ponto de operao de mxima produo de potncia
so mostrados na Figura 1.
1 Long-term variability of solar direct and global radiation derived from ISCCP data and comparison with reanalysis data; S.
Lohmann et al, 2006. Spatial and temporal variability of the solar resource in the United States, S. Wilcox e C. Gueymard, 2010. 2 Denomina-se juno P-N estrutura fundamental dos componentes eletrnicos comumente denominados semicondutores,
principalmente diodos e transistores. formada pela juno metalrgica de dois cristais, geralmente silcio (Si) e, atualmente menos comum, germnio (Ge), de natureza P e N, segundo sua composio a nvel atmico.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 4
Ministrio de Minas e Energia
Fig. 1. Caractersticas IxV e PxV das clulas fotovoltaicas
A eficincia da clula ou do painel fotovoltaico definida, em condies de referncia (Standard Test
Conditions STC), pela relao entre a potncia mxima de sada da clula normalizada pela rea da
clula em m2 e o padro de 1.000W/m2, a 25C.
Os dois fatores principais que afetam a eficincia da converso so a temperatura ambiente de
operao e a intensidade da irradiao solar incidente sobre a clula. Este ltimo fator afetado tanto
pela nebulosidade local quanto pelo ngulo de inclinao da clula em relao ao sol. A eficincia da
converso se reduz ao longo da vida til das clulas taxa prxima de 1% ao ano.
A Figura 2 mostra a caracterstica de tenso e corrente de um painel fotovoltaico em diferentes
temperaturas das clulas e nveis de irradiao.
Fig. 2. Curvas caractersticas das clulas fotovoltaicas Fonte:Kyocera
As tecnologias fotovoltaicas podem ser classificadas como de primeira gerao (silcio mono e
policristalino), segunda gerao (silcio amorfo e filme fino) ou terceira gerao (concentrador
fotovoltaico).
Silcio cristalino
Historicamente, esse tipo de silcio a forma mais usada e comercializada. A utilizao do silcio
cristalino na fabricao de clulas fotovoltaicas se divide em dois grupos, os mono e os policristalinos
(Figura 3.)
Os monocristalinos so assim chamados por possuir uma estrutura homognea em toda sua extenso.
Para fabricao de uma clula fotovoltaica desse grupo necessrio que o silcio tenha 99,9999% de
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 5
Ministrio de Minas e Energia
grau de pureza. A obteno desse tipo de silcio mais cara do que a do silcio policristalino, porm tem-
se maior eficincia na converso.
As tcnicas de fabricao de clulas policristalinas so basicamente as mesmas de fabricao das clulas
monocristalinas. requerido, porm, menor gasto de energia e tambm menor rigor no controle do
processo de fabricao.
Fig. 3. Clulas de silcio monocristalino e policristalino
Fonte:MB Solar
Filmes finos
As clulas de filmes finos (Figura 4) so produzidas por meio de um processo de depsito de camadas
extremamente finas de material semicondutor. So revestidas de proteo mecnica, como vidro ou
plstico. Os materiais semicondutores comercialmente utilizados na fabricao dos filmes so silcio
amorfo (a-Si), telureto de cadmio (CdTe) ou disseleneto de cobre ndio glio (CIGS).
Fig. 4. Clulas de filme fino Fonte: Deltaenergie
Por serem depositados sobre diversos tipos de substratos de baixo custo (plsticos, vidros e metais), os
filmes finos constituem tecnologia de baixo custo. Quando comparado com as formas cristalinas do
silcio, o gasto de energia na fabricao de clulas de filme fino menor, mas a eficincia na converso
da energia tambm menor. Alm disso, a eficincia da converso nessa tecnologia diminui mais
acentuadamente logo nos primeiros meses aps a instalao, embora seja menos afetada por
temperaturas mais elevadas.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 6
Ministrio de Minas e Energia
Concentrador fotovoltaico
Essa tecnologia consiste em usar espelhos parablicos para concentrar os raios solares em uma rea
menor e, dessa forma, aumentar a eficincia da absoro de irradiao, utilizando menor quantidade de
clulas fotovoltaicas.
Fig. 5. Concentrador fotovoltaico Fonte: ADIRSE/ECOLOGIA VERDE
Componentes principais da gerao fotovoltaica
Geradores fotovoltaicos podem ser utilizados para a alimentao de cargas isoladas, como casas, barcos
e trailers. Algumas cargas, como lmpadas e aquecedores podem ser alimentadas diretamente pelos
mdulos, outras, como equipamentos eletrnicos, exigem a converso da corrente contnua em
corrente alternada. Nestes casos, em geral so utilizados circuitos inversores de onda quadrada,
relativamente baratos. Baterias com caractersticas especiais, acopladas a um controlador automtico
de carga (da bateria), complementam a gerao nos perodos noturnos e de baixa irradiao solar e
estabilizam a tenso e corrente do conjunto gerador.
Para operao em paralelo com a rede eltrica, a corrente contnua produzida pelos mdulos deve ser
convertida em corrente alternada. Alm do reconhecimento de defeitos internos instalao e
protees de sobretenso e sobrecorrente, os inversores (por vezes denominados sncronos ou de
linha) executam funes de controle especficas, como o auto wakeup (incio da operao quando a
gerao solar supera as perdas internas da instalao), o ajuste contnuo do ponto de mxima potncia
em funo da temperatura e irradiao e a adequao do comportamento dinmico da gerao em
resposta a necessidades especficas da rede eltrica. Recentemente tem-se observado o uso de
microinversores acoplados diretamente aos painis solares, em substituio ao inversor de linha.
A Figura 6 mostra os principais componentes de um sistema de gerao fotovoltaica.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 7
Ministrio de Minas e Energia
Fig. 6. Componentes dos sistemas de gerao fotovoltaicos Fonte: CTI
A Tabela 1 mostra a eficincia na converso direta da energia do Sol em energia eltrica para mdulos
disponveis no mercado e a comparao das reas necessrias para a produo de 1 kWp.
Tabela 1. Eficincia tpica dos mdulos comerciais
Tecnologia Eficincia rea/kWp
Silcio cristalino
Monocristalino 13 a 19% ~7m2
Policristalino 11 a 15% ~8m2
Filmes finos
Silcio amorfo (a-Si) 4 a 8% ~15m2
Telureto de Cadmio (Cd-Te) 10 a 11% ~10m2
Disseleneto de cobre-ndio-glio (CIGS) 7 a 12% ~10m2
Concentrador fotovoltaico ~25%
Fonte: EPIA (2011)
2.3 Aproveitamento energtico heliotrmico (Concentrated Solar Power CSP)
O princpio bsico desta tecnologia a utilizao de superfcies espelhadas que refletem e concentram a
irradiao solar direta DNI, conforme tratado no item 2.1, com o objetivo de convert-la em energia
trmica a partir da qual se gera vapor dgua que ir acionar um ciclo Rankine. As principais
configuraes de usinas termossolares so os concentradores cilndrico-parablicos (calhas), os
concentradores Fresnel, os concentradores de prato parablicos e os arranjos de helistatos, que
redirecionam a luz solar a um receptor estacionrio (concentradores em torre).
A fonte principal de energia a irradiao direta (DNI), sendo requerido um valor mnimo para a
viabilizao tcnica do projeto (da ordem de 1900 KWh/m)3. Sendo assim, as incertezas no clculo da
produo de energia so elevadas, pois a DNI na superfcie da Terra bastante influenciada pela
3 Estimativa levantada junto a fornecedores de equipamentos e consultores durante visita de tcnicos da EPE a
instalaes de CSP na Espanha e Alemanha em abril/2012.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 8
Ministrio de Minas e Energia
nebulosidade e presena de aerossis na atmosfera. As plantas atualmente em operao comercial
possuem estaes de medio de radiao, que possibilitam uma previsibilidade de gerao de energia
com at 24 horas de antecedncia, especialmente aquelas que administram o despacho da energia
trmica armazenada.
As usinas termossolares necessitam de um volume considervel de gua para refrigerao do sistema e
limpeza dos helistatos. Assim, os locais com baixa taxa de nebulosidade (caracterstica de locais ridos)
so os ideais para instalao desses sistemas, mas devem ter disponibilidade hdrica suficiente para o
funcionamento da usina, condies que nem sempre se obtm simultaneamente.
Pesquisas buscam reduzir a utilizao de gua no processo, fazendo a refrigerao do fluido a seco,
trocando calor apenas com o ar. Porm essa medida reduz a eficincia do processo. Em fase inicial de
aplicao esto os sistemas hbridos, com resfriamento a gua e a ar, que utilizam menor volume de
gua e no reduzem tanto a eficincia.
A vida til mnima prevista de uma usina termossolar de 25 anos, segundo informaes de
fornecedores de equipamentos e consultores, considerando critrios de O&M adequados para este tipo
de instalao. A degradao da planta desprezvel nesse perodo, no sendo esperadas perdas
significativas de rendimento e de desempenho dos materiais como espelhos e tubos absorvedores.
Concentradores cilndrico-parablicos (calhas)
Os concentradores cilndrico-parablicos (Figura 7) so espelhos cncavos em que, na linha focal, passa
um tubo absorvedor de calor por onde circula um fluido trmico. Esse fluido, normalmente leo
sinttico, tem grande capacidade trmica e aquecido medida que escoa pelo tubo. Finalmente, o
fluido trmico flui por um trocador de calor (gerador de vapor) onde se gera o vapor dgua
pressurizado que acionar o ciclo Rankine. Para aumentar a eficincia e a absoro da energia solar, os
concentradores, juntamente com o tubo absorvedor, giram em torno do prprio eixo acompanhando a
inclinao do Sol ao longo do dia. Essa movimentao faz com que seja necessria a utilizao de juntas
flexveis nos tubos absorvedores.
Fig. 7. Concentradores cilndrico-parablicos
Fontes: www.nrel.gov e www.ucsusa.org
Os componentes bsicos dessas usinas so basicamente os seguintes:
espelhos cilndrico-parablicos, cncavos, com alta taxa de reflexibilidade (cerca de 93%) e
resistentes a intempries, por ficarem diretamente expostos ao tempo;
tubos absorvedores de calor (Figura 8), utilizados para aquecer e encaminhar o fluido trmico aos
trocadores de calor; tm cerca de 70mm de dimetro e so tubos de ao inoxidvel encapsulados
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 9
Ministrio de Minas e Energia
por um tubo de vidro antirreflexivo, que melhora a absoro da irradiao solar e diminui as
perdas de calor para o ambiente externo;
Fig. 8. Tubo absorvedor de calor Fonte: ELECNOR Astexol-2
fluidos de alta capacidade trmica, tambm chamados de HTF (da sigla em ingls de Heat
Transfer Fluid), que devem ter grande capacidade trmica sem perder suas caractersticas fsico-
qumicas; importante notar que os HTF desenvolvidos atualmente so bastante poluentes e em
caso de vazamentos podem ocasionar impactos ambientais ao redor da usina;
sistemas de GPS (Global Positioning System), para identificar precisamente a posio do Sol ao
longo do dia, possibilitando que os espelhos sejam girados e direcionados de forma a tornar mais
eficiente o aproveitamento da energia solar; a preciso do posicionamento dos espelhos em
relao ao Sol deve ser de pelo menos 98%.
A tecnologia dos concentradores cilndrico-parablicos a mais difundida e experimentada desde a
dcada de 80 e com maior nmero de plantas comerciais em operao.
Concentradores Fresnel
Os concentradores Fresnel (Figura 9) tm princpio muito similar ao do concentrador cilndrico, porm, o
tubo absorvedor fixo e so utilizadas vrias lminas paralelas de espelhos planos, dispostas em um
plano, que se organizam em diferentes angulaes, refletindo para o tubo absorvedor a irradiao solar.
Essas lminas espelhadas movimentam-se de acordo com a posio do sol, direcionando os raios solares
para o tubo absorvedor. Nessa tecnologia utilizam-se espelhos planos, que so mais baratos e de mais
fcil fabricao, porm apresentam perdas ticas maiores devido menor faixa de ngulos de incidncia
favorveis. Consequentemente, menos eficiente no aquecimento do HTF. Os concentradores Fresnel
utilizam rea menor do que os concentradores cilndrico-parablicos (pequena rea de sombreamento
entre os equipamentos). Alm disso, no necessitam de juntas flexveis nos tubos absorvedores de
calor, pois estes so fixos.
Fig. 9. Concentradores Fresnel Fontes: newenergyportal.wordpress.com e www.novatecsolar.com
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 10
Ministrio de Minas e Energia
Concentradores pratos parablicos
Concentradores pratos parablicos (Figura 10) so os nicos que utilizam espelhos parablicos
independentes e que, em seu ponto focal, o fluido aquecido, acionando um motor ciclo Stirling
acoplado a um gerador de pequeno porte local. Tm alta eficincia na concentrao de calor e baixa
perda trmica por terem movimentao em dois eixos, porm s podem ser acoplados a geradores
modulares e de baixa potncia (~10kW), o que limita a potncia instalada total desse tipo de usina.
Fig. 10. Concentradores pratos parablicos Fontes: www.greenchipstocks.com e www.tesserasolar.com
Concentradores em torre
Usinas termossolares em torre (Figura 11) consistem de um campo de helistatos4 que se movem
independentemente e de um concentrador localizado no topo de uma torre. Cada helistato se move de
forma a refletir os raios solares ao concentrador. O concentrador consiste de um feixe tubular por onde
circula um fluido trmico, que aquecido pela insolao refletida.
Fig. 11. Concentradores em torre Fontes: www.wisions.net e www.agreenamerica.com
As torres onde o calor concentrado chegam a temperaturas muito elevadas, podendo alcanar at
1.000C, cerca de duas vezes mais do que a temperatura de um fluido numa termossolar com gerao
de calor distribuda. Isso permite a utilizao de turbinas de alta potncia, alm de no necessitar de
instalao de tubos absorvedores de calor.
4 Um helistato um dispositivo que segue o movimento do Sol. Utiliza habitualmente um espelho ou conjunto de espelhos
que podem ser orientados ao longo do dia atravs de um eixo fixo de modo a redirecionar a luz solar para um receptor estacionrio.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 11
Ministrio de Minas e Energia
As pesquisas para desenvolvimento dessa alternativa esto sendo voltadas para a tecnologia dos
materiais absorvedores de calor que so colocados no foco das torres e devem suportar temperaturas
elevadas, alm de grandes variaes de temperatura, sem perder suas propriedades fsicas e ter grande
durabilidade.
Gerao heliotrmica - Outros aspectos tecnolgicos
Sistemas de armazenamento de energia armazenamento trmico
Um desafio para o uso generalizado da energia solar a restrio de produo de energia quando o Sol
se pe ou bloqueado por nuvens. O armazenamento de energia na forma trmica, acumulado em
meios lquidos ou slidos, como sais fundidos, cermicas ou misturas de sais em mudana de fase,
permite que as usinas alcancem fatores de capacidade acima de 70%. Sem o armazenamento, o fator de
capacidade no vai alm de 25% [NREL, 2011].5
A Figura 12 ilustra a vantagem do armazenamento trmico em ciclo dirio de uma usina heliotrmica
hbrida, que opera tambm com queima suplementar de combustvel fssil como back up da energia
solar, algo comum nas usinas com acumulao trmica. Um diagrama esquemtico da usina mostrado
na Figura 13.
Fig. 12. Ciclo dirio de usina heliotrmica hbrida, com acumulao trmica e queima suplementar
Fonte: IEA(2010a)6
Fig. 13. Diagrama esquemtico de usina com acumulao trmica Fonte: IEA(2010a)
5 NREL [National Renewable Energy Laboratory]. Parabolic Trough Thermal Energy Storage Technology. Denver (Estados
Unidos): NREL, 2011. Disponvel em: . Acesso em: novembro de 2011.
6 IEA [International Energy Agency]. Technology Roadmap - Concentrating Solar Power. Paris (Frana): IEA, 2010a. Disponvel
em: . Acesso em: outubro de 2011.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 12
Ministrio de Minas e Energia
As usinas do complexo AndaSol na Espanha, por exemplo, tm capacidade de armazenamento trmico
de 8 horas aproximadamente, aumentando a disponibilidade anual de 1.000 horas para cerca de 2.500
horas. Quando a reserva trmica est completa, as turbinas podem operar aproximadamente 7,5 horas
a plena carga, mesmo noite. [Greenpeace, 2009]
A capacidade de acumulao trmica dimensionada de acordo com o modo de operao previsto para
a usina, se em regime contnuo (base), como seguidora da curva diria de carga ou mesmo como usina
de ponta. Deve-se considerar a necessidade de aumento do tamanho do campo solar conforme a
necessidade de armazenamento trmico da usina7.
Com relao s tecnologias de acumulao trmica, estas podem ser diretas (armazenamento de vapor
ou sal lquido) ou indiretas, em que o fluido que circula pelos concentradores troca calor com os tanques
de acumulao, e estes, por sua vez, com o sistema de gerao de vapor.
Sistema de absoro de calor fluido de alta capacidade trmica (HTF)
Existem estudos que sugerem a eliminao do fluido qumico (HTF) justamente para evitar os riscos de
acidente ambiental. Esses fluidos podem atingir uma temperatura de at 400C, no sendo possvel
super-la, pois o fluido perderia suas caractersticas fsico-qumicas. A substituio do HTF por gua ou
sal liquefeito (nitrato de potssio) possibilitaria a elevao da temperatura de trabalho da usina,
melhorando a eficincia do processo.
Essas usinas termossolares aqueceriam a gua diretamente e gerariam vapor ao longo dos tubos
absorvedores (Figura 14). Ainda esto em desenvolvimento, com a instalao de pequenas plantas
prottipo, para avano das pesquisas.
7 A varivel de projeto que caracteriza a relao entre o porte do campo solar e a capacidade do bloco de potncia
conhecida como mltiplo solar, cujo valor fica na faixa 1,1 1,5 (sem armazenamento trmico) e da ordem de 3,0 4,0 (plantas com armazenamento).
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 13
Ministrio de Minas e Energia
Fig. 14. Sistemas de absoro com HTF (superior) e de gerao direta de vapor (inferior)
Fonte: DLR (Deutschen Zentrums fr Luft- und Raumfahrt)
A gerao direta de vapor permite temperaturas mais elevadas e aumenta o rendimento das usinas.
Alm disso, simplifica o projeto, diminuindo o custo da construo. Existem, porm, dificuldades
tecnolgicas e operacionais a serem vencidas, principalmente em relao ao tubo absorvedor. A
evaporao da gua causa sobrepresso no interior da tubulao, requerendo um equipamento mais
resistente projetado para esse tipo de aplicao. Adicionalmente, a gerao de vapor na tubulao cria
dificuldades para o escoamento do fluido e se faz necessria a implantao de bombas ao longo do
circuito para direcionar o vapor s turbinas.
A substituio do fluido (HTF) por sal liquefeito (nitrato de potssio) tambm tem sido estudada,
permitindo o aumento da temperatura atingida pelo fluido para cerca de 550C. O sal liquefeito pode
tambm ser usado diretamente para o armazenamento trmico da usina. O desafio dessa tecnologia
impedir que o sal derretido resfrie a ponto de se solidificar, entupindo a tubulao dos concentradores.
Nesse processo, para manter o sal a uma temperatura mnima de cerca de 200C, gasta-se energia
proveniente de outra fonte, ou do prprio armazenador de calor, nos momentos em que no h
irradiao normal direta do sol.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 14
Ministrio de Minas e Energia
2.4 Aspectos eltricos e energticos
Gerao fotovoltaica
Embora os nveis de radiao solar na superfcie do planeta apresentem variaes anuais expressivas, a
Global Horizontal Irradiance GHI, componente difusa aproveitada pela gerao fotovoltaica, pouco
varivel. Ainda que ocorrncias episdicas, como cinzas lanadas por erupes vulcnicas, possam ter
algum efeito temporrio, a variabilidade interanual situa-se tipicamente entre 4% e 6%, menor nas
regies ridas e maior, de at 10%, nas regies costeiras e montanhosas8. Mesmo a variabilidade intra-
anual, em relao mdia de longo prazo, menor do que a observada na gerao elica ou
hidreltrica. Outro aspecto de interesse que a energia solar tem comportamento sazonal diferenciado
por regio geogrfica (Figura 15). Em complemento, tendncias e ciclos de longo prazo so desprezveis,
de modo que se pode supor que a gerao solar fotovoltaica tenha comportamento temporal no
correlacionado com outras fontes variveis como a hidreltrica e elica. Essas caractersticas favorecem
a integrao dessa alternativa energtica ao sistema eltrico na medida em que so relativamente
reduzidas as incertezas quanto disponibilidade energtica da fonte e, por consequncia, quanto ao
retorno econmico do investimento.
Fig. 15. Variao intra-anual da gerao fotovoltaica (mdia = 100%) Fonte: Elaborao prpria a partir de PVWatts9.
Em condies de cu claro, com auxlio da geometria para clculo da posio relativa entre o Sol e a
Terra, a gerao solar fotovoltaica pode ser prevista com grande exatido. Contudo, em escalas
menores de tempo, a presena e o comportamento aleatrio de nuvens podem resultar em rpidas
variaes da irradiao solar e, portanto, da gerao de energia eltrica. Para frequncias maiores que
4x10-5 Hz (perodos menores que 6 horas), a variabilidade da gerao fotovoltaica supera a da gerao
elica. A Figura 16 exemplifica o comportamento minuto a minuto da insolao em condies de cu
claro e em cu parcialmente nublado.
8 Uncertainty in Long-Term Photovoltaic Yield Predictions, CanmetEnergy, maro/2010.
9 Disponvel em: http://rredc.nrel.gov/solar/calculators/PVWATTS/version1/
70%
80%
90%
100%
110%
120%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
(%)
Ms
Variao intra-anual (Brasil)
BA
CE
RJ
SC
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 15
Ministrio de Minas e Energia
Fig. 16. Comportamento temporal da insolao global10
Fonte: Dragon e Schumaker (2010)
Em intervalos de 30 minutos, a variabilidade da gerao fotovoltaica cerca de 10 vezes maior que da
gerao elica. Pela ausncia de inrcia, em dias nublados podem ser observadas variaes de potncia
de 50% em intervalos de tempo entre 30 e 90 segundos e de 70% em intervalos de tempo entre 2 e
10 minutos11.
A variabilidade extrema da gerao fotovoltaica d uma medida da dificuldade tcnica da insero em
larga escala da microgerao solar em circuitos de distribuio de baixa tenso, em geral de pequena
potncia de curto-circuito e limitados recursos de controle de tenso. Os inversores so tambm
sujeitos a desligamentos em casos de desvios de frequncia, curtos-circuitos ou variaes rpidas da
tenso da rede.
Esses aspectos foram ressaltados por concessionrias de energia eltrica na Consulta Pblica n 15/2010
da ANEEL12, embora os inversores modernos incorporem funes de controle de resposta a
perturbaes na rede eltrica, em geral especificados nos procedimentos de rede das concessionrias e
rgos responsveis pela operao do sistema eltrico.
Da mesma forma que na gerao elica, a disperso espacial de parques geradores pode reduzir
significativamente a variabilidade do conjunto.
Importa destacar que, em razo da caracterstica de seu ciclo dirio, limitado ao perodo diurno, a
gerao fotovoltaica no substitui investimentos na ampliao da capacidade instalada do sistema
eltrico, mas pode ser vista como uma fonte economizadora de combustveis de maior valor
econmico. Alm disso, o fator de capacidade baixo. Nas regies mais favorveis do pas, o nvel de
irradiao solar corresponde gerao de plena potncia das instalaes por perodo equivalente a
cerca de 1.500 horas por ano (fator de capacidade de 17%).
Gerao heliotrmica
Para a gerao solar heliotrmica a situao diversa. A componente direta da irradiao global (DNI)
apresenta elevada variabilidade interanual, eventualmente superior a 20%, e afetada pela presena de
10
Solar PV Variability and Grid Integration, Ken Dragoon and Adam Schumaker, Outubro, 2010. 11
Accommodating high levels of variable generation, NERC, abril de 2009. 12
A Consulta Pblica n 15/2010, promovida pela ANEEL, visou reduzir as barreiras para a instalao de gerao distribuda de pequeno porte, a partir de fontes incentivadas, conectada na rede de distribuio de energia eltrica.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 16
Ministrio de Minas e Energia
aerossis e cinzas de erupes vulcnicas nas camadas superiores da atmosfera13. A variabilidade ao
longo do dia tambm pode ser bastante elevada pela presena de nuvens.
Mas, se, por um lado, a previsibilidade da gerao heliotrmica em longo prazo menor, por outro, em
intervalos de tempo pequenos, da ordem de minutos, a inrcia trmica do fluido aquecido assegura a
pequena variabilidade de curtssimo prazo da gerao. Quando associada a acumuladores de calor, pode
substituir a gerao das fontes convencionais.
13
Long-term variability of solar direct and global radiation derived from ISCCP data and comparison with reanalysis data, S. Lohmann, C. Schillings, B. Mayer e R. Meyer, maio/2006.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 17
Ministrio de Minas e Energia
3. CARACTERIZAO DA CADEIA INDUSTRIAL DA ENERGIA SOLAR
3.1 Fotovoltaica
A cadeia de produo da indstria fotovoltaica comea na extrao do quartzo e seu beneficiamento
para produo de lingotes de silcio. Seguem-se a fabricao das clulas e painis fotovoltaicos e a
produo dos equipamentos eletromecnicos complementares (Figura 17).
Fig. 17. Cadeia Produtiva Fotovoltaica Fonte: CGEE (2010)
Atualmente cerca de 90% dos painis fotovoltaicos produzidos no mundo so compostos por clulas de
silcio monocristalino ou policristalino, havendo um compromisso entre a eficincia da converso da
energia primria em energia eltrica e o custo de produo das duas tecnologias. As clulas de silcio
monocristalino so mais eficientes que as de policristalino, porm tambm apresentam maiores custos
de produo.
A depender da relao custo benefcio, as tecnologias de filmes finos devem reduzir ao longo do tempo
a participao dos painis fotovoltaicos de silcio, porm os painis de silcio devem manter parcela
importante do mercado, sobretudo pela maior disponibilidade da matria prima.
O silcio pode ser classificado, em uma escala crescente de pureza, nos graus metalrgico, solar e
eletrnico. Para se atingir o grau de pureza de 99,9999%, tambm chamado de seis noves de pureza,
requerido na produo de painis fotovoltaicos, o silcio grau metalrgico precisa passar por um
processo de beneficiamento, j que sua pureza normalmente no passa de 99,5%.
Atualmente, a etapa de beneficiamento do silcio, que permite atingir os graus de pureza solar e
eletrnico, feita pela denominada rota qumica, utilizando-se o processo Siemens. Este processo
produz, como resduos, substncias txicas e corrosivas que necessitam de cuidados especiais em razo
dos danos ambientais que potencialmente podem provocar.
O silcio grau solar, acrescido de substncias de dopagem e cristalizao, fundido em ambiente inerte e
transformado em lingotes de estrutura monocristalina ou policristalina, seguindo-se a laminao em
wafers para a produo das clulas e mdulos fotovoltaicos.
Da produo do silcio grau solar produo dos mdulos tem-se um processo industrial que se
caracteriza por: (i) consumo intensivo de energia eltrica (ndices de 120 a 200 kWh/kg de silcio grau
solar, representando cerca de 25% do seu custo de produo); (ii) elevado grau de automao, o que
limita o valor da mo de obra no produto final a cerca de 3% e (iii) rpida obsolescncia tecnolgica, o
que exige constante investimento na atualizao das linhas de produo.
Historicamente, a produo de silcio grau solar est atrelada ao silcio grau eletrnico. O silcio grau
eletrnico utilizado na indstria da microeletrnica para a produo de semicondutores e circuitos
integrados, que demandam o insumo em graus de pureza ainda maiores do que na produo de painis
fotovoltaicos, da ordem de oito noves (99,999999%). O silcio grau solar, portanto, um produto
intermedirio desta indstria e esta sinergia (entre as indstrias fotovoltaica e microeletrnica) implica
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 18
Ministrio de Minas e Energia
na ligao entre o produtor de silcio grau solar pela rota qumica e o mercado de silcio grau eletrnico
(CGEE, 2009).
Est em desenvolvimento, ainda em fase experimental, a rota metalrgica para a produo de silcio
grau solar. Este processo demanda menos energia e reduz os impactos ao meio ambiente, alm de se
esperar reduo no custo de produo entre 30% e 50% (CGEE, 2009).
A diviso mundial da indstria fotovoltaica apresenta diferenas em cada etapa da cadeia de produo
(Figura 18). Segundo dados de 2009 da European Photovoltaic Industry Association - EPIA (2010), a
produo de silcio est concentrada nos Estados Unidos (40% da produo), seguindo-se Europa e
China, com capacidades similares e prximas a 20% cada um, e Japo (cerca de 10% da produo).
Embora houvesse aproximadamente 75 empresas atuando no mercado de silcio em 2009, apenas as
sete maiores concentravam 90% de toda a produo. O mercado mais pulverizado e competitivo
quando se trata da produo de wafers, clulas e painis fotovoltaicos, em uma gradao crescente a
cada etapa da cadeia. A produo de clulas e painis est concentrada principalmente na China, com
quase 50% da capacidade mundial. O restante produzido em Taiwan (> 15%), Europa (> 10%), Japo
(pouco menos de 10%) e Estados Unidos (menos de 5%). Estima-se que a capacidade mundial de
produo de clulas e mdulos de silcio cristalino em 2010 era da ordem de 30 GW/ano (EPIA, 2011).
Fig. 18 - Nmero de empresas na cadeia produtiva fotovoltaica
Fonte: EPIA (2011b)
Na outra ponta, o principal mercado consumidor final da indstria fotovoltaica ainda a Europa, que
consome aproximadamente 80% da produo mundial de painis. Embora boa parte dos painis
instalados na Europa seja importada, cerca de 50% do valor agregado de um sistema fotovoltaico
adicionado no local da instalao, correspondendo aos demais componentes eletromecnicos,
engenharia, montagem e margens dos vendedores. O principal fornecedor mundial de painis a China,
que produz aproximadamente 50% de todos os painis fotovoltaicos instalados no mundo (Figura 19).
O Brasil possui pontos fortes para o estabelecimento de uma indstria fotovoltaica, segundo CGEE
(2009). O primeiro deles o fato de deter uma das maiores reservas mundiais de quartzo de qualidade,
mineral de onde o silcio extrado. Outro ponto forte o fato de j possuir indstrias estabelecidas de
beneficiamento do silcio, embora apenas at o grau metalrgico, insuficiente para utilizao em
aplicaes solares. Tanto MME (2009) quanto CGEE (2010) afirmam que o Brasil detm tecnologia para
a fabricao de clulas e mdulos fotovoltaicos. Embora ainda em escala piloto, a planta instalada pela
PUC-RS produz mdulos fotovoltaicos com tecnologia competitiva.
Na avaliao do MME (2009), a oportunidade para a insero da tecnologia fotovoltaica no contexto
energtico nacional, com a criao de um parque industrial competitivo, capaz, inclusive, de disputar o
mercado internacional, est condicionada instalao de indstrias de beneficiamento do silcio para
fabric-lo no grau de pureza solar. J a CGEE (2010) sugere, diferentemente, o mesmo trajeto percorrido
por China e Coria do Sul: primeiro instalam-se fbricas de clulas solares e mdulos fotovoltaicos e, em
seguida, incrementa-se a produo de silcio grau solar no pas.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 19
Ministrio de Minas e Energia
Fig. 19. Consumo e Produo de Mdulos Fotovoltaicos
Fonte: EPIA (2011)
Por fim, a indstria de componentes eltricos e eletrnicos j existe no pas e pode se adaptar,
rapidamente e sem grandes dificuldades para fornecimento de disjuntores, inversores e conectores, em
resposta demanda da gerao fotovoltaica.
3.2 Heliotrmica
Com cerca de 1,3 GW de potncia heliotrmica instalada no mundo, e mais 2,3 GW em construo14,
esse mercado tem crescido bastante nos ltimos anos, porm ainda enfrenta grandes desafios. Alm do
desenvolvimento da prpria tecnologia, o setor precisa disputar mercados com a gerao fotovoltaica,
especialmente aps a acentuada queda de preos dos painis observada em 2011.
A partir do desenvolvimento tecnolgico, de ganhos de escala na produo e adoo de plantas
comerciais com potncias acima de 50 MW, espera-se que o custo da gerao heliotrmica possa cair de
50 a 60% nos prximos 10 a 15 anos. Estudos indicam que plantas com potncia instalada de 150 a 250
MW correspondem ao dimensionamento timo, do ponto de vista econmico. A ttulo de referncia, de
acordo com estudos do IEA (2010), Turchi (2010), Kost and Schlegl (2010), o custo nivelado da
eletricidade (LCOE) produzida por uma usina heliotrmica est na faixa de 15 a 22 centavos de euro por
kWh, a depender da tecnologia, escala, irradiao e sistema de armazenamento trmico.
Existe grande margem para o desenvolvimento tecnolgico dos diversos tipos de gerao heliotrmica.
A tecnologia ainda incipiente, existindo poucas unidades comerciais no mundo, porm h um grande
investimento, principalmente de pases europeus no desenvolvimento de plantas termossolares e sua
indstria de base. De acordo com o DLR, empresas alems como a Schott, Flabeg, Steag, Evonik,
Siemens, Solar Millenium, entre outras, j investiram cerca de 100 milhes nessa tecnologia, o que
evidencia o interesse e o possvel crescimento da termossolar no mundo. Alm dessas empresas,
existem outras com know-how em usinas termossolares como a francesa Soitec, que desenvolveu 67%
da potncia instalada em usinas termossolares nos Estados Unidos, e as norte-americanas Amonix, que
participou da implantao de 25% e 69% das potncias instaladas nos Estados Unidos e na Espanha,
14
European Academies Science Advisory Council EASAC Policy Report 16, novembro de 2011.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 20
Ministrio de Minas e Energia
respectivamente, e Solfocus, que projetou cerca de 7% da potncia instalada nos Estados Unidos, alm
de plantas em Portugal e Grcia. Complementam a lista de principais empresas com investimento em
energia termossolar: Abengoa Solar, Pairan Eletronik, Tenaska Solar Venture, Cogentrix e Solar
Systems.15
O bloco de potncia ds usinas heliotrmicas, ou termossolares, tem o mesmo princpio bsico de
funcionamento das usinas trmicas convencionais e podem ser caracterizadas por duas partes com
funes distintas, a captao de irradiao solar e redirecionamento dessa irradiao para um
determinado fluido especfico e o processo termoeltrico, em que ocorre a gerao de vapor que
acionar as turbinas e os geradores. O Brasil domina essa tecnologia e possui parque industrial para
atender o processo de converso termoeltrico, comum aos demais tipos de usinas trmicas e com
tecnologia consolidada em todo mundo.
O processo solar-trmico ainda est em desenvolvimento no mundo e demanda grandes investimentos
em parques industriais e tecnologia, principalmente para a produo de materiais capazes de trabalhar
em altas temperaturas sem perder suas propriedades fsico-qumicas. Os pases mais avanados na
implantao dessas usinas so Estados Unidos e Espanha, principalmente por possurem locais com
bons nveis radiao e polticas de incentivo energia solar. Ainda so objeto de pesquisa e
desenvolvimento os tipos de usinas com concentradores Fresnel, concentradores em torre e pratos
parablicos.
15
Fonte: GTM Research
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 21
Ministrio de Minas e Energia
4. POTENCIAL NACIONAL DE ENERGIA SOLAR
Entre os trabalhos pioneiros de avaliao consistente do potencial da energia solar no Brasil esto o
Atlas de Irradiao Solar do Brasil, de 1998, realizado pelo Instituto Nacional de Meteorologia INMET e
pelo Laboratrio de Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina UFSC, e o Atlas
Solarimtrico do Brasil, de 2000, desenvolvido pela Universidade Federal de Pernambuco UFPE e pela
Companhia Hidroeltrica do So Francisco Chesf, com apoio do Centro de Pesquisa de Energia Eltrica
CEPEL por meio de seu Centro de Referncia para Energia Solar e Elica Srgio de Salvo Brito
CRESESB. Mais recentemente, em 2006, foi publicado o Atlas Brasileiro de Energia Solar, produzido no
mbito do projeto SWERA Solar and Wind Energy Resource Assessment, sob coordenao do Instituto
Nacional de Pesquisas Espaciais INPE. Para estimativa do potencial de energia solar no Brasil, o Atlas
Brasileiro de Energia Solar pode ser considerada a referncia mais atual e completa.
Entre os principais produtos apresentados no Atlas esto mapas solarimtricos do pas, com resoluo
espacial de 10 km x 10 km, para o perodo de 1995 a 2005, apresentando:
radiao solar global horizontal mdia anual e sazonal;
radiao solar no plano inclinado mdia anual e sazonal;
radiao solar difusa mdia anual e sazonal;
variabilidade mdia anual e sazonal.
Um trabalho complementar (SWERA, 2008) apresenta ainda um mapa do Brasil com a irradiao direta
anual, podendo-se destacar que os maiores valores so observados no vale do rio So Francisco, na
Bahia e na divisa entre os estados de So Paulo, Paran e Mato Grosso do Sul.
De uma forma geral, a irradiao global relativamente bem distribuda pelas regies do pas. Mas, de
forma geral, todo o litoral leste, do Rio Grande do Sul ao recncavo baiano, rea mais densamente
povoada, apresenta os menores ndices de irradiao verificados no pas.
A regio Nordeste apresenta os maiores valores de irradiao solar global, com a maior mdia e a
menor variabilidade anual entre as regies geogrficas. Os valores mximos de irradiao solar no pas
so observados na regio central do estado da Bahia (6,5 kWh/m/dia), incluindo parcialmente o
noroeste de Minas Gerais. H, durante todo o ano, condies climticas que conferem um regime
estvel de baixa nebulosidade e alta incidncia de irradiao solar para essa regio semirida.
A regio Sul a que mostra os menores valores de irradiao global mdia no Brasil, notadamente na
costa norte do estado de Santa Catarina (4,25 kWh/m/dia), litoral do Paran e litoral sul de So Paulo.
Alm disso, apresenta tambm a maior variabilidade mdia anual. As caractersticas de clima temperado
e a influncia de massas de ar polares contribuem para o aumento da nebulosidade nessa regio,
principalmente durante os meses de inverno.
A irradiao mdia anual varia entre 1.200 e 2.400kWh/m2/ano, valores que so significativamente
superiores maioria dos pases europeus, cujas estatsticas indicam intervalos entre 900 e
1.250kWh/m2/ano na Alemanha, entre 900 e 1.650kWh/m2/ano na Frana e entre 1.200 e
1.850kWh/m2/ano na Espanha.
Como ordem de grandeza do potencial energtico solar pode-se estimar que o consumo do sistema
interligado SIN verificado em 2011 seria totalmente atendido com o recobrimento de uma rea de
2.400km2, pouco mais que a metade da rea do municpio de Salvador-BA, com painis fotovoltaicos
numa regio com insolao mdia da ordem de 1.400 kWh/m2/ano.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 22
Ministrio de Minas e Energia
5. COMPETITIVIDADE DA GERAO FOTOVOLTAICA
Entre as duas tecnologias de converso da energia solar em energia eltrica descritas nas sees
precedentes, fotovoltaica e heliotrmica, a gerao fotovoltaica a que se encontra em estado de
desenvolvimento mais avanado, apresentando, em muitas situaes, condies econmicas que
podero permitir a atrao de investidores, sejam eles corporativos ou mesmo individuais.
Em vista disso, todo o desenvolvimento apresentado nesta nota tcnica a partir desta seo ir se referir
gerao fotovoltaica, considerando-se sua aplicao de forma distribuda, por meio de sistemas de
pequeno e mdio portes, com dimenso compatvel com a instalao em telhados, ou por sistemas de
gerao centralizada, de maior porte, instaladas no solo.
5.1 Referncias internacionais para o custo de investimento
O custo de investimento em sistemas fotovoltaicos pode ser decomposto em trs itens principais: os
painis fotovoltaicos, o inversor de linha e o Balance of the System - BoS, que engloba as estruturas
mecnicas de sustentao, equipamentos eltricos auxiliares, cabos e conexes e a engenharia
necessria para a adequao dos componentes do sistema, assim como custos gerais de instalao e
montagem.
Painis
Enquanto o preo do inversor e o custo de BoS tem se mantido relativamente estveis, os painis
solares vm apresentando constante reduo de preos (Figura 20), alcanando, em julho de 2011, o
valor de 1,2/Wp na Europa (EPIA).
Fig. 20. Preos de sistemas fotovoltaicos na Europa (painis)
Fonte: EPIA (2011)
Estimulada pela persistente sobreoferta de mdulos fotovoltaicos, ou pela crise econmica que vem
afetando particularmente os pases europeus, a reduo de preos de mdulos de silcio cristalino no
mercado spot (vendas no atacado) alcanou, entre janeiro e novembro de 2011, 42% na China e 31%
na Alemanha. Tambm a tecnologia de filme fino (TF) vem apresentando queda de preos, tendo
atingido 0,78/Wp (Figura 21).
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 23
Ministrio de Minas e Energia
Fig. 21. Evoluo de preos (no atacado) de painis fotovoltaicos em 2011
Fonte: pvXchange em www.solarserver.com
Os preos no varejo vm apresentando redues semelhantes, situando-se, em novembro de 2011, em
2,33/Wp na Europa e US$2,49/Wp nos Estados Unidos (valores mdios, exclusive impostos)16.
Inversores
A Figura 22 mostra o preo unitrio de inversores em funo da potncia nominal, expresso em US$/Wp.
Para potncias nominais superiores a 7.000Wp, o preo unitrio de inversores se estabiliza em cerca de
US$0,50/Wp, mas alcana cerca de US$1,55/Wp na faixa de 1.000Wp. Para potncia de 100kWp, o preo
unitrio de inversores de cerca de US$ 0,50/Wp, reduzindo-se a US$0,40/Wp para potencias de
300kWp e para US$0,30/Wp para potncias de 500kWp.
Fig. 22. Preo unitrio de inversores.
Fonte: pvXchange em www.solarserver.com
Vem despertando interesse o uso de microinversores diretamente acoplados aos painis solares, em
substituio do inversor de linha. Essa tecnologia tende a homogeneizar o custo da inverso em relao
potncia e a reduzir o custo de montagem das instalaes. Podem ser encontrados microinversores
com preos na faixa US$0,85 a US$0,98/Wp.
16
Solarbuzz Solar Market Research and Analysis, em www.solarbuzz.com, acesso em dez/2011.
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000
Pre
o u
nit
rio
[U
S$/W
]
Potncia [W]
Preo unitrio de inversores
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov
Euro
/WAle
Jap
Chi
TF*
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 24
Ministrio de Minas e Energia
Sistema completo
Graas principalmente ao declnio do preo dos painis, o preo do conjunto de gerao fotovoltaica
tem se reduzido acentuadamente. Atualmente, os painis solares respondem por cerca de 60% do custo
total dos sistemas fotovoltaicos, o inversor por cerca de 10% e o restante atribudo ao BoS. Estima-se
que em uma dcada os painis respondero por apenas 35-40% do total, enquanto que o BoS
responder por metade da inverso total. De acordo com a German Solar Industry Association BSW, o
preo de sistemas fotovoltaicos de at 100 kWp na Alemanha, instalados em telhados, reduziu-se, em
agosto de 2011, a 2,2/Wp, excludos impostos (Figura 23). Outras fontes17 sugerem preos praticados
na Alemanha ainda menores, de 1,60/Wp, ao final de setembro de 2011, para instalaes de grande
porte e 1,90/Wp para instalaes residenciais.
Fig. 23. Evoluo recente do preo de sistemas fotovoltaicos
Fonte: BSW-solar (2011).
A instalao em telhados vem sendo cada vez mais usada, principalmente na Alemanha, na Espanha, na
Itlia e nos Estados Unidos. Tipicamente, a potncia instalada nas edificaes da Europa de 3kWp no
setor residencial, 100kWp no setor comercial e 500kWp no setor industrial.
Para efeito da anlise da competitividade da gerao solar fotovoltaica importante destacar que o
preo dos sistemas depende fortemente da potncia da instalao. Estudo publicado pelo Lawrence
Berkeley National Laboratory18 mostra a diferenciao do custo unitrio de investimento observado nos
Estados Unidos em 2010 para ampla faixa de potncia (Figura 26). O mesmo estudo ressalta que, em
mdia, o custo de instalao para potncias entre 2 e 5kW so 64% mais elevados nos Estados Unidos
do que na Alemanha e atribui a diferena, entre outros fatores, maior capacidade de gerao j
instalada no pas europeu, s regras de conexo rede, aos custos de mo-de-obra e simplificao dos
procedimentos de aprovao das instalaes na Alemanha.
De acordo com a Solar Energy Industries Association SEIA19, o preo mdio de sistemas fotovoltaicos
no residenciais instalados nos Estados Unidos alcanou US$4,94/Wp no terceiro trimestre de 2011. Em
escala de MW (grande porte), o preo mdio reduziu-se a US$3,45/Wp, em setembro de 2011. O preo
mdio final turn key de sistemas residenciais alcanou US$6,24/Wp (entre 4,0 e 8,5 US$/Wp), cerca de
25% superior ao de sistemas de porte comercial e 80% superior ao das instalaes de grande porte
(Figura 25). Pesquisa de preos nos Estados Unidos realizada na web em outubro de 2011 confirma a
existncia de ganhos de escala tanto nos inversores quanto nos painis.
17
IHS ISUPPLY, em 06 de dezembro de 2011. 18
Tracking the Sun IV An historical summary of the installed cost of photovoltaics in the United States from 1998 to 2010, setembro de 2011. 19
US Solar Market Insight: 3nd
Quarter 2011 Executive Summary, em .
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 25
Ministrio de Minas e Energia
Fig. 24. Preos de sistemas fotovoltaicos por faixa de potncia (EUA, 2010)
Fonte: SEIA (2011).
Fig. 25. Preos de sistemas fotovoltaicos instalados (EUA)
Fonte: SEIA (2011).
Os racks de montagem dos painis solares so vendidos a preos da ordem de US$80 por painel, para
quantidades superiores a 20 painis. A Figura 26 mostra preos unitrios de kits completos,
compostos de painis solares, inversores, disjuntor AC, chaves seccionadoras DC e AC e racks de
montagem, destacando-se, na curva intermediria, o uso de painis com microinversores. A curva
superior mostra preos de kits que utilizam mdulos de marca japonesa tradicional (Kyocera) e a
inferior kits com painis Canadian Solar, de origem chinesa.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 26
Ministrio de Minas e Energia
Fig. 26. Preo unitrio de sistemas completos (exceto montagem) Fonte: Elaborao prpria a partir de pesquisa em sites da web
O levantamento e compilao de preos de kits completos (painel e inversor), em sites de lojas
especializadas norte americanas, indica que para potncias tpicas de instalaes comerciais e
industriais, entre 50 kWp e 1.000 kWp, podem ser encontrados kits com preos unitrios mostrados na
Tabela 3.
Tabela 3. Preos de kits completos
Potncia Mnimo Mdio Mximo
(kWp) (US$/Wp)
50 2,17 2,32 2,61
75 2,11 2,21 2,33
100 2,07 2,16 2,29
250 1,95 2,04 2,17
500 1,83 1,92 2,04
1.000 1,81 1,90 2,02 Fonte: Elaborao Prpria a partir de pesquisa de ofertas em sites de lojas especializadas norte-americanas (Solar Electric Supply, DM Solar e outras).
Note-se que os valores anteriormente apresentados incluem os impostos regulares de comercializao
dos produtos e servios (I.V.A., imposto sobre valor agregado), que varia de pas para pas ou de regio
para regio. Nas referncias compiladas, a mdia de IVA foi avaliada entre 8 e 10% dos valores
pesquisados.
Por outro lado, os valores anteriores no incluem os custos de instalao e montagem, estimados da
ordem de 20% do custo total de invenstimento. Incluindo estes custos, obtem-se os valores
apresentados na Tabela 4, os quais foram adotados como referncia nesta anlise para o custo de
investimento em sistemas fotovoltaicos de converso de energia eltrica no mercado internacional.
Tabela 4.Custo de investimento em sistemas fotovoltaicos referncia internacional (US$/kWp)
Potncia Painis Inversores Instalao& Montagem
TOTAL
Residencial (4-6kWp) 2,23 0,57 0,70 3,50
Residencial (8-10kWp) 2,02 0,50 0,63 3,15
Comercial (100kWp) 1,74 0,42 0,54 2,70
Industrial (1.000kWp) 1,60 0,30 0,48 2,38 Nota: Preos com impostos nos seus mercados de origem. Fonte: Elaborao prpria a partir de pesquisa diretamente em sites de lojas especializadas norte-americanas (Solar Electric Supply, DM Solar e outras).
3,50
3,70
3,90
4,10
4,30
4,50
4,70
4,90
5,10
5,30
5,50
1.000 3.000 5.000 7.000 9.000 11.000 13.000
Pre
o u
nit
rio
[U
S$/W
]
Potncia [W]
Sistemas completos com kit de montagem
KY
Sc
CS
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 27
Ministrio de Minas e Energia
5.2 Estimativa do custo de investimento no Brasil
Para internalizao no Brasil dos custos descritos no item anterior, deve ser considerada a incidncia de
impostos (imposto de importao, IPI, quando for o caso, ICMS, PIS, COFINS, etc.), que nem sempre
ocorrem de forma homognea sobre todas as parcelas. A partir de informaes do Grupo Setorial
Fotovoltaico da Associao Brasileira da Indstria Eltrica e Eletrnica ABINEE, mostradas no quadro
abaixo (Figura 27), constata-se que esse sobrecusto estaria entre 30 e 35%, percentual que indicidiria
sobre os valores de referncia internacionais. De fato, para a instalao de 100kWp, o custo de
investimento seria de R$6,31/Wp, desconsiderados impostos, elevando-se para R$8,36/kWp ao ser
considerada a carga tributria, o que significa algo como 32,5% de elevao. Descontados, os impostos
nos locais de origem, tem-se que, em termos lquidos, a internalizao no Brasil dos custos de
investimento em sistema de gerao fotovoltaica importaria na elevao em cerca de 25% dos valores
atribudos como referncia internacional.
Fig. 27. Preo unitrio de sistemas completos (exceto montagem) Fonte: Grupo Setorial Fotovoltaico da Associao Brasileira da Indstria Eltrica e Eletrnica - ABINEE
Nessas condies, e considerando ainda a taxa de cmbio de US$1.00 = R$1,75, estabeleceu-se o quadro
referencial dos custos de investimento em sistemas de gerao fotovoltaica no Brasil utilizado nesta
anlise, conforme apresentado na Tabela 5.
Tabela 5. Custo de investimento em sistemas fotovoltaicos referncia no Brasil (R$/kWp) (1)
Potncia Painis (2) Inversores Instalao& Montagem
TOTAL
Residencial (4-6kWp) 4,88 1,25 1,53 7,66
Residencial (8-10kWp) 4,42 1,09 1,38 6,89
Comercial (100kWp) 3,81 0,92 1,18 5,91
Industrial (1.000kWp) 3,50 0,66 1,04 5,20
Notas: (1) calculado a partir de referncias internacionais (US$1.00 = R$1,75) da Tabela 4, com acrscimo de 25% de tributos nacionais.
(2) painis fixos, que no acompanham o movimento do Sol
Convm ressaltar que os preos baixos atualmente oferecidos nos Estados Unidos e na Europa refletem
a situao de um mercado amplo, competitivo, e com sobreoferta decorrente da recente crise
internacional. Neste caso, os preos internacionais verificados podem no refletir uma realidade de
custos; ainda, no se deve excluir a possibilidade de dumping decorrente da persistente sobreoferta
de mdulos. uma situao fundamentalmente diferente da realidade brasileira, em que a demanda
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 28
Ministrio de Minas e Energia
pela energia fotovoltaica incipiente. Isso poderia sugerir que o ndice de internalizao dos custos de
investimento no Brasil fosse maior do que os 25% considerados. Deve-se ter em conta, por outro lado, o
potencial de crescimento do mercado nacional, que tenderia a reduzir o referido efeito da escala dos
mercados e a tendncia robusta de reduo dos custos dos painis (e consequentemente do custo de
investimento) que pode compensar um custo de internalizao eventualmente subavaliado. Para efeito
dos clculos feitos e apresentados a seguir, os valores considerados no contemplam esta possibilidade.
5.3 Energia produzida: produtividade
A produtividade, expressa em Wh/Wp/ano, resulta em um fator de capacidade que parmetro bsico
para anlise da competitividade da gerao solar fotovoltaica. Depende do ndice de irradiao solar, o
que significa que diferente para as diversas regies do pas.
Para efeito dos clculos desenvolvidos nesta nota tcnica utilizou-se como referncia o mapa de
irradiao global para o plano inclinado mostrado na Figura 28, elaborado a partir do Atlas Brasileiro de
Energia Solar (2006) e no qual so identificados por cores oito diferentes nveis de irradiao.
A produtividade da gerao solar fotovoltaica em cada nvel foi calculada por meio do modelo
computacional PVWATTS, do National Renewable Energy Laboratory NREL, entidade subordinada ao
Departamento de Energia dos Estados Unidos (US DoE), como mdia da produtividade em cidades
situadas em cada nvel de irradiao. Cabe destacar que as faixas de irradiao solar apresentadas nessa
figura resultam da composio de valores heterogneos desse parmetro, dentro das faixas (amplas) de
territrio apresentado. Dito de outra forma: dentro de cada rea existiro localidades com valores
maiores e menores que a mdia apresentada para uma dada regio do pas. Assim, os resultados
quantitativos mostrados nesta nota tcnica para a gerao distribuda podem ser aceitos como mdia,
mas necessariamente no so aplicveis a locais especficos e a situaes particulares.
Fig. 28. Irradiao solar do Brasil para o plano inclinado
Fonte: Adaptado do Atlas Brasileiro de Energia Solar 2006
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 29
Ministrio de Minas e Energia
De acordo com o mapa considerado, as reas de maior irradiao solar so as reas 5 a 8, nas quais a
produtividade mdia varia entre 1.260 e 1.420Wh/Wp/ano, o que significa um fator de capacidade
mdio entre 14,4 e 16,2%, conforme indicado na Tabela 6.
Tabela 6. Produtividade mdia especfica da gerao fotovoltaica
em reas selecionadas do territrio brasileiro
rea Produtividade
mdia (Wh/Wp/ano)
Fator de capacidade mdio (1)
# 5 1.260 14,4%
# 6 1.320 15,1%
# 7 1.370 15,6%
# 8 1.420 16,2%
(1) Tomando como referncia 8.760 horas por ano
No clculo dos valores de fator de capacidade acima foi considerado uma Performance Ratio (PR) igual a
75%20 e admitiu-se inclinao (posio angular dos painis em relao trajetria do Sol ao longo do
ano) fixa e igual latitude do local, o que corresponde posio de mxima produo de energia ao
longo do tempo para o painel fixo.
Para as estimativas desta nota tcnica, considerou-se para projetos de gerao distribuda de pequeno e
mdio portes, com dimenso compatvel com a instalao em telhados, a produtividade associada
rea 6, ou seja, 1.320Wh/Wp/ano (fator de capacidade de 15,1%).
Para instalaes centralizadas de maior porte, instaladas no solo, para as quais possvel selecionar
locais mais favorveis de irradiao solar, adotou-se um valor superior de produtividade mdia,
correspondente a um fator de capacidade de 18,0%, conforme tratado no item 5.5.
5.4 Anlise da competitividade da gerao distribuda
A competitividade da gerao fotovoltaica distribuda foi analisada com base na estimativa do custo
equivalente ou nivelado da gerao, expresso em R$/MWh, o qual foi comparado com os valores da
tarifa paga pelo consumidor concessionria.
No caso das aplicaes residenciais e comerciais, tipicamente referidas baixa tenso e fisicamente
distribudas na rede, o custo nivelado corresponde, em princpio, ao valor mnimo da tarifa de
fornecimento de energia que o consumidor deve enxergar para considerar vivel, em termos
econmicos, seu investimento na gerao fotovoltaica. Entende-se por tarifa, nesses casos, o valor final
pago pelo consumidor, isto , includos os impostos que incidem sobre a tarifa bsica homologada pela
ANEEL.
20
Engloba perdas hmicas nos inversores, tipicamente entre 4,0% e 6%, circuitos eltricos e diodos de bloqueio, de 2% a 5%, perdas nos painis por sujeira e poluio, de 2% a 4%, indisponibilidade e mismatch, entre 1 e 3%, e perdas por sombreamento.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 30
Ministrio de Minas e Energia
Conforme metodologia sugerida pela EPIA21, para a determinao do custo nivelado foram calculados os
fluxos de entrada e sada de caixa correspondentes s receitas e despesas de investimento e
operacionais durante a vida til da instalao. Nesse clculo, as receitas foram computadas valorando a
energia produzida pelo custo nivelado de gerao. Tal custo corresponde ao valor que torna nulo o valor
presente do fluxo de caixa lquido.
Principais parmetros
Foram considerados os seguintes principais parmetros de clculo:
Parmetros econmicos:
Taxa de desconto: 6% ao ano (taxa real, isto , descontada a inflao; para uma inflao anual
de 4,5%, por exemplo, a taxa nominal de desconto seria de 10,8% ao ano)
Vida til das instalaes : 20 anos (exceto inversores: 10 anos)
Despesas operacionais:
Custo anual de operao e manuteno: 1% do custo de investimento
Parmetros tcnicos:
Prazo de maturao do investimento (construo): 3 meses
Perda de eficincia dos painis: 0,65% ao ano, com correspondente decrscimo da energia
produzida
Fator de capacidade: 15,1%
Resultados
Salienta-se que os resultados inicialmente apurados, a seguir apresentados, refletem um clculo sob o
ponto de vista estritamente econmico, isto , no esto considerados efeitos de alavancagem
resultante de financiamentos ou de quaisquer outras medidas de incentivo, de natureza fiscal ou
tributria, que eventualmente possam ser estabelecidas e que, por certo, afetariam o fluxo de caixa.
Esses aspectos so considerados mais adiante neste documento.
Nestas condies, os resultados iniciais foram os seguintes:
Tabela 7. Competitividade da gerao fotovoltaica custo nivelado da gerao (R$/kWh)
Aplicao Potncia
(kWp)
Investimento inicial
(R$ mil)
Custo nivelado de gerao (R$/MWh)
Residencial 5 38 602
10 69 541
Comercial 100 591 463
Industrial 1.000 5.185 402
Fonte: Elaborao prpria.
21
Solar Photovoltaics Competing in the Energy Sector - On the Road to Competitiveness, EPIA, setembro de
2011.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 31
Ministrio de Minas e Energia
Tarifas das concessionrias
Conforme assinalado, para efeito de avaliar a competitividade da gerao fotovoltaica, o custo nivelado
dessa gerao deve ser comparado com a tarifa final paga pelo consumidor, isto , a tarifa em que esto
includos, a partir de determinao legal, os pagamentos compulsrios devidos ao poder pblico.
No fornecimento de energia eltrica esto inclusos na tarifa tributos federais (PIS/COFINS) e estadual
(ICMS). Alm desses tributos, a conta de energia eltrica utilizada, em alguns casos, para arrecadao
da contribuio de iluminao pblica (quando prevista em lei) para as prefeituras que efetuam essa
cobrana e mantm convnio com a concessionria de distribuio. Em geral essa contribuio funo
do consumo do consumidor, o que poderia influir na sua percepo quanto competitividade da
gerao fotovoltaica, sobretudo se for considerada uma operao do tipo net metering entre
consumidor e concessionria. Contudo, por simplificao, esse aspecto foi desconsiderado na presente
anlise.
A alquota mdia dos tributos federais incidentes no fornecimento de energia eltrica (PIS/COFINS) est
entre 5 e 7%, sendo que o valor efetivamente pago possa apresentar variao mensal, de acordo com a
apurao22. Tomou-se como referncia o valor de 6%. J a alquota do tributo estadual (ICMS) , em
geral, funo do consumo. Na faixa de consumo em que se admite haver maior suscetibilidade e
disposio a investir na gerao fotovoltaica, consumo mensal igual ou superior a 500 kWh, a alquota
varia majoritariamente entre 25 e 30%, conforme o estado.
Para o setor residencial, a partir de dados de alquotas extrados do stio da ABRADEE23 ponderadas pelo
consumo de energia eltrica, apurado pela EPE, chegou-se a uma alquota mdia de ICMS da ordem de
25%. Para os setores comercial e industrial considerou-se uma alquota mdia de ICMS igual a 21%.
A tabela a seguir sintetiza os valores mdios regionais das tarifas obtidos, incluindo PIS/COFINS e ICMS,
possibilitando uma viso geral dos nveis tarifrios nos setores residencial, comercial e industrial.
Tabela 8. Tarifas homologada na ANEEL Valores mdios regionais em 2011(R$/MWh)
Setor
Mnimo Mximo Mdia
Residencial
444 464 457
Comercial 387 443 406
Industrial 318 432 336
Nota: Valores extrados de ANEEL (mdias por regio; menor e maior valor regional), incluindo PIS COFINS=6% e ICMS= 25% para o setor residencial e 21% para os setores comercial e industrial.
Fonte: Elaborao prpria a partir de ANEEL.Consulta em 07/05/2012
Ressalta-se que, por se tratar de valores mdios, a utilizao dos valores acima para a avaliao da
competitividade da fonte fotovoltaica, por comparao com os valores de custo nivelado de gerao
anteriormente referido, nem sempre aplicvel. No caso do setor residencial, por exemplo, foram
tambm considerados os valores individualizados das diversas concessionrias, conforme segue.
Aplicao residencial
A anlise das tarifas das distribuidoras consideradas individualmente (valores mdios do setor
residencial, incluindo tributos, para faixa de consumo de 500 kWh/ms), conforme apurado no site da
ANEEL24, mostra que a tarifa final das 63 concessionrias de distribuio podem variar entre
22
A alquota nominal no sistema atual (no cumulativo) de 1,65% para o PIS e 7,6% para o COFINS. O valor devido desses tributos apurado pela diferena entre a aplicao dessas alquotas sobre o faturamento bruto e a aplicao sobre os custos e despesas. O valor efetivamente pago varia, portanto, de empresa para empresa. 23
http://www.abradee01.org/download/aliquota/ICMS_Aliquotas_Estados_Jan-2008.xls, consulta em 05/04/2012. 24
http://www.aneel.gov.br, consulta em 23/02/2012.
-
NOTA TCNICA EPE - Anlise da Insero da Gerao Solar na Matriz Eltrica Brasileira 32
Ministrio de Minas e Energia
R$240/MWh e R$709/MWh. No incio de 2011, 10 concessionrias tinham tarifas homologadas
superiores ao custo nivelado de gerao calculado para aplicaes de 5kWp (R$603/MWh), entre elas
Energisa Minas Gerais (Minas Gerais), Cemar (Maranho), Cepisa (Piau), Ampla (Rio de Janeiro) e Cemig
(Minas Gerais). Acima do custo nivelado de gerao calculado para aplicaes de 10kWp (R$541/MWh)
somam-se a essas mais 18 concessionrias (totalizando 28 empresas), destacando-se Coelba (Bahia) e
Coelce (Cear). Muito prximo deste valor esto as tarifas residenciais homologadas para a Elektro (So
Paulo), Light (Rio de Janeiro) e Celpa (Par).
Esta avaliao indica que se, por um lado, no se pode afirmar que a gerao fotovoltaica
competitiva em qualquer condio para a aplicao residencial, por outro, percebe-se que j existem
situaes objetivas em que esta competitividade se apresenta de forma clara. Alm disso, deve-se
considerar que os clculos aqui apresentados se referem a situaes tpicas no que tange produo de
energia (fator de capacidade). Isto quer dizer que possvel encontrar arranjos melhores, ou seja, stios
mais favorveis, em que a produtividade pode ser superior quela aqui considerada. Por fim, conforme
j citado, ressalta-se que os resultados at aqui apresentados se referem a uma avaliao estritamente
econmica, ou seja, ser possvel tambm encontrar arranjos financeiros (condies de financiamento)
e tributrios (incentivos fiscais) que poderiam ampliar a faixa de competitividade da gerao
fotovoltaica na aplicao residencial. Este aspecto comentado no item 6.2.
Aplicao comercial
A anlise da competitividade da gerao fotovoltaica na aplicao comercial acompanha o
desenvolvimento feito para o caso anterior. Deve-se considerar, contudo, que a tarifa comercial , em
geral, nominalmente mais baixa. De acordo com a ANEEL25, a tarifa mdia comercial correspondia a 89%
da tarifa mdia residencial em 2011. Por outro lado, o custo mdio da gerao fotovoltaica estimado
nesta nota tcnica , na aplicao comercial, 86% do custo calculado para a aplicao residencial. Ou
seja, se por um lado, a tarifa de fornecimento comercial , em geral, mais baixa do que a residencial, o
custo mdio da gerao fotovoltaica na aplicao comercial tende a ser relativamente mais reduzido,
o que significa que permanecem vlidas para esse caso as concluses indicadas no caso da aplicao
residencial quanto competitividade da fonte fotovoltaica distribuda.
Aplicao industrial
No caso industrial, algumas consideraes merecem ser feitas. De um lado, o maior porte das
instalaes de gerao fotovoltaica industrial tende a acarretar valores relativamente menores do custo
nivelado de gerao quando comparados com os casos residencial e comercial. Por outro, h, grande
diversidade de situaes tarifrias na indstria e, por consequncia, no possvel se antecipar
concluses com base na simples comparao de valores mdios. Com efeito, a tarifa horossazonal que
se aplica a esses consumidores e a significativa diferenciao das tarifas nominais em cada classe de
tenso permite grande nmero de situaes que podem influir decisivamente na anlise da
competitividade da gerao fotovoltaica. Tal anlise no foi efetuada no mbito deste documento.
Ressalta-se ainda que, no caso da autoproduo industrial, h que se analisar a possibilidade de arranjos
envolvendo plantas fotovoltaicas de maior porte instaladas no solo, em locais afastados do ponto de
consumo, porm pr-selecionados com condies mais favorveis de irradiao solar, tendo-se, em
decorrncia, maior fator de capacidade e um menor custo nivelado de gerao e, portanto, com maior
competitividade face tarifa de consumo.
5.5 Anlise da competitividade da gerao centralizada
25
http: