Energia Solar Fotovoltaica: Análise Comparativa da Viabilidade Econômica de Sistemas conectados à rede para diferentes regiões do Brasil

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1 Políticas Energéticas para a Sustentabilidade 25 a 27 de agosto de 2014 Florianópolis SC Energia Solar Fotovoltaica: Análise Comparativa da Viabilidade Econômica de Sistemas conectados à rede para diferentes regiões do Brasil Bruno Moreno Rodrigo de Freitas 1, Márcio Zamboti Fortes 2 Bruno S. Moreira Cesar Borba 3, RESUMO A Geração Distribuída já é realidade em muitos mercados internacionais, como Alemanha, Estados Unidos, Japão e China, entre outros. Após a homologação da Resolução Normativa ANEEL 482, em Abril de 2012, o Brasil pôde ser incluso na lista dos países que oferecem esta possibilidade de geração. Avaliar a viabilidade de implantação de mini ou micro gerações é um dos desafios para os grupos de pesquisa e empresas fornecedoras de equipamentos. Este trabalho apresenta uma proposta de análise de viabilidade econômica de projetos de Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede de Distribuição (SFvCR) em função de diversas variáveis. Propõe-se um procedimento de rápida execução para realizar o cálculo e aplicam-se a algumas cidades brasileiras. Palavras-chave: Sistemas Fotovoltaicos, Geração Distribuída, Energia Solar. 1 Universidade Federal Fluminense, morebru@gmail.com, (21) Universidade Federal Fluminense, mzf@vm.uff.br, (21) Universidade Federal Fluminense, bborba@id.uff.br, (21)

2 ABSTRACT The Decentralized Generation approach is already set in many international markets, as Germany, USA, Japan and China, amongst others. After the ratification of the Normative Resolution 482 from ANEEL, in April 2012, Brazil could be included in the list of countries that provide this generation possibility. The assessment of the feasibility of mini and micro generation installation is one of the challenges of the academic research groups and the equipment supplier companies. This paper presents a proposal of economic feasibility analysis for Grid Tie PV Systems projects according to many variables. Thus, It is proposed a quick execution procedure to carry out the calculation and it is applied to some Brazilian cities. 1. INTRODUÇÃO A Geração Distribuída já é realidade em muitos mercados internacionais, como Alemanha, Estados Unidos, Japão e China, entre outros. Atualmente, após a homologação da Resolução Normativa ANEEL 482, em Abril de 2012, o Brasil pôde ser incluso na lista dos países que oferecem a possibilidade de geração na ponta. Assim, unidades de geração podem consumir sua própria energia e o excedente ser injetado na rede de distribuição, havendo uma espécie de crédito de energia que poderá ser usado posteriormente, caracterizando o sistema de compensação de energia ou net metering. A geração com sistemas distribuídos é importante na mitigação dos impactos socioambientais causados pelas unidades de geração de energia elétrica centralizada, como Usinas Hidrelétricas e Termelétricas de grande porte. No entanto, alguns entraves políticos ainda estão acontecendo para que de fato se estabeleça o mercado da energia distribuída e assim compor a matriz energética brasileira. Quando da avaliação da instalação de centrais geradoras fotovoltaicas vários fatores devem ser analisados, como: localização geográfica da unidade de geração, posicionamento das placas, tecnologia de placas utilizadas, eficiência dos drives, entre outros. Algumas características especificas já estão sendo discutidas, como por exemplo, em áreas próximas a grandes florestas, o impacto do crescimento de árvores na eficiência das centrais de geração (Dereli e outros, 2013) e a variação do ângulo de posicionamento das placas durante o ano (Zghal e outros, 2012). Previsões com outras variáveis diferentes da irradiação solar e baseada em 2

3 referências estatísticas estão destacadas no estudo apresentado em (Li e outros, 2014). Já existem técnicas de inteligência artificial e softwares de suporte apoiando aos estudos de planejamento para instalações de sistemas fotovoltaicos conforme relatado em (Ammar e outros, 2010) e (Baptista e outros, 2013). Outro fator importante a se destacar são as políticas adotadas nos diferentes países com relação à instalação de sistemas fotovoltaicos. No Brasil, a Resolução 482 de 2012, foi um avanço para o desenvolvimento tecnológico e estudo de aplicações de sistemas distribuídos. Na Europa, um dos estudos referentes ao tema é o apresentado por (Diaz-Reyes e outros, 2008) comparando as características da Espanha e Itália. 2. Metodologia Neste artigo apresentam-se avaliações de instalações fotovoltaicas em diversas regiões do pais. O dimensionamento e análise esta baseado em um consumidor com media mensal de 350 kwh, ou, kwh por ano. Como o sistema de compensação de energia não promove o crédito de qualquer geração acima do que se é necessário para igualar o consumo, o sistema fotovoltaico é dimensionado exatamente igual ao consumo anual de energia. O tempo referencial de um ano. Para o cálculo da potência total do sistema tem-se: P t mod S C I. P 1000 Onde: P t - Potência Total (kw) C a - Consumo Anual (kwh) I- Irradiação Local do plano inclinado (kwh m 2 ano) η mod - Eficiência do Módulo Fotovoltaico (%) PG- Perda Global do Sistema (%) P mod - Potência do Módulo (Wp) S mod - Área do Módulo (m 2 ) Para o cálculo da quantidade de módulos necessários para o sistema e sua área total, tem-se: a mod mod. PG 3

4 Onde: Pt No. de módulos e S t Smod. No. de módulos P mod S t - Área Total do Sistema (m 2 ) Na análise para um sistema fotovoltaico de uma residência urbana com as características citadas, obtém os valores da Tabela 1 para o sistema fotovoltaico Característica Valor Unidade Consumo Médio Mensal 350 kwh/mês Consumo Anual kwh/ano Eficiência do Módulo 15,85 % Perda Global 90 % Área do módulo (unidade) 1,6 m 2 Potência do Módulo 255 Wp Irradiação Solar Local kwh/m 2 /ano (ref.) Potência Total 2,8 kwp Quantidade de módulos 11 Área Total 17,77 m 2 Tabela 1 Característica do projeto estudado Considerou-se na Tabela 1 valores típicos de fabricantes disponíveis no mercado nacional. A tecnologia de silício cristalino, seja ela mono ou multi, apresenta uma garantia de no mínimo 80% da capacidade de geração até 25 anos, de maneira que, anualmente, há um desabono de aproximadamente 0,8% de capacidade de geração. Com isso, os cálculos de viabilidade econômica devem obedecer a essas limitações da tecnologia, apesar de saber que existem instalações que podem ter maior tempo de garantia que os reportados. Na analise da viabilidade econômica de um projeto deve-se estimar os fluxos de caixa, que serão realizados anualmente, multiplicando-se o valor de geração inicial de kwh ano, tendo um desabono de 0,8% a.a., pela a tarifa de energia da concessionária local para consumidores cativos, urbanos, residenciais, ou seja, tarifa da subclasse B1. Neste ponto, cumpre enfatizar que, de acordo com o Resolução 482, mesmo com haja a total compensação da energia elétrica consumida pela residência, deverá ser cobrado o custo de disponibilidade de energia elétrica para o consumidor. Como simplificação, este valor foi desconsiderado. 4

5 Como determinado pela ANEEL, existe um reajuste tarifário anual e este valor é estimado neste estudo, para que haja uma maior precisão nos cálculos. Em função da complexidade envolvida com metodologia tarifária de energia elétrica no Brasil, foi estabelecido, como simplificação, que o reajuste anual tarifário seguiria as metas de inflação do governo. De acordo com o Banco Central do Brasil, estes valores são de 4,5±2% a.a., sendo o menor valor, 2,5% a.a., que poderia ser visto como um cenário pessimista, enquanto o valor de 4,5% a.a. representaria um cenário realista, e o valor de 6,5% estaria associado com um cenário otimista de aumento da tarifa de energia elétrica no Brasil. A tarifa de energia no local escolhido para analise, pode ser verificada em uma fatura da concessionária prestadora de serviço, ou ainda, no site da ANEEL. Todavia, a relação da tarifa apresentada neste site é um valor livre de impostos, os quais devem ser adicionados. Os impostos inclusos no serviço de distribuição de energia são o ICMS (Imposto Sobre Circulação de Mercadorias e Serviços), PIS (Programa de Integração Social) e o COFINS (Contribuição para o Financiamento da Seguridade Social). O ICMS difere de estado para estado, sendo que neste estudo adota-se o valor de 29%. Da mesma forma, o PIS e COFINS não são discriminados um do outro na conta de energia, sendo explícitos os seus valores somados que variam mensalmente sendo considerado, para este estudo, um valor de 5,6% (média das áreas estudadas). O custo total do projeto foi obtido de acordo com preços reais encontrados no mercado brasileiro (base dez 2013.). Os componentes básicos de um sistema fotovoltaico são os módulos, o inversor e os equipamentos de instalação e montagem. Ainda, uma empresa prestadora de serviços do ramo deve cobrar uma taxa sobre o projeto. Com isso, têm-se os valores referência na Tabela 2. Custos Módulos 4,00 R$/Wp Inversores 1,40 R$/Wp Instalação e Montagem 1,53 R$/Wp Serviços de Engenharia 10,00 % o valor total Valor Total do Projeto R$ ,44 Tabela 2 Custo do projeto 5

6 Existem diversos métodos de avaliação da viabilidade econômica de um projeto. Contudo, neste trabalho avaliam-se os métodos Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR), Índice de Lucratividade (IL), Pay-Back Simples (OS) e Pay-Back Descontado (PD). Para a análise utilizando o VPL, o resultado final deve ser maior que zero para o projeto ser aceito. Conjuntamente, TIR deve ser maior ou igual que a Taxa mínima de Atratividade (TMA) para que o projeto seja viável, ao mesmo tempo em que o IL deve ser maior que 1. O valor de 11% a.a. foi escolhido com base no retorno de projetos de geração de energia, sendo este valor maior que a taxa livre de risco do mercado brasileiro atual, acrescido de um risco setorial do mercado de geração de energia elétrica. Note que este valor de TMA para estudos do setor residencial pode ser otimista, uma vez que o custo de oportunidade do capital das famílias, que está associado a financiamentos e empréstimos disponíveis no mercado, tende a ser superior. Contudo, linhas de crédito criadas recentemente pelo BNDES para pessoa física na área de fontes alternativas poderiam ser utilizadas, o que torna a TMA considerada adequada para o estudo Ou seja, as premissas para que o projeto seja economicamente viável são: VPL 0 TIR TMA IL 1 3 Resultados Escolheram-se 11 cidades nas diversas regiões do Brasil. Coletaram-se os dados de irradiação utilizando o site do SUNDATA do CEPEL. As tarifas de energia foram coletadas do site da ANEEL e paginas das concessionárias locais. A Tabela 3 apresenta estes dados. Cidade Irradiação (kwh/m²/ano) Tarifa de Energia (R$/kWh) 1 - Belo Horizonte , Niterói , Natal , Petrolina , Cuiabá , Salvador , Belém , Rio de Janeiro , Manaus ,

7 10 - Porto Alegre , São Paulo , Tabela 3 Dados referencia para o projeto Considerando-se o cenário realista como cenário α(4,5% a.a.), pessimista cenário β (2,5% a.a.) e otimista cenário (6,5% a.a.), os resultados estão apresentados nas Tabelas 4,5 e 6 e Figuras 1,2, e 3 respectivamente. Cenário α (4,5% a.a.) Cidade T.I.R. V.P.L. I.L. P.S. (anos) P.D. (anos) 1 12,26% -81,28 0,996 9 >>Vida Útil do Projeto 2 12,09% -427,31 0,983 9 >>Vida Útil do Projeto 3 11,93% -637,53 0,970 9 >>Vida Útil do Projeto 4 11,81% -859,47 0,961 9 >>Vida Útil do Projeto 5 11,70% ,95 0, >>Vida Útil do Projeto 6 11,52% ,43 0, >>Vida Útil do Projeto 7 11,39% ,76 0, >>Vida Útil do Projeto 8 10,13% ,31 0, >>Vida Útil do Projeto 9 8,33% ,36 0, >>Vida Útil do Projeto 10 7,48% ,18 0, >>Vida Útil do Projeto 11 4,95% ,74 0,485 >>Vida Útil do Projeto >>Vida Útil do Projeto Tabela 4 Métodos para o cenário realista Cenário β (2,5% a.a.) Cidade T.I.R. V.P.L. I.L. P.S. (anos) P.D. (anos) 1 10,35% ,36 0, >>Vida Útil do Projeto 2 10,02% ,08 0, >>Vida Útil do Projeto 3 9,90% ,75 0, >>Vida Útil do Projeto 4 10,18% ,47 0, >>Vida Útil do Projeto 5 9,61% ,47 0, >>Vida Útil do Projeto 6 9,48% ,94 0, >>Vida Útil do Projeto 7 9,79% ,56 0, >>Vida Útil do Projeto 8 8,23% ,07 0, >>Vida Útil do Projeto 9 6,45% ,74 0, >>Vida Útil do Projeto 10 5,61% ,05 0, >>Vida Útil do Projeto 11 3,10% ,90 0,418 >>Vida Útil do Projeto >>Vida Útil do Projeto Tabela 5 Métodos para o cenário pessimista 7

8 Cenário γ (6,5% a.a.) Cidade T.I.R. V.P.L. I.L. P.S. (anos) P.D. (anos) 1 14,17% 3.909,89 1, ,00% 3.896,25 1, ,61% 3.166,01 1, ,84% 2.949,67 1, ,72% 2.812,36 1, ,42% 2.231,44 1, ,29% 2.052,23 1, ,02% -618,43 0, >>Vida Útil do Projeto 9 10,21% ,75 0, >>Vida Útil do Projeto 10 9,35% ,51 0, >>Vida Útil do Projeto 11 6,79% ,41 0, >>Vida Útil do Projeto Tabela 6 Métodos para o cenário otimista Figura 1 Resposta Viabilidade para Cenário Realista 8

9 Figura 2 Resposta Viabilidade para Cenário Pessimista Figura 3 Resposta Viabilidade para Cenário otimista 5 Conclusões Os resultados foram satisfatórios em algumas cidades, porém a viabilidade econômica se mostrou muito dependente da previsão do reajuste tarifário anual. Na analise econômica foram utilizados os métodos por : VPL, TIR, IL, PS e PD. Se considerarmos as atuais tarifas e um reajuste médio de 4,5 % a.a. e 2,5% a.a., que seriam os cenários realista e pessimista nenhuma das 11 cidades teria viabilidade em seus projetos já que o VPL < 0. Quando se analisa TIR somente algumas cidades no cenário otimista possuem TIR TMA, repetindo-se os mesmos resultados para análise de IL. 9

10 De uma forma geral, comprova-se por esta metodologia que a viabilidade e consequentemente o estimulo para a implantação de novos projetos com energia solar fotovoltaico estão dependentes do cenário de inflação. A aplicação da tecnologia começa a ser viável se a tarifa de energia for reajustada com grande percentual. O desenvolvimento de uma indústria nacional focada neste segmento pode ser uma das soluções para reduzir os valores dos equipamentos e consequentemente tornar o projeto viável em menor tempo e mais atrativo aos investidores. Referências Bibliográficas AMMAR, M.B.; CHAABENE, M.; ELHAJJAJI, A.; Daily energy planning of a household photovoltaic panel, Applied Energy, vol.87, p , doi: /j.apenergy BAPTISTA, A.A.R.; MARIANO, S.J.P.S.; CALADO, M.R.A.; Sustainable Energy Systems: Mini-Production with Solar Photovoltaic Energy in Portugal, Proceedings of 13 th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), p , doi: /EEEIC DERELI, Z.; YUCEDAG, C.; PEARCE, J.M.; Simple and low-cost method of planning for tree growth and lifetime effects on solar photovoltaic system performance, Solar Energy, vol.95, p , doi: /j.solener DIAS-REYES, F.; GIAMMATTEO, M.; DENIZ-QUINTANA,F.; Photovoltaic Energy Promotion in Europe: Italy and Spain, two visions, one Aim, Proceedings of 5 th International Conference on European Electricity Market, p.1-5, doi: /EEM LI, Y.; SU, Y.; SHU, L.; An ARMAX model for forecasting the power output of a grid connected photovoltaic system, Renewable Energy, vol. 66, p , doi: /j.renene ZGHAL, W.; KANTCHEV, G.; KCHAOU, H.; Determination of the exploitable solar energy for electricity generation using the photovoltaic systems, Proceedings of 1 st International Conference on Renewable Energies and Vehicular Technology, p ,