ANÁLISE DOS CUSTOS DE ESTAÇÕES FOTOVOLTAICAS NO NORDESTE DO BRASIL

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1 ANÁLISE DOS CUSTOS DE ESTAÇÕES FOTOVOLTAICAS NO NORDESTE DO BRASIL Lucas Vitorino Alves (UFPB) Lamarck Alves da Cunha (UFPB) Ricardo Moreira da Silva (UFPB) O constante crescimento da população mundial implica em um aumento da demanda por energia, e como o uso dos combustíveis fósseis ainda constituem a maior participação na matriz energética mundial, se torna de extrema importância a busca por fontes de energias renováveis que agridam menos o meio ambiente. Nesse sentido a energia fotovoltaica, oriunda do sol, surge como excelente opção, pois é fonte inesgotável e limpa, pois não produz gases poluentes ou tóxicos para a atmosfera. O objetivo desse artigo é analisar o custo de geração de energia elétrica em estações fotovoltaicas no Nordeste do Brasil. O método de cálculo foi através do custo nivelado de instalação de estações fotovoltaicas (LCOE). Verificamos que, apesar dessa região apresentar boa irradiação e o LCOE (sem encargos) ser 0,1017 $/kwh (dólar por quilo watt hora), verdadeiro valor cobrado da energia com todos os tributos, encargos, transmissão e distribuição sobe para 0,2906 $/kwh, tornando assim economicamente inviável se comparado a tarifa média para a indústria brasileira que é de 0,2067 $/KWh. Para haver real competitividade dessa fonte de geração de energia, sugere-se que o governo brasileiro estude políticas de incentivos, a exemplo de outros países que lideram o ranking de geração de energia solar, buscando redução dos tributos, encargos entre outros, que juntos representam 65% do valor final cobrado. Palavras-chave: Energia fotovoltaica, Brasil, Geração de Energia.

2 1. Introdução Ao constatar a crescente demanda por energia global, a possibilidade de escassez de combustíveis fósseis que trazem no âmago de seu uso danos irreversíveis ao meio ambiente, é necessária a busca de outras fontes de energias, as chamadas renováveis. A utilização de energias renováveis como solar, eólica, biomassa, geotérmica, entre outras, tem aumentado nos últimos anos, mas não de forma generalizada. Dentre essas energias, a energia solar é a que apresenta o maior potencial, embora abranja uma pequena parte da demanda global de energia. É obtida através da radiação térmica emitida pelo sol (AMAN et al., 2015; CARNEVALE, et al. 2014). De acordo com Solangi et al. (2011, p. 2150) o sol irradia mais energia em um segundo do que as pessoas têm usado desde o início dos tempos. Uma das formas de se captar essa energia proveniente do sol é através de células fotovoltaicas, que são feitas de matérias capazes de transformar a radiação solar em energia elétrica, onde se encontra uma propriedade de absorção da luz que absorve fótons e produz elétrons livres através do chamado Efeito Fotovoltaico. Esse efeito acontece quando se converte a luz solar através dos fótons, em eletricidade com as células solares. A intensidade de radiação solar que incide sobre as células está diretamente ligada à eficiência do sistema e o modelo e a qualidade das células fotovoltaicas (HOSENUZZAMAN et al., 2015). Esta energia oriunda do sol é uma das fontes mais limpas de energia, pois não produz gases poluentes ou tóxicos para a atmosfera como CO 2, NO x e SO 2, causadores do aquecimento global, além disso, não esgota os recursos naturais, contribuindo para a melhoria dos recursos hídricos, dentre outros (SOLANGI et al., 2011). Diversos países têm implementado políticas energéticas solares para reduzir a dependência de combustíveis fósseis e suprir a crescente demanda por energia (Kuwait, Portugal, Alemanha, EUA, entre outros). Com o Brasil não é diferente, há também uma crescente demanda por energia, além disso, há uma dependência com relação à geração de energia hídrica, que apesar de ser uma fonte renovável, também apresenta impactos ambientais e sociais. Nesse sentido, o objetivo desse artigo é calcular e analisar o custo de geração de energia elétrica em estações fotovoltaicas no Nordeste do Brasil. 2

3 2. Materiais e métodos Esta pesquisa é caracterizada como teórica devido à intencionalidade de propor uma abordagem exploratória do assunto e também adquire um caráter quanti-qualitativa, pois envolve aspectos intangíveis (como valores ambientais e sociais) e outros tangíveis, como a realização de uma análise através do cálculo do custo nivelado de eletricidade do inglês Levelized Cost Of Electricity (LCOE), comparando os custos de instalações de estações fotovoltaicas no Nordeste do Brasil e o custo médio da tarifa de energia para indústria brasileira. Após uma seleção de 54 artigos, que auxiliaram na melhor compressão sobre o assunto, foi feito cálculo do LCOE utilizando as equações demonstradas por Ramadhan e Naseeb (2011): $/Wp = Custo de Instalação = Custo de Capital x Capacidade da Estação Custo Anual = (Custo de Instalação x CRF) + O&M Sendo i taxa de juros Os parâmetros utilizados estão expostos em uma tabela, no decorrer do trabalho. 3. Uma breve visão sobre a produção de energia Em uma escala mundial a energia tornou-se imprescindível para as economias modernas, pois a maioria das suas atividades necessita da utilização de energia. Seu uso abrange desde um simples acionamento de uma lâmpada até computadores avançados, melhoria de meios de transporte, expansão das comunicações, equipamentos e procedimentos médicos e muito mais. A maioria destas atividades está diretamente ligada ao homem, logo se pode afirmar que a energia se tornou essencial para a manutenção e prolongamento da vida. A Figura 1 mostra a geração de energia elétrica no mundo em porcentagens, com enfoque principal nos 10 maiores países e demais países aglomerados. 3

4 Figura 1 - Geração de energia elétrica no mundo - 10 maiores países (%) Fonte: EPE; Anuário estático de energia elétrica 2011 Podemos observar na Figura 1, que os EUA e a China, lideram a geração de energia elétrica no mundo, cada um com 21,6% e 16,9% respectivamente. Só a geração de energia destes dois países juntos, ultrapassa a demanda dos demais países do resto do mundo que atingem 33,2%, e também dos oito países entre os dez maiores. Mostrando a força dos EUA e China têm em relação ao mundo. De fato, devido a todo processo de crescimento tecnológico o consumo energético está aumentando de um modo exponencial. De acordo com Aman et al. (2015) houve um aumento no consumo de energia de e de 2,1% e 2,4%, respectivamente. Além disso, espera-se que haja um aumento do consumo de energia mundial entre 2010 e 2040, em cerca de 56%, de 520 quatrilhões de unidades térmicas britânicas (BTUs) para cerca de 820 quadrilhões de BTUs. Infelizmente, o quadro de geração de energia por fonte mundial não é limpo. O mundo ainda é movido por fontes convencionais de energia, o petróleo, Carvão, Gás Natural, e energia nuclear. Hosenuzzaman et al. (2015) nos mostra dados de 2010, que apenas uma pequena parte (13%) da energia é provenientes de fontes renováveis, representadas por: 10% de biocombustíveis e biomassa, 2,3% de hidroelétrica e os 0,9% de outras: solar, eólica, geotérmica, biomassa, entre outras. Os combustíveis fósseis representam a maior parcela (petróleo de 32,4%, o gás natural de 21,4 %, e carvão 27,3%) somando assim 81% e por fim a 4

5 energia nuclear. A Figura 2 mostra as fontes mundiais de fornecimento total de energia primária em Figura 2 - Fontes de oferta total de energia primária mundial de 2010 Fonte: Hosenuzzaman et al. (2015) Pode-se observar na Figura 2, que os combustíveis fósseis, de fato, são atualmente a maior fonte de energia para todo o mundo, mesmo sendo esta a principal razão para o aumento de emissão de CO 2. Dessa forma, cada vez mais o meio ambiente vem sofrendo danos profundos e às vezes irreversíveis (NETO, 2010). Uma forma de minimizar esses efeitos seria flexibilizar as matrizes energéticas através do aumento do uso de fontes de energia, ditas limpas, chamadas de energias renováveis (SILVA, 2012). Realmente, o uso das energias eólica, solar, geotérmica, biomassa, entre outras, tem aumentado nos últimos anos. Esse crescimento como também a movimentação de outras fontes de energia pode ser notado na figura 3. Figura 3 - Geração elétrica por fonte no mundo (%). 5

6 Fonte: EPE, Anuário estático de energia elétrica Pode-se notar na figura 3, que infelizmente durante os anos apresentados, em nível mundial, o uso das fontes Carvão, Gás Natural, petróleo e energia nuclear, tiveram uma redução em escala muito pequena, mas países como Alemanha, Japão e EUA tem aumentado o uso de fontes alternativas como a solar, através de incentivos fiscais (SILVA, 2012). A esse respeito, objeto principal dessa pesquisa, afirma-se que a energia solar que é uma fonte livre de emissão de CO 2, além de inesgotável como diz Solangi et al. (2011, p.215) o sol irradia mais energia em um segundo do que as pessoas têm usado desde o início dos tempos. A energia solar é uma fonte de energia abundante, é obtida através da radiação térmica emitida pelo sol. Sendo considerada uma fonte de energia verde, é uma alternativa para se obtiver energia que deve ser intensamente explorada, tendo em vista as projeções de esgotamento das reservas de combustíveis fósseis, da necessidade de se suprir a demanda de energia mundial e da imensa capacidade que a energia solar possui. Podem-se citar alguns de seus benefícios para o meio ambiente, o que já influencia bastante no convívio do homem com o planeta Terra, tais como geração sem emissões de CO 2, não utilização de combustíveis fósseis, é um recurso energético de longo prazo, menor tempo de retorno, entre outros (AMAN et al., 2015). De fato, Solangi et al. (2011) confirma e enumera suas vantagens em relação a sustentabilidade. Não produz gases poluentes ou tóxicos para a atmosfera; Pode reduzir as linhas de transições elétricas; 6

7 Aumento de uma independência as regiões ou nações de energia; Diversificação da Matriz Energética e segurança do aprovisionamento energético; Melhoria da qualidade dos recursos hídricos. Uma forma de se obter diretamente energia elétrica atraves da irradiação solar é através de células fotovoltaicas. Existem alguns tipos de células, e as mais conhecidas são: as células solares cristalinas e as células solares de película fina. Ramadhan e Naseeb (2011) estudaram o crescimento das instalações e produção de sistemas fotovoltaicos. A produção mundial alcançou 9,34 GW em 2010 acima dos 6,85 GW do ano de A receita global da indústria de celulas fotovoltaicas atingiu $ 38 bilhões (dólares) no mesmo ano. A maior demanda mundial vem dos países europeus com um total de 4,75 GW, representando 74% da demanda mundial. A maior parte desta demanda vem da Alemanha, Itália e a República Tcheca, totalizando juntos 4,07 GW. Nestes países há um alto investimento para o crescimento e expansão dessa fonte de energia. Na verdade, um dos fatores mais importantes e que afetam a demanda pelos sistemas fotovoltaicos é o custos dos módulos. Alguns estudos mostram que o índice do preço de módulos fotovoltaicos tem diminuído significativamente. Os citados autores relatam que o preço/watt pico, como é feita a medição, diminuiu de US$5,5 em 2001 para US$4,1 em 2010 na Europa. E essa tendência de queda também se estende para os EUA, tanto que Liu et al. (2014) estudaram os preços médios de instalação na Califórnia apresentando o valor de US$ 6,73 / W em 2012, que inclui o equipamento e os custos de instalação, comentando que há uma queda sistemica nos custos. A figura 4 a seguir mostra essa tendencia clara de queda dos custos. Figura 4 - Tendência de queda dos custos de módulos fotovoltaicos 7

8 Fonte: Liu et. al, 2014 Entretando, mesmo com a tendencia de queda de custos de instalação, os autores colocaram que existem dois fortes obstáculos para a implementação de sistemas solares fotovoltaicos: a variabilidade no clima onde o sistema não irá atender ao previsto e a incompatibilidade temporal da oferta e demanda de Energia, onde a maior oferta ocorre perto do meio dia e a maior demanda a noite. Quanto à geração brasileira, segundo dados da EPE (Empresa de Pesquisa Energética), no ano de 2013, a produção de energia por fontes renováveis chegou a 41%, com destaque para biomassa (cana de açúcar), hidráulica, lenha e carvão vegetal, além de outras renováveis. Esse fato aponta como um forte indício que o Brasil poderia se tornar um dos maiores produtores de energia no mundo, por conta de seu imenso potencial hidráulico, solar, eólico, além do desenvolvimento de combustíveis alternativos, liderado pelo etanol. (VICHI E MANSOR, 2009). Quanto à possibilidade de geração solar, o Nordeste do Brasil possui uma localização geográfica privilegiada, o que o faz ser uma região de maiores incidências de irradiação solares no mundo. Assim a geração fotovoltaica no Nordeste do Brasil em larga escala seria o ideal como uma fonte de energia alternativa e limpa segundo Fraindenraich et al. (2013), bastando para isso apresentar custos competitivos. 4. O custo nivelado de uma estação fotovoltaica de 1 MW Para o cálculo do custo nivelado da eletricidade (LCOE) do Brasil, que nada mais é que o verdadeiro valor a ser cobrado pela eletricidade produzida, utilizamos toda a base dos cálculos encontradas em Ramadhan e Naseeb (2011), conforme especificado anteriormente. O exemplo a seguir demonstra o cálculo do LCOE para uma estação fotovoltaica de 1 MW no Nordeste Brasileiro: Tabela 1 - Cálculo do LCOE Insolação Média/m2/ano = 1875 KWh Eficiência = 15% 8

9 Vida do Projeto = 20 anos O&M = $ 3,173.1 (3% do custo de instalação por ano) Custo de Capital = 211,54 $/m2 ou 1,41 $/W = 3,67 R$/W $ 1 (Dólar) = R$ 2,60 (Reais) - Taxa de Juros = 12% aa Capacidade da Estação = 10,000 m 2 Produção Anual = 1875 KWh/m2 x 0.15 x 10,000 m 2 = 2,812, KWh Custo de Instalação = 211,54 $/m2 x 10,000 m2 = $2,115, Custo Anual =[ $ 2,115,400 x (0,12x(1+0,12)20 / ((1+0,12)20-1))] + $3,173.1 = $283, $3,173.1 =$286, LCOE = [($286,213.62) (2,812,500 kwh)] = 0,1017 $ / kwh Fonte: Dados da pesquisa 5. Análise dos resultados O LCOE da geração fotovoltaica do Nordeste Brasileiro, sem os encargos do setor elétrico foi 0,1017 $ / kwh. Quando se adiciona os encargos tarifários esse custo aumenta para 0,2906 $/kwh, tornando assim inviável economicamente se comparado a tarifa média para a indústria brasileira que é de 0,2067 $/KWh (segundo o Sistema FIRJAN em uma leitura realizada na data de 10/04/2015). De fato, na composição tarifária média do Brasil, apenas 35% representa verdadeiramente a energia consumida e os outros 65% estão distribuídos em tributos, encargos, entre outros como mostra a Figura 5. Figura 5 - Estrutura da Receita Tarifária média Brasileira 9

10 Fonte: Firjan (2015) Percebe-se que ao acrescentarmos todos estes componentes da estrutura tarifária brasileira há um aumento significativo no preço real da energia, tornando-se assim inviável economicamente a implementação do sistema fotovoltaico quando fazemos um comparativo com a tarifa média para a indústria brasileira. Por outro lado se mudarmos as lentes de leitura e focarmos não mais na vertente econômica, mas nos aspectos ambientais e sociais, a implementação do sistema solar fotovoltaico torna-se necessário, pois é uma fonte de energia que não agride o meio ambiente e gera emprego e renda no entorno de onde é instalada. Além disso, sabe-se que 78% da geração de energia no Brasil provem de fonte hídrica (SILVA, 2012) onde há a construção de grandes barragens gerando assoreamento dos rios e o desmatamento. Além disso, os estudos do citado autor mostram que a água doce no mundo não é uma fonte inesgotável, porém imprescindível para qualquer vida do planeta, e que um dia não será possível gerar energia elétrica em detrimento da água para beber. 6. Conclusões O aumento do uso da energia solar é uma tendencia mundial e o Nordeste do Brasil possui grande potencial. De fato, é necessária a utilização de novas fontes de energias renováveis no Brasil, e nesse caso, a energia solar fotovoltaica seria uma boa escolha, ainda mais sabendo que a irradiação solar é inesgotável, diminue alguns impactos negativos oriundos das hidroelétricas (como a formação de barregens, assoreamento dos rios) e aumenta a flexibilidade da matriz energética brasileira. Entretanto pode-se verificar que o valor estimado para LCOE do Nordeste do Brasil é de 0,1017$/Kwh (sem coonsiderar os encargos tarifários), mas quando se considera todos os custos econômicos do setor elétrico brasileiro (tributos, encargos, transmissão e distribuição) esse assume valores não competitivos. Esta análise afirma que neste momento o Brasil, na prática, atribui encargos para energia solar incompatíveis com a competitividade do uso dessa fonte frente a geração hidrelétrica. Assim, se entende que deve ser implementada alguma medida para fortalecer o uso da geração 10

11 fotovoltaica, e por isso, recomenda a adoção de novas políticas de incentivos em prol ao uso de sistemas solares fotovoltaicos. Isso já é feito em outros países que lideram o ranking de geração de energia solar tais como Alemanha, Japão e EUA, que reduziram os tributos, encargos entre outros. REFERÊNCIAS AMAN, M.M.; SOLANGI, K.H.; HOSSAIN, M.S.; BADARUDIN, A.; JASMON, G.B.; MOKHLIS, H.; BAKA, A.H.A.; KAZI, S.N. A review of Safety, Health and Environmental (SHE) issues of solar energy system. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 41, , BRASIL, MINITÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Anuário estatístico de energia elétrica Rio de Janeiro: EPE, CARNEVALE, E.; LOMBARDI, L.; ZANCHI L. Life Cycle Assessment of solar energy systems: Comparison of photovoltaic and water thermal heater at domestic scale. Energy 77 (2014) EPE- Empresa de Pesquisa Energética. Disponível em: FIRJAN. Disponível em: D5D. Site: Acessado em 10/04/2015. FRAIDENRAICH, Naum. Tecnologia Solar no Brasil. Os próximos 20 anos. Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas de Energia - Departamento de Energia Nuclear, Centro de Tecnologia e Geociências - Universidade Federal de Pernambuco. HOSENUZZAMAN, M.; RAHIM, N.A.; SELVARAJ, J.; HASANUZZAMAN, M.; MALEK, A.B.M.A.; NAHAR, A. Global prospects, progress, policies, and environmental impact of solar photovoltaic power generation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 41, , January LIU, Xiaohui. O REAR, ERIC G.; TYNER, WALLACE E.; PEKNYA, JOSEPH F. Purchasing vs. leasing: A benefit-cost analysis of residential solar PV panel use in California. Renewable Energy, Volume 66, , June NETO, Borges, P.C.M. Carvalho, J.O.B. Carioca, F.J.F. CanafÃstula. Biogas/photovoltaic hybrid power system for decentralized energy supply of rural areas

12 RAMADHAN, Mohammad; NASEEB, Adel. The cost benefit analysis of implementing photovoltaic solar system in the state of Kuwait. Renewable Energy, Volume 36, Issue 4, , April SILVA, Ricardo Moreira da. Um Modelo para Análise da Sustentabilidade de Fontes Elétricas - Tese de doutorado em Administração, da Universidade Federal de Pernambuco. Programa de Pós-Graduação em Administração PROPAD. UFPE, Recife. Pe, SOLANGI, K.H.; ISLAM, M.R.; SAIDUR, R.; RAHIM, N.A.; FAYAZ, H. A review on global solar energy policy. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 15, Issue 4, May VICHI, Flavio Maron; MANSOR, Maria Teresa Castilho. Energia, meio ambiente e economia: o Brasil no contexto mundial. Quim. Nova, Volume 32, ,