11 energia solar Fotovoltaica

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3 270 energia solar fotovoltaica A energia solar fotovoltaica (ESF) pode transformar-se em energia elétrica por meio de células fotoelétricas e é muito importante em muitas aplicações pontuais, especialmente para lugares isolados, onde é difícil ou muito caro ter acesso às redes de distribuição de energia elétrica. As células fotovoltaicas convertem a luz do sol diretamente em energia elétrica. É uma fonte de energia limpa, renovável, aplicável em quaisquer lugares onde haja uma boa quantidade de incidência solar, quer seja nos meios urbano e/ou rural. Conta ainda com a vantagem de ser modular, isto é, permite a construção de projetos em escalas na faixa de alguns watts até dezenas de megawatts, o que favorece investimentos cabíveis em diversos segmentos sociais. Painéis Fotovoltaicos O efeito fotovoltaico é uma propriedade que tem certos semicondutores, construídos à base de silício, para transformar a luz solar (fótons) em eletricidade. Os painéis fotovoltaicos são os responsáveis por transformar a luz solar em energia elétrica a partir das células fotovoltaicas (figuras a seguir). Essas células são semicondutores formados por uma fina camada de material semicondutor, geralmente silício, com um tratamento especial de dopagem com impurezas positivas P (boro) e negativas N (fósforo), formando junções PN que proporcionam tensões em torno de 0,5 V e uma pequena corrente elétrica quando expostos à luz solar. A produção de energia elétrica com ESF só é possível com a presença da luz solar, o que obriga, em casos isolados, o uso de baterias para o armazenamento da energia produzida e subsequente suprimento de eletricidade em horários sem a presença do sol. A produção de ESF pode ser combinada com outras fontes, como eólica, biomassa e geradores diesel em uma configuração híbrida. Conectada às redes de distribuição, passa a ser uma excelente opção para o uso combinado com a rede elétrica, transferindo a energia excedente gerada para o sistema de distribuição, gerando créditos para consumo posterior (Resolução Normativa n 482 da ANEEL). Os painéis fotovoltaicos são constituídos por conjuntos de células fotovoltaicas, distinguindo três classes, de mais a menos eficiente e preço, a saber: painel com células de silício monocristalino, eficiência de 14 a 18%; painel com células de silício policristalino: eficiência de 10 a 15%; painel com células de silício amorfo: eficiência em torno de 10%. - + A história da geração fotovoltaica de eletricidade teve seu desenvolvimento durante os últimos 50 anos e teve início com a construção, em 1954, do primeiro módulo fotovoltaico nos laboratórios Bell nos EUA. Em 1955, foram iniciados o estudo e a construção de painéis espaciais que, mais tarde, em 1958, equiparam o primeiro satélite. A partir de 1980, começou a fabricação de painéis fotovoltaicos destinados a aplicações diversas. Em 1990, começou a construção de parques de geração de eletricidade com ESF, os quais ganharam impulso a partir do ano No final de 2009, a capacidade mundial instalada de fotovoltaica já era de aproximadamente 23 GW, a qual passou para 38,9 GW no final de 2013, mostrando um crescimento exponencial a partir do ano Ainda, painel com película delgada: eficiência em torno de 5%; painel com células de arseniato de gálio: eficiência em torno de 28%. Os painéis de silício monocristalino produzem mais energia e ocupam menores áreas quando comparados às outras tecnologias (silício policristalino e amorfo). Funcionam melhor do que os policristalinos em condições de baixa luminosidade e possuem vida útil maior do que 30 anos. eletrodo negativo silício dopado negativamente silício dopado positivamente região de carga especial eletrodo positivo As células de silício policristalino têm um custo de produção inferior aos monocristalinos, mas apresentam um rendimento elétrico inferior causado pela imperfeição do cristal utilizado.

4 energia solar Fotovoltaica 271 Corrente (A) A célula de silício amorfo hidrogenado é o material mais utilizado na fabricação de painéis fotovoltaicos de filme fino. Sua principal característica é a menor perda de eficiência para pequenas intensidades de radiação solar e altas temperaturas. Entretanto, por terem eficiência baixa, necessitam quantidades maiores de painéis para produzirem a mesma quantidade de energia, se comparadas às produzidas por painéis que utilizam silício mono ou policristalino, resultando em projetos com maiores áreas ocupadas e custos comparáveis. A superfície da Terra chega em torno de 1 kw/m² de energia solar. O painel ou módulo fotovoltaico é composto por um número determinado de células fotovoltaicas que podem estar conectadas em grupos série-paralelo para conseguir uma determinada tensão (V) e uma determinada corrente (A) para fornecer uma determinada potência (W). Os principais fatores que influenciam as características elétricas de um painel são a intensidade luminosa e a temperatura das células. Os gráficos a seguir apresentam alteração da curva VxI do painel com a radiação (A) e com a temperatura (B). 3,5 I 3 2, W/m 2 800W/m 2 600W/m 2 Corrente (A) 3,5 I 1, W/m 2 200W/m 2 1,5 1 50º 25º 0ºC -25ºC 0,5 0,5 0 V 0 V Tensão (V) Tensão (V) Podem ser constatados nos gráficos que o aumento da intensidade luminosa, que tem relação direta e linear com a corrente gerada nos módulos, e o aumento da temperatura na célula diminuem a eficiência do módulo, alterando os pontos de operação para potência máxima gerada. Existem painéis de diversas capacidades de potência, que podem se adequar a uma gama muito grande de aplicações e conectar-se em diferentes arranjos para alcançar a capacidade requerida pelos projetos. Os módulos vendidos comercialmente possuem potências que variam desde 5 W até 300 W (figuras a seguir). 3 2,5 2 especificações dos Painéis solares Fotovoltaicos Como exemplo, as especificações estão colocadas de acordo com os dados das tabelas a seguir. ParÂmetros elétricos Para stc 1 Parâmetro Símbolo Unidade Valor Máxima potência de saída Pmáx W 250 Eficiência do módulo η % 15,4 Tensão de máxima potência Vmpp V 29,8 Corrente de máxima potência Impp A 8,39 Tensão de circuito aberto Voc V 37,6 Corrente de curto-circuito lsc A 8,92 1 Condições Padrão de Teste STC (Standard Test Conditions): 1000 W/m 2 irradiância, temperatura do modulo de 25 C, AM1.5 distribuição espectral de acordo com a norma EN Redução média de 3,3% de eficiência relativa de 200 W/m 2 de acordo com EN Dimensões (mm): altura x largura x espessura x 990 x 35; Peso: 185 kg. ParÂmetros elétricos Para noct 1 Parâmetro Símbolo Unidade Valor Máxima potência de saída Pmáx W 182,4 Tensão de máxima potência Vmpp V 27,2 Corrente de máxima potência Impp A 6,71 Tensão de circuito aberto Voc V 34,7 Corrente de curto-circuito lsc A 7,21 1 Temperatura Nominal de Operação das Células NOCT (Nominal Operating Cell Temperature): operação do módulo em condições de circuito aberto com irradiância de 800/m 2 e temperatura ambiente de 20 C conexões dos Painéis Fotovoltaicos Há diversas formas de conexões entre os painéis para poder atender à demanda dos projetos, como ligações em série (para aumentar a tensão) e/ou em paralelo (para aumentar a capacidade de corrente), conforme ilustrado na figura a seguir. ProdUção comercial de eletricidade Fotovoltaica A produção de energia elétrica de origem fotovoltaica é obtida em centrais solares fotovoltaicas, também denominadas de parques fotovoltaicos ou fazendas solares. A figura a seguir apresenta usina fotovoltaica em Sevilha, Espanha.

5 272 energia solar fotovoltaica Elementos que Constituem as Instalações Fotovoltaicas Os sistemas fotovoltaicos podem ser isolados ou conectados às redes públicas de distribuição e, em casos de usinas maiores, às redes de transmissão de energia elétrica. As instalações fotovoltaicas são compostas dos seguintes elementos: painéis ou módulos fotovoltaicos elementos produtores de energia elétrica que o fazem em CC. Está presente em todas as instalações; controladores de carga ou reguladores de corrente utilizados em sistemas que necessitam de armazenamento de energia em baterias. Têm como principal função não deixar que haja danos nas baterias por sobrecarga ou descarga profunda. Regulam a instalação no que se refere à recepção da corrente recebida dos módulos fotovoltaicos, seu envio e sua devolução do acumulador de baterias (carga e descarga), se for o caso, e o fornecimento ao circuito consumidor. Há instalações que aplicam diretamente a corrente gerada e não fazem uso de regulador de corrente; Usos da Energia Solar Fotovoltaica A ESF, pela sua facilidade modular, pode ser implantada em diversos tamanhos, por isso, é ideal para uso na geração distribuída, em sistemas residenciais, comerciais, públicos e industriais. Também pode ser utilizada para injetar energia na rede pública, em quantidades maiores, por meio de usinas fotovoltaicas. Pode ser utilizada diretamente em corrente contínua (CC) ou convertida para corrente alternada (CA), segundo as seguintes configurações: armazenadas por meio de baterias para uso posterior; por meio de sistemas simples, com uma única fonte, isolados da rede de distribuição das concessionárias de energia elétrica; por meio de sistemas simples, com uma única fonte, interligados à rede de distribuição das concessionárias de energia elétrica; por meio de sistemas híbridos, combinados com outras fontes como eólica e biogás, isolados da rede de distribuição das concessionárias de energia elétrica; por meio de sistemas híbridos, combinados com outras fontes como eólica e biogás, interligados à rede de distribuição das concessionárias de energia elétrica; por meio de usinas fotovoltaicas. Usina Solar Fotovoltaica em Sevilha, Espanha acumuladores da energia fotovoltaica gerada acumulam e guardam a energia gerada para utilizá-la na ausência de geração ou quando esta seja inferior à demanda. São constituídos por uma ou mais baterias; inversor equipamento que converte corrente e tensão contínua (CC) em corrente e tensão alternada (CA). Necessário como interface entre a energia gerada pelos painéis (CC) e a normalmente consumida (CA). Sistemas Isolados Os sistemas isolados (off grid) ou autônomos de geração de ESF não estão conectados à rede pública de distribuição de energia elétrica. São utilizados em unidades consumidoras distantes da rede elétrica. O sistema abastece diretamente a carga em tempo real e possui um banco de baterias para suprimento das necessidades de consumo na ausência da luz solar. A figura a seguir mostra um sistema de ESF isolado da rede pública de distribuição de energia elétrica.

6 energia solar fotovoltaica Painéis Fotovoltaicos ac or lad a tro arg Conde cr erso Inv Sistemas Híbridos dc A geração fotovoltaica pode ser colocada funcionando em conjunto com outras fontes, como geradores eólicos ou diesel. Tais sistemas exigem um controle capaz de integrar as diferentes formas de geração de energia, podendo estar conectados à rede ou isolados. Baterias Carga Elétrica Sistemas Conectados à Rede Pública Os sistemas de geração de ESF conectados (on grid) à rede pública de distribuição de energia elétrica são utilizados em unidades consumidoras conectadas à rede elétrica. O sistema abastece diretamente a carga em tempo real e transfere o excedente da energia gerada para a rede pública de abastecimento de energia elétrica, gerando créditos com a concessionária local para consumo posterior, conforme ilustrado na figura a seguir. Rede Elétrica Pública Painéis Fotovoltaicos dc r erso Inv ac Carga Elétrica ac Esse tipo de configuração dispensa a utilização de banco de baterias, uma vez que, na ausência da luz solar ou em casos em que a energia consumida é menor do que a gerada localmente, pode consumir eletricidade diretamente da rede pública. Corrente Alternada Medidor de Energia Bidirecional ac Usinas Fotovoltaicas São sistemas conectados à rede com capacidade de produzir uma grande quantidade de energia elétrica em um único ponto. O tamanho da usina pode variar desde centenas de quilowatts até dezenas de megawatts. Essas instalações necessitam de grandes áreas e estão sobre grandes edifícios industriais ou no solo (figura a seguir - Usina Fotovoltaica Cidade Azul em Tubarão/SC), em locais que tenham condições de acesso à rede pública de transmissão e distribuição de energia, podendo ser para uso próprio ou para injeção no SIN. 273

7 274 energia solar fotovoltaica Panorama Mundial da Energia Solar Fotovoltaica Durante a última década, a ESF mostrou potencial para se tornar uma importante fonte de geração de energia para o mundo, com um crescimento robusto e contínuo, o qual deverá continuar nos próximos anos, associado ao apelo mundial pela geração de energia limpa. O mercado fotovoltaico mundial vem melhorando a sua competitividade no setor de energia elétrica, impulsionado pela forte diminuição dos preços dos equipamentos e dos aumentos dos preços da eletricidade. No final de 2009, a capacidade mundial instalada de energia fotovoltaica era de aproximadamente 23 GW. Um ano mais tarde, passou para 40 GW e atingiu 69,7GW em Durante 2013, foram instalados 38,4 GW de ESF e, no final desse mesmo ano, a capacidade mundial instalada atingiu 138,8 GW, suficiente para produzir cerca de 170 TWh de eletricidade por ano, o que equivale a um terço do consumo brasileiro de eletricidade. O gráfico a seguir mostra a evolução da capacidade mundial instalada de ESF em GW. Os resultados de 2013 mostram que, em condições políticas adequadas, a ESF deve continuar prosperando e se tornar cada vez mais Evolução da Capacidade Mundial Instalada de Energia Solar Fotovoltaica GW 140,0 122,5 105,0 87,5 70 competitiva no mercado de geração de energia elétrica. O gráfico a seguir mostra a evolução da capacidade mundial instalada de ESF em MW. Evolução da Capacidade Mundial Instalada de Energia Solar Fotovoltaica mw ,5 81,5 7,4 70,5 30 5,0 52,8 4,0 17,5 30,5 1,1 1,6 1,9 2,3 2,6 3,0 3,3 1,3 16,9 11,0 0,0 1,3 2,3 3,3 5,3 0,8 1,3 2,4 4,6 8, Fonte: EuropeanPhotovoltaicIndustryAssociation EPIA Rest of world China Americas Asia-Pacific Europe Fonte: European Photovoltaic Industry Association - EPIA ,1 21,6 43,6 AMÉRICAS EUROPA RESTO DO MUNDO O papel da Europa como líder no mercado fotovoltaico ganhou novo cenário, uma vez que, enquanto a Europa foi responsável, em média, por 77,6% das novas instalações fotovoltaicas do mundo no período de , caiu para 59% em 2012 e 28,6% em 2013, apontando para um expressivo declínio, embora vários mercados na Europa ainda tenham um forte e quase inexplorado potencial para o crescimento fotovoltaico nos próximos anos. Países de outras regiões, como a África, o Oriente Médio, o Sudeste Asiático e a América Latina, estão muito próximos de começar seu desenvolvimento. A capacidade instalada acumulada fora da Europa quase duplicou, passando de 30 GW a partir de 2012 para cerca de 60 GW em 2013, embora muitos países ainda aproveitem apenas uma pequena parcela do potencial existente. Em 2013, o crescimento veio principalmente de países da Ásia, em especial, a China e o Japão, que passaram a figurar como o primeiro e segundo mercados globais, respectivamente. Os mercados americanos tiveram um crescimento mais lento que o esperado, embora tenha aumentado nos EUA, no Canadá e no México. China, Japão, EUA, Alemanha e Reino Unido responderam por quase 28,3 GW, o que corresponde a 74% do mercado global em 2013 (65% em 2012). Na maioria dos países, o mercado da energia fotovoltaica tem sido orientado por políticas. Os regimes de apoio nacionais impactam, de forma significativa, o desenvolvimento dos mercados da energia fotovoltaica e sua indústria. Como exemplo, a redução de incentivos culminou na redução dos mercados em vários países, como Alemanha, Itália, Bélgica, França e Espanha, enquanto que a implementação de novas políticas de tarifa feed-in 1, voltadas à energia fotovoltaica, em países como China e Japão, resultou em um forte aumento desses mercados. Mercado Mundial em 2013 Eis os principais resultados da ESF, no mundo, em 2013, segundo o relatório Global Market Outlook For Fotovoltaics , publicado pela Associação Europeia da Indústria Fotovoltaica (EPIA): 1 Ou tarifa prêmio, incentivo que tem como objetivo acelerar os investimentos em energias renováveis por meio de contratos de produção de eletricidade tipicamente baseados no custo de geração de cada tecnologia (no caso da ESF, é oferecido um valor maior por MWh produzido).

8 energia solar Fotovoltaica ,4 GW de sistemas fotovoltaicos foram conectados à rede em 2013, número 28% superior aos 30 GW instalados em A ESF tornou-se então, depois da energia hidráulica e eólica, a terceira fonte de energia renovável mais importante em termos de capacidade instalada a nível mundial; o fato mais importante foi o rápido desenvolvimento da energia fotovoltaica na Ásia, combinado com a queda acentuada das instalações europeias; a China foi o principal mercado com 11,8 GW, seguida pelo Japão com 6,9 GW e os EUA, com 4,8 GW. China, Japão, EUA, Alemanha e Reino Unido responderam, juntos, por 75% do mercado mundial em 2013, superando o ano anterior em 15%. Com o potencial fotovoltaico progressivamente desencadeado nesses três países, as instalações fotovoltaicas fora da Europa deverão aumentar, garantindo o desenvolvimento do mercado a nível mundial; a Alemanha liderou o mercado europeu com 3,3 GW, seguida do Reino Unido (1,5 GW), Itália (1,4 GW), Romênia (1,1 GW) e Grécia (1,04 GW); fora da Europa, vários mercados continuaram a crescer a um ritmo razoável, como Índia (1.115 MW), Coreia (442 MW), Tailândia (317 MW) e Canadá (444 MW); 11 GW foram conectados na Europa, significando um decréscimo de 38% em relação aos 17,7 GW de A Europa deixou de ser a parte predominante do mercado fotovoltaico global, que representava 75% de toda a nova capacidade em 2011, e passou para 28,6% em Porém, ainda detém 58,7% da capacidade instalada global; vários países europeus com bom desempenho no passado pioraram-no em 2013, em consequência de decisões políticas para reduzir os incentivos fotovoltaicos; em 3 anos consecutivos ( ), as energias fotovoltaica e eólica estiveram entre as duas fontes de geração de energia elétrica mais instaladas na União Europeia e, em 2013, a energia eólica ficou à frente da fotovoltaica por uma diferença muito pequena; a energia fotovoltaica cobriu 3% da demanda de energia elétrica e de 6% do pico de demanda de eletricidade na Europa; em nível mundial, a energia fotovoltaica, com MW instalados, superou a eólica em 2,9 GW, ou seja, 8,1% a mais; divisão do mercado europeu durante ano de % 7% 2% 3% 3% 3% 9% 10% CAPACIDADE INSTALADA TOTAL mw 13% 14% 30% a Espanha, terceira colocada em capacidade fotovoltaica instalada na Europa, em 2013 (5,34 GW), sofreu uma forte redução neste mercado em decorrência da crise econômica que recaiu sobre o país. Naquele ano, foram ligados à rede 118 MW, número 64% inferior ao do ano anterior (332 MW), o que levou o país à 13ª colocação europeia em potência anual instalada. O gráfico e a tabela a seguir mostram a divisão do mercado europeu durante o ano de ESF INSTALADA NA EUROPA Em 2013 (mw) ALEMANHA REINO UNIDO ITÁLIA ROMÊNIA GRÊCIA FRANÇA 613 HOLANDA 305 SUÍÇA 300 UCRÂNIA 290 ÁUSTRIA 250 DEMAIS 771 além do declínio significativo na Alemanha, Itália, França e Bélgica, o tamanho do mercado fotovoltaico na Europa restante foi estável, com cerca de 6 GW por ano nos últimos 3 anos; Fonte: EPIA - Global Market outlook for Fotovoltaics Serviço no qual a energia elétrica gerada por um consumidor de eletricidade, a partir de produção local própria, e entregue às instalações das concessionárias locais pode ser utilizada para abater da energia faturada pela concessionária sob a forma de compensação.

9 276 energia solar Fotovoltaica Os EUA e o Japão, pioneiros em fotovoltaica, que estavam muito aquém da Europa em termos de penetração dessa fonte de energia, tiveram crescimentos expressivos em depois de países da OCdE (Europa, América do Norte, América, Japão, Austrália), o desenvolvimento da fotovoltaica começou a chegar a países emergentes. O gráfico a seguir mostra a distribuição da capacidade mundial instalada de ESF, em distribuição capacidade mundial instalada de esf, em % 26% 13% 10% CAPACIDADE INSTALADA TOTAL 138,8 GW 10% 2% 2%2% 2% 2% 2% 9% 3% 4% O crescimento mais rápido da ESF deverá continuar na China e no sudeste da Ásia, em geral, com a América Latina, países do Oriente Médio, Norte da África e Índia na sequência. Com uma queda rápida nos preços apresentada pela indústria fotovoltaica nos últimos anos, ainda mais países verão essa fonte de energia se tornar competitiva antes do final desta década. RESTO DO MUNDO REINO UNIDO ÍNDIA GRÊCIA TCHECOSLOVÁQUIA BÉLGICA AUSTRÁLIA FRANÇA ESPANHA ESTADOS UNIDOS JAPÃO A região da Ásia-Pacífico (APAC), que além de China e Japão inclui Coreia, Austrália, Taiwan e Tailândia, marcou o primeiro lugar em 2013, com cerca de 56% do mercado global de fotovoltaica. A região formada pelo Oriente Médio e Norte da África (MENA) apresenta um potencial inexplorado para o médio prazo. A América do Sul e África também apresentam um forte potencial, onde a demanda de eletricidade deve crescer significativamente nos próximos anos. A Austrália expandiu-se rapidamente em 2011 e 2012 com cerca de 1 GW de novas instalações, mas diminuiu para 830 MW em A Índia instalou mais de 1 GW, percebendo uma (pequena) parte do seu grande potencial. No mercado coreano, foram instalados 442 MW, apontando para uma tímida retomada limitada por um sistema de quotas e alguns incentivos adicionais. No Oriente Médio, Israel continua a ser o único país com um mercado significativo (420 MW em 2013), enquanto a Arábia Saudita mostrou em 2012 e 2013 algum interesse para o desenvolvimento de ESF, que ainda não se concretizou. Nas Américas, o Canadá expandiu-se com 444 MW, México e Peru outros tantos. Brasil e Chile, com enorme potencial, iniciaram timidamente sua inserção no contexto internacional, embora o Chile tenha muitos projetos em potencial. O gráfico a seguir apresenta a potência instalada de ESF fora da Europa somente em Fonte: EPIA - Global Market outlook for Fotovoltaics ALEMANHA CHINA ITÁLIA

10 energia solar Fotovoltaica mercado Fotovoltaico Fora da europa em % 3% CHINA 1% 3% 2%1% JAPÃO ESTADOS UNIDOS ÍNDIA AUSTRÁLIA 18% CAPACIDADE TOTAL INSTALADA 27,4 GW 43% CANADÁ COREIA TAILÂNDIA OUTROS 25% Fonte: EPIA - Global Market outlook for Fotovoltaics Com o aumento progressivo da quantidade de instalações fotovoltaicas na China, no Japão e nos EUA, o mercado fotovoltaico fora da Europa mostra-se promissor e deve garantir o desenvolvimento do mercado a nível mundial, mostrando potencial inclusive em países emergentes. A evolução da energia fotovoltaica, no mundo, vem sendo norteada por políticas de incentivo onde as decisões decorrentes delas influenciam consideravelmente esse mercado e a confiança dos seus investidores. As figuras a seguir ilustram o Museu do Amanhã, na cidade do Rio de Janeiro, e sua cobertura fotovoltaica com capacidade de geração de 247,9 MWh por ano. 277

11 278 energia solar fotovoltaica Fatores que Impulsionaram a Energia Solar Fotovoltaica no Mundo O crescimento do mercado da ESF, que tem sido registrado na Europa e em todo o mundo, foi impulsionado por diversos fatores, incluindo: a energia renovável continua a revelar-se uma fonte de energia com potencial significativo para a obtenção de energia associada ao cumprimento de metas ambientais; alguns países têm aumentado seu foco em fontes de energia renováveis e adotado novas políticas para movimentar esse mercado; os módulos fotovoltaicos sofreram, nos últimos anos, reduções significativas de preços, aumentando ainda mais sua atratividade para os investidores e sua competitividade com as fontes convencionais de energia elétrica; alguns mercados não europeus, como os EUA, o Japão e a China, maior produtora mundial, têm grande potencial de demanda; O mapa a seguir mostra o mapa mundial da irradiação solar horizontal global. o mercado global de ESF vem crescendo e possui grande potencial. Com a implementação de políticas que apoiem e incentivem seu uso, ela pode ganhar mercado tanto na geração de energia elétrica como na cadeia produtiva que possa a vir instalar-se no Brasil e no Rio Grande do Sul. Mercado Setorial O mercado europeu de ESF é bastante variado de um país para outro, distribuindo-se entre aplicações de geração instaladas no solo e em coberturas de prédios comerciais, residenciais e industriais. O gráfico a seguir mostra a segmentação do mercado europeu de ESF em Europe Cumulative 2013 W/habitant MW W/hab Asia Cumulative 2013 W/habitant MW 11.6 W/hab North America Cumulative 2013 W/habitant MW 23.6 W/hab Middle East Cumulative 2013 W/habitant MW 10.9 W/hab Latin America Cumulative 2013 W/habitant MW 0.9 W/hab Africa Cumulative 2013 W/habitant MW 1.1 W/hab Oceania Cumulative 2013 W/habitant MW W/hab Long-term average of annual sum of global horizontal irradition SolarGIS 2013 GeoModel Solar < > Fonte: EPIA - Global Market outlook for Fotovoltaics

12 energia solar fotovoltaica 279 Segmentação do Mercado Europeu de ESF em 2013 Visão Geral sobre o Futuro da Energia Solar Fotovoltaica MONTADAS NO SOLO 34% Fonte: EPIA - Global Market outlook for Fotovoltaics COMERCIAL 27% RESIDENCIAL 22% INDUSTRIAL 17% A indústria fotovoltaica está passando por um período de alterações de mercado. Na Europa, as mudanças nos apoios políticos de alguns países geraram um clima de incerteza, dificultando o desenvolvimento do mercado. Fora daquele continente, há um grande potencial de crescimento, com muitos projetos em diversos países. Fatores que Impactam o Desenvolvimento Mundial da Fotovoltaica Cerca de 44% do mercado europeu estão concentrados nos segmentos comercial e industrial e, com base na evolução prevista dos marcos regulatórios, essa tendência deve continuar. O segmento residencial tem se desenvolvido muito rapidamente em alguns países, como Bélgica (onde uma em cada 13 famílias está equipada com um sistema de ESF), Dinamarca, Grécia e Reino Unido. mecanismos de incentivo da esf A ESF tem se desenvolvido mundialmente por meio de programas de incentivos para promover a inserção e/ou uma maior penetração dessa fonte de energia nas matrizes energéticas. O uso em maior escala da ESF impulsiona a produção mundial de painéis, inversores e controladores de carga, culminando com a redução de custo da cadeia produtiva associada. Segundo a ABINEE, as duas maiores classes de mecanismo de incentivo à geração de eletricidade a partir de fontes renováveis, como a energia fotovoltaica, são os sistemas de cotas e os sistemas de preço. Pelo sistema de cotas, o volume de eletricidade gerada é politicamente determinado e os preços são definidos, geralmente, pelo mercado. Pelo sistema de preço, os programas de incentivo são mantidos até que os custos de geração fotovoltaica se igualem aos custos médios de geração da matriz elétrica da região considerada. Outro mecanismo importante de incentivo diz respeito aos procedimentos de conexão à rede, com net metering, no qual as concessionárias de energia elétrica devem permitir e compensar o ingresso da energia gerada pelo consumidor, fazendo a contabilização líquida, por meio de medição, entre a energia fornecida à rede e a recebida pela concessionária. Tal iniciativa foi adotada pela ANEEL, por meio da Resolução Normativa n 482, de 17 de abril de 2012, que será comentada mais adiante. Há, ainda, subsídios ao investimento ou à produção. O mecanismo de feed-in tariff (FIT), ou tarifa-prêmio, um dos principais instrumentos utilizados no mundo para incentivar os investimentos em energias renováveis na geração de energia elétrica, tem como objetivo acelerar os investimentos em energias renováveis por meio de contratos de produção de eletricidade tipicamente baseados no custo de geração de cada tecnologia (no caso da ESF, é oferecido um valor maior por MWh produzido). É um mecanismo político criado e regulamentado pelos governos dentro do qual são oferecidos contratos de longo prazo aos produtores de eletricidade renovável, em que uma quantia fixa garantida de dinheiro é paga a eles, geralmente pelo prestador de serviço público (nacional ou local), para a energia fornecida à rede. A taxa de ajuste é normalmente definida acima das taxas de mercado, compensando os riscos inerentes à produção de energia renovável. As tarifas-prêmio têm sido utilizadas em mais de 50 países, como Itália, República Tcheca, Reino Unido, França, Espanha, África do Sul, Uganda, Argélia, Austrália, Canadá, China, índia, Irã, Israel, Tailândia, Ucrânia e EUA. Políticas de Incentivo É um mercado que necessita ser fomentado por políticas de incentivo. Portanto, é imprescindível que sejam tomadas medidas corretas de apoio governamental para alavancar o crescimento, a sustentabilidade e, em vários casos, o estabelecimento do mercado. Competitividade A energia fotovoltaica, em alguns países e em alguns segmentos, já tem seu custo competitivo com outras fontes de energia. Em outros, sua competitividade está melhorando significativamente. Recomendam-se medidas para sua inserção no mercado que viabilizem sua fabricação e resultem em preços competitivos que incentivem seu uso. Indústria Os preços dos módulos fotovoltaicos estabilizaram em 2013, após um período em que o mercado operou com sobrecapacidade (2011 e 2012). Assim, as empresas produtoras puderam recuperar a lucratividade e ganhar potencial para investimentos em novas tecnologias que permitam uma redução significativa dos preços dessa indústria no futuro. O enorme potencial da ESF e seus benefícios para a sociedade são evidentes. A fotovoltaica está se tornando um dos principais players do cenário energético mundial. Em todos os cenários, ela continuará a aumentar a sua participação em todo o mundo.

13 280 energia solar fotovoltaica Panorama da Energia Solar Fotovoltaica no Brasil No Brasil, a inserção da ESF é ainda muito tímida e deixa a desejar frente à excelente incidência solar que alcança todo o seu território. A energia solar medida sobre a horizontal na região tropical, onde está a Amazônia, alcança duas ou três vezes a magnitude observada na Alemanha ou no Japão, onde a geração fotovoltaica é, há muitos anos, bastante utilizada e está conectada à rede de distribuição. Isso mostra que o Brasil tem grande potencial de geração de ESF e também para energia termossolar, que inclui projetos com captação do calor do sol por meio de espelhos côncavos (utilizando fluidos térmicos) e espelhos planos (concentração do calor em torres) para a geração de energia elétrica. Ações do Governo Federal para Promover a Energia Solar Fotovoltaica no Brasil Minigeração e Microgeração Distribuída a) Resolução Normativa ANEEL n 482 A ANEEL, por meio da Resolução Normativa n 482, de 17 de abril de 2012, deu o primeiro grande passo para viabilizar a geração distribuída no Brasil. A Resolução Normativa n 482, da ANEEL, estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica e para o sistema de compensação de energia elétrica. b) Principais Definições da Resolução Normativa n 482, da ANEEL Microgeração distribuída: Central geradora de energia elétrica com potência instalada até 100 kw, que utiliza fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada (esta última, conforme regulamentação da ANEEL), conectada à rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras. Minigeração distribuída: Central geradora de energia elétrica com potência instalada superior a 100 kw e até 1 MW, que utiliza fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada (esta última, conforme regulamentação da ANEEL), conectada à rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras. Sistema de compensação de energia elétrica: Sistema no qual a energia elétrica ativa gerada por microgeração ou minigeração distribuída em unidade consumidora é cedida, por meio de empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica ativa nessa mesma unidade consumidora ou outra de mesma titularidade da unidade consumidora, onde os créditos foram gerados, desde que possua o mesmo Cadastro de Pessoa Física (CPF) ou Cadastro de Pessoa Jurídica (CNPJ) junto ao Ministério da Fazenda. c) Contratação É dispensada a assinatura de contratos de uso e conexão 3 na qualidade de central geradora para microgeração e minigeração distribuída que participe do sistema de compensação de energia elétrica da distribuidora, sendo suficiente a celebração de acordo operativo para os minigeradores ou de relacionamento operacional para os microgeradores. d) Limites de potência A potência instalada da micro/minigeração participante do sistema de compensação de energia elétrica fica limitada à carga instalada em consumidores do grupo B ou à demanda contratada em consumidores do grupo A. Unidade do Grupo B = unidade consumidora em baixa tensão, até 2,3 kv. Unidade do Grupo A = unidade consumidora em alta tensão, a partir de 2,3 kv. Caso o consumidor deseje instalar micro/minigeração com potência superior ao limite, deve solicitar aumento da carga instalada ou da demanda contratada. e) Compensação de energia elétrica A energia ativa injetada no sistema de distribuição pela unidade consumidora será cedida a título de empréstimo gratuito para a distribuidora, passando a unidade consumidora a ter um crédito em quantidade de energia ativa a ser consumida por um prazo de 36 meses. A faixa de potência considerada é bastante ampla e permite tornar viável o abastecimento de demandas maiores, como ocorre nos setores industrial e comercial. Além disso, viabilizará projetos de geração híbrida de energia elétrica em locais onde o fornecimento pelas concessionárias e cooperativas é precário e o aumento de carga é inviável, tornando possível a instalação de bens de capital necessários ao desenvolvimento de negócios e à consequente fixação do homem no campo. Para unidades consumidoras conectadas em baixa tensão (grupo B), ainda que a energia injetada na rede seja superior ao consumo, será devido ao pagamento referente ao custo de disponibilidade valor em reais equivalente a 30 kwh (monofásico), 50 kwh (bifásico) ou 100 kwh (trifásico). De forma análoga, para os consumidores conectados em alta tensão (grupo A), será devida apenas a parcela da fatura correspondente à demanda contratada. As distribuidoras de energia elétrica adaptam seus sistemas comerciais e técnicos e elaboram normas técnicas para tratar do acesso de microgeração e minigeração distribuída. O consumo de energia elétrica ativa a ser faturado é a diferença entre a energia consumida e a injetada, por posto tarifário, devendo a distribuidora utilizar o excedente que não tenha sido compensado no ciclo de faturamento corrente para abater o consumo medido em meses subsequentes. Para aderir ao sistema de compensação (créditos de energia), o consumidor deve ser cativo (consumidores cativos são todos aqueles que compram a sua energia diretamente da distribuidora), o que é o caso de praticamente todas as residências e comércios no País. 3 No caso a CUSD contrato celebrado entre o acessante e a distribuidora, que estabelece os termos e as condições para o uso do sistema de distribuição e os correspondentes direitos, obrigações e exigências operacionais das partes.

14 energia solar fotovoltaica 281 f) Transferimento de energia Os montantes de energia ativa injetada não compensados na própria unidade consumidora poderão ser utilizados para compensar o consumo de outras unidades previamente cadastradas para esse fim e atendida pela mesma distribuidora, cujo titular seja o mesmo da unidade com sistema de compensação de energia, possuidor do mesmo CPF ou CNPJ. O consumidor deverá definir a ordem de prioridade das unidades consumidoras participantes do sistema de compensação de energia elétrica. A primeira é onde está instalado o sistema de geração. g) Medição de energia Os custos referentes à adequação do sistema de medição, necessário para a compensação de energia, são de responsabilidade do interessado. Após a adequação do sistema de medição, a distribuidora será responsável pela sua operação e manutenção, incluindo os custos de eventual substituição ou adequação. h) Tributação Vários estados brasileiros já aderiram à desoneração de ICMS sobre a geração de energia elétrica por consumidores, por meio da adesão ao Convênio 16/2015 do Conselho Nacional de Política Fazendária (Confaz), isentando desse imposto a energia gerada pelo consumidor dentro do sistema de compensação de energia. Com isso, o ICMS passa a incidir somente sobre a diferença entre o que foi injetado na rede e o consumido pela unidade produtora/consumidora de energia elétrica. Outro importante benefício relativo à isenção de impostos, celebrado pelo Conselho Nacional de Política Fazendária - CONFAZ, é o Convênio ICMS 101/97, o qual concede isenção do ICMS nas operações com diversos equipamentos e componentes para o aproveitamento das energias solar e eólica. i) Compensação de créditos por posto horário O consumo de energia elétrica a ser faturado corresponde à diferença entre a energia consumida e a injetada. Havendo excedente de energia injetada que não tenha sido compensada no ciclo de faturamento corrente, a distribuidora utilizará essa diferença positiva para abater o consumo medido em outros postos tarifários, outras unidades consumidoras de mesmo titular ou nos meses subsequentes. Nas situações em que existam postos tarifários (ponta e fora de ponta) e nas quais a energia injetada em um determinado posto tarifário exceda à energia consumida, essa diferença deverá ser utilizada para compensação em outros postos tarifários dentro do mesmo ciclo de faturamento, após a aplicação de um fator de ajuste. Para as unidades consumidoras que dispõem de tarifa horária, a energia injetada deve ser utilizada, prioritariamente, para abater o consumo mensal no mesmo período (ponta ou fora de ponta). Caso haja sobra, esse saldo será utilizado para reduzir o consumo no outro posto tarifário após a aplicação de um fator de ajuste. O fator de ajuste é o resultado da divisão dos valores das tarifas de energia de ponta e fora de ponta. No caso do excedente ser originado no posto tarifário ponta, o fator de ajuste será resultado da divisão do valor da tarifa de energia de ponta pela fora de ponta. Caso o excedente seja originado no posto tarifário fora de ponta, o fator de ajuste será o resultado da divisão da tarifa fora de ponta pela tarifa de ponta. Resultados do 6 Leilão de Energia de Reserva Caso o consumidor tenha outras unidades consumidoras em sua titularidade na mesma área de concessão, os montantes de energia ativa injetada que não tenham sido compensados na própria unidade consumidora poderão compensar o consumo dessas outras unidades, desde que tenham sido cadastradas previamente para tal fim. Nessa circunstância, o consumidor deverá indicar a ordem de prioridade das suas unidades consumidoras para participação no sistema de compensação, observada a regra de que a unidade de instalação da geração deve ser a primeira a ter o consumo compensado. Após a compensação em todos os postos tarifários e em todas as demais unidades consumidoras, os créditos de energia ativa, porventura existentes, serão utilizados para o abatimento da fatura dos meses subsequentes e expirarão 36 meses após a data de faturamento, sendo revertidos em prol da modicidade tarifária e sem direito do consumidor a quaisquer formas de compensação. Leilões de Energia Solar O 6 Leilão de Energia de Reserva, realizado em 31 de outubro de 2014, estabelecido pelas Portarias MME n 236 (30/05/2014) e MME n 320 (09/07/2014), foi o primeiro leilão de compra e venda de energia com oferta de ESF. Foram negociados 889,66 MW de fotovoltaica distribuídos em sete estados da União, conforme tabela a seguir. Estado Potência GF FC Investimento Total Preço de Venda MW MWm (R$ milhões) (MWh) 1 (R$/MWh) Bahia ,5 0, ,57 São Paulo ,1 0, ,37 Minas Gerais 90 18,0 0, ,12 Ceará 60 14,4 0, ,83 Paraíba 30 6,7 0, ,78 Rio Grande do Norte 30 7,7 0, ,70 Goiás 10 1,8 0, ,00 Total ,2 0, ,10 Fonte: Câmara de Comercialização de Energia Elétrica - CCEE 1 Total no prazo 20 anos

15 282 energia solar fotovoltaica Projeto Megawatt Solar, instalado no Edifício Sede da Eletrosul, em Florianópolis, SC

16 energia solar fotovoltaica 283 O leilão teve como objetivo a venda de energia de reserva, destinada a aumentar a segurança no fornecimento de energia elétrica ao SIN, proveniente de usinas especialmente contratadas para esse fim, oriundas de novos empreendimentos de geração ou de empreendimentos existentes. No leilão, foram negociados Contratos de Energia de Reserva (CER) na modalidade por quantidade de energia, diferenciados por fontes geradoras, tais como eólica, solar fotovoltaica e biomassa composta de resíduos sólidos urbanos e/ou biogás de aterro sanitário ou biodigestores de resíduos vegetais ou animais, assim como lodos de estações de tratamento de esgoto com início de suprimento em 01/10/2017 e prazo de suprimento de 20 anos. Regras do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES) para o credenciamento e financiamento de equipamentos fotovoltaicos As regras definidas pelo BNDES para credenciamento e apuração de conteúdo local de módulos e sistemas fotovoltaicos adotam um conceito diferenciado do critério tradicional da Finame. A metodologia deixa de considerar a apuração do índice de nacionalização, tradicionalmente calculado com base no peso e no valor do equipamento, como critério de credenciamento, e exige a nacionalização progressiva de componentes e processos específicos ao longo do período de implementação do plano. Há também uma relação de itens eletivos, que incentivam e premiam o aumento do conteúdo nacional. Outros benefícios são o incentivo à fabricação de componentes e equipamentos de alto teor tecnológico no País e a atração de novos investimentos nacionais e estrangeiros em território brasileiro para o fornecimento de insumos e componentes em qualquer etapa do processo produtivo. Além de elevar a participação máxima do BNDES no apoio aos empreendimentos fotovoltaicos proporcionalmente ao número de processos industriais e componentes incorporados no País, essa metodologia permitirá ao Brasil o desenvolvimento de uma cadeia industrial para fabricação de componentes fotovoltaicos, atualmente inexistente. Os empreendimentos podem ser apoiados de forma direta (operação feita diretamente com o BNDES) e indireta (operação em que os recursos do BNDES são repassados por meio de instituição financeira credenciada). As regras oferecem alternativas flexíveis de nacionalização, com uma relação mínima de componentes e processos produtivos exigidos para o credenciamento e a manutenção no Credenciamento Informatizado de Fabricantes (CFI) do BNDES. Há também uma relação de itens eletivos, que incentivam e premiam o aumento do conteúdo nacional. Situação da ESF no Rio Grande do Sul As aplicações da energia fotovoltaica no RS são inexpressivas por razões já abordadas anteriormente. A expectativa é que, por meio de iniciativas como a Resolução Normativa n 482, da ANEEL, associadas a quedas de preços no mercado internacional, essa fonte de energia torne-se financeiramente viável e ganhe forte impulso na geração distribuída, tanto para usos isolados da rede como para aqueles conectados à rede de distribuição de energia elétrica. Em nível acadêmico, a ESF vem sendo trabalhada, no RS, em núcleos de pesquisa como o Núcleo Tecnológico de Energia Solar, instalado no Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Física, no Parque Tecnológico da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS), o qual abriga uma planta-piloto para fabricação de módulos fotovoltaicos, desde a dopagem das células de silício até diversos projetos que visam a redução dos custos e o aumento da eficiência desses equipamentos. Também, na PUCRS, foi montado um laboratório de energias renováveis para viabilizar, por meio de cursos de extensão, a capacitação de profissionais que trabalham na área, de graduados e de técnicos para que se tornem agentes de mudança e para que multipliquem conhecimento de energias renováveis no Rio Grande do Sul e no País. O projeto é fruto de uma parceria da PUCRS com a Epi Energia Ltda, a alemã WKA Sachsen Service GmbH e o SENAI. O laboratório conta com painéis solares fotovoltaicos, painéis solares térmicos, híbridos (térmico e fotovoltaico), anemômetros, duas turbinas eólicas de pequeno porte (uma de eixo vertical e outra de eixo horizontal), inversores e controladores, todos com possibilidade de monitoramento remoto. Destaca-se também a Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e as instalações do Laboratório de Energia Solar localizadas no Campus do Vale da UFRGS. Suas linhas de pesquisa incluem ensaios dos principais componentes dos sistemas fotovoltaicos e térmicos e a implementação de protótipos, além de servir de constante fonte para o desenvolvimento de trabalhos dos alunos. Um dos protótipos montados nas instalações do laboratório diz respeito a uma central fotovoltaica conectada à rede, com 4,8 kwp de potência instalada. Uso da Energia Solar Fotovoltaica na Geração Distribuída A geração distribuída pode, a exemplo da Europa, suprir uma quantidade considerável de energia à população, incrementar a matriz de fornecimento de energia elétrica e, no mínimo, postergar investimentos em redes de distribuição e transmissão de eletricidade normalmente requeridos pelo SIN. Além disso, o fomento à geração distribuída pode trazer consigo outro vetor importante para a economia estadual, uma vez que estimula o comércio e a fabricação dos equipamentos necessários à produção desse tipo de energia, como painéis fotovoltaicos, inversores, controladores de carga, medidores, acumuladores e aerogeradores de pequeno porte. Em 2014, a população gaúcha consumiu 30,6 TWh de energia elétrica, através de 3,567 milhões de consumidores residenciais (27,8% do consumo), 351 mil comerciais (17,8%), 341 mil rurais (12%) e 36,4 mil industriais (34,2%). De acordo com esses números, o tamanho unitário médio das instalações fotovoltaicas necessárias para atenderem esse mercado é de 1,5 kwp para o setor residencial, 10 kwp para o comercial, 6,9 kwp para o rural e 184 kwp para o industrial.

17 284 energia solar fotovoltaica Centro de Demonstração de Energias Renováveis da PUCRS Geração Distribuída, São Pedro do Butiá - RS Laboratório de Energia Solar da UFRGS - central fotovoltaica, conectada à rede publica, com potencia instalada de 4,8 kwp Usina Fotovoltaica Cidade Azul em Tubarao, SC

18 energia solar fotovoltaica 285 Custos da ESF De acordo com o Portal Solar, eis os custos de instalações fotovoltaicas de diferentes capacidades. A tabela a seguir mostra o preço da ESF residencial. Aplicação Nº de pessoas Potência Instalada (kwp) Custo (R$ mil) Casa pequena 2 1,5 12 a ,0 16 a 24 Casa médía 4 3,0 25 a 35 Casa grande 4 a 5 4,0 32 a 45 maís de 5 5,0 47 a 55 Mansão mais de a a 900 Comercial ou Industrial a a Usina Fonte: Ações Propostas para a Energia Solar Fotovoltaica no RS Fomentar a inserção da geração solar fotovoltaica na matriz energética gaúcha quer através de sistemas isolados ou em sistemas conectados à rede pública de distribuição de energia elétrica. Propor mecanismos para viabilizar economicamente a produção, instalação e monitoramento da geração solar fotovoltaica para injeção de energia elétrica nos sistemas de distribuição e/ou transmissão. Incentivar o desenvolvimento da cadeia produtiva da indústria solar fotovoltaica e torná-la competitiva com outras fontes de energia. Fomentar o treinamento e a capacitação de técnicos especializados em ESF nas universidades, escolas técnicas e empresas;. Propor mecanismos para aperfeiçoar os regulamentos de operação e custos da geração com ESF no sentido de torná-la atrativa ao consumidor e transformá-los em pequenos produtores de eletricidade. A história da fotovoltaica mostra que um quadro político estável usando os regimes de apoio de forma sustentável aumenta a confiança do mercado. Estimular a redução de custos da geração solar fotovoltaica com vistas a promover a sua competição com as demais fontes de energia. Criar, através da Secretaria de Minas e Energia, um grupo permanente de energia solar fotovoltaica que reúna representantes do governo, das universidades, da indústria e do comércio de equipamentos fotovoltaicos, para discussões a respeito do desenvolvimento do setor. Elaborar o Atlas Solarimétrico do Rio Grande do Sul que contenha informações sobre o potencial de geração da fonte solar no Estado.