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Energia Solar não é apenas Painel Fotovoltaico

Existem 3 principais categorias de tecnologia para aproveitamento solar: fotovoltaica, coletores e concentradores. Cada uma mais apropriada para diferentes finalidades, porte, e vivendo momentos de mercado distintos.

O Sol, e portanto, a energia solar, é na verdade a origem da maioria das formas de energia que conseguimos aproveitar em nosso planeta.

Seja provocando os gradientes de temperatura que ocasionam ventos e correntes marítimas. Também evaporam a água que geram as chuvas, alimentando os reservatórios das hidrelétricas. Garantem a fotossíntese das plantas, fazendo crescer a biomassa usada não apenas como alimento, mas que também queimamos para os mais variados objetivos.

Até mesmo o combustível fóssil! Que nada mais é do que a biomassa de milhões de anos que fossilizaram e deram origem a carvão, petróleo e afins. Ou seja, ao queimar petróleo e derivados, estamos usando parte da energia solar que chegou ao planeta eras atrás, foi convertida em cadeias de carbono, e tanto tempo depois são liberadas na atmosfera novamente (e é por isso que estamos alterando o balanço de CO2 na atmosfera, mas isto pode ser tema de outra matéria um dia).

Painéis fotovoltaicos vivem um ótimo momento

Mas quando nos referimos a tecnologias para aproveitamento do recurso solar, visamos captar a irradiação solar quando disponível e aproveitá-la no mesmo instante, ou em curto prazo de tempo. E, neste caso, imagino que a primeira imagem que venha a cabeça do leitor sejam os painéis solares que geram eletricidade e se espalharam pelos telhados de quase qualquer município do país nos últimos anos, conforme Figura 1, da ABSOLAR.

Evolução da Potência Instala de Fotovoltaica
Evolução da Potência Instala de Fotovoltaica
Figura 1 – Fonte: ABSOLAR (2022)

Somando plantas centralizadas com a geração distribuída em projetos de mini e microgeração, a potência instalada do país saltou de 1,1GW em 2017 para mais de 17GW em julho de 2022, conforme Figura 1. E antes disso, os valores eram irrisórios.*

Esse crescimento vertiginoso não foi um caso particular do Brasil, é na verdade consequência de uma drástica queda do preço dos painéis fotovoltaicos no mundo na última década. (Veja um comparativo da evolução dos custos da Fotovoltaica comparada com outras renováveis: solar concentrada, e eólicas onshore e offshore na Figura 2.)

Tendo assim se tornado competitivo com os preços da eletricidade pro consumidor em vários países, mesmo com variações de geração em função das condições geográficas.

Evolução dos custos de algumas renováveis no mundo desde 2010
Evolução dos custos de algumas renováveis no mundo desde 2010
Figura 2 – Fonte: World Energy Transitions Outlook 2022, IRENA

Uma forma mais simples e mais antiga do aproveitamento solar é na forma de calor

Entretanto, existem outras formas de captação do recurso solar, que já eram comerciais bem antes dos painéis FV, que são os coletores solares para aquecimento. O aquecimento pode ser de água para banhos e piscinas, ou do ar ambiente (sendo esse segundo caso comum em países frios, o que não é nossa realidade).

As Figuras 3 e 4 mostram alguns modelos existentes no mercado. No primeiro, a água aquecida ao passar pelo coletor é armazenada em um tanque com bom isolamento térmico. Assim, o reservatório pode manter a água entre 40ºC e 80ºC mesmo durante a noite.

Coletor de aquecimento solar residencial
Coletor de aquecimento solar residencial
Figura 3 – Fonte: Pixabay
Aquecimento solar de piscina
Aquecimento solar de piscina
Figura 4 – Fonte: Pixabay

O “calcanhar de Aquiles” desses sistemas é que nos dias mais quentes ele atinge as maiores temperaturas, quando em geral se toma banhos mais frescos. Enquanto nos dias mais frios e chuvosos, a água é pouco aquecida e queremos banho mais quente.

Sendo assim, há a necessidade de complementar o aquecimento em parte do inverno. Bons projetos costumam atender a 75% da demanda de água quente ao longo do ano através do recurso solar. E o complemento necessário pode ser atendido pelo próprio sistema, que costuma ter um termostato e um boiler elétrico automáticos.

A economia trazida pelo sistema é mais vantajosa em locais que usam chuveiro elétrico, pois onde há acesso ao gás, este é mais barato que a eletricidade.

Já o aquecimento para piscinas requer, obviamente, muito mais área de coletores, conforme visto na Figura 4, e visa aquecer um volume muito maior de água. Por outro lado, a temperatura da água de piscina é mais baixa que para banho. Para fins recreativos a recomendação dada por norma da ASHRAE é entre 24ºC e 29ºC.

Ou seja, o objetivo de um projeto do tipo é aumentar a frequência de dias no ano nos quais a piscina esteja agradável para uso, e tem no setor de turismo seu principal mercado no país.

Bem antes da FV, o Brasil já usa calor do Sol para tomar banho

O mercado de aquecimento solar é acompanhado pela ABRASOL (Associação Brasileira de Energia Solar Térmica), Figura 5. Se a Fotovoltaica começa a entrar no país significativamente em 2017, vê-se pela figura que a térmica solar tem o ano de 2001 como seu marco.

Evolução do mercado de aquecimento solar no Brasil
Evolução do mercado de aquecimento solar no Brasil
Figura 5 – em zul área nova adicionada por ano; em amarelo área acumulada – Fonte: ABRASOL

E assim, a primeira década deste século presenciou no geral uma expansão cada vez maior a cada ano, que parece ter atingido um platô a partir de 2012, em torno do qual oscila desde então.

Além das aplicações já citadas, o calor pode ser usado para outros fins, inclusive industriais, apesar deste ainda ser um mercado bem pequeno com cerca de 5%, conforme apresentado pela ABRASOL na Figura 6. E, portanto, ainda dominado pelo uso residencial, que corresponde a 70% do mercado.

Segmentos de Mercado da energia solar térmica
Segmentos de Mercado da energia solar térmica
Figura 6 – Fonte: ABRASOL

O mercado de aquecimento solar continua sendo promissor, pois apesar de não dar retornos tão altos quanto o fotovoltaico, requer menores custos de capital. O que o torna atrativo para quem tem menos dinheiro disponível, ainda mais no cenário de aumento de juros, onde os financiamentos ficam mais caros também.

Ao olharmos para o cenário em torno da fotovoltaica, tem-se alguns parâmetros um pouco desfavoráveis:

1º – alguns especialistas apontam que os menores preços dos painéis já aconteceram. A mineração de vários dos metais necessários para a fabricação dos painéis tem sinalizado aumento de custos ao terem de ir para jazidas menos acessíveis, ou de maiores impurezas.

2º – o marco da GD, trazido pela Lei 14.300, imputará maiores custos de instalação e transação para projetos novos a partir de janeiro de 2023.

3º – praticamente todos os equipamentos (especialmente os mais caros) são importados, enquanto no setor de aquecimento há peças e componentes nacionais. Ou seja, a FV sofre maiores efeitos do câmbio.

Nada disso tornará o investimento em fotovoltaica ruim. Mas ele será menos vantajoso nos próximos 2 anos por exemplo, do que foi nos últimos 2 anos.

Sendo assim, na visão deste autor, devemos presenciar um arrefecimento da expansão da solar GD a partir do segundo semestre do ano que vem.  Enquanto a solar térmica deve permanecer no seu ritmo, podendo vir a expandir no intervalo de 2 a 5 anos, em particular no setor industrial.

O mercado para a solar térmica na indústria ainda tem muito potencial a explorar. Especialmente devido às necessidades de redução de consumo de combustíveis fósseis e de lenha (proveniente de desmatamento ilegal).

Concentradores Solares são capazes de atingir altas temperaturas e assim gerar eletricidade

Nesses ramos, além das tecnologias já mostradas, há também os concentradores solares. Através do uso de lentes ou espelhos, usam-se maiores áreas de captação, que direcionam os feixes de luz para áreas menores de recepção. Essas altas taxas de concentração levam essas tecnologias a atingirem temperaturas bem maiores, podendo passar de 400ºC. Vide Figura 7.

As 4 principais tecnologias de concentradores solares
As 4 principais tecnologias de concentradores solares
Figura 7 – Fonte: Agência Internacional de Energia

Os concentradores solares já se provaram tecnologicamente viáveis, porém, economicamente ainda enfrentam desafios. Sendo boas soluções em situações particulares de abundância do recurso solar, escassez de outros recursos, e/ou incentivos político-econômicos específicos.

Além de gerarem calor para processos industriais (aplicação ainda incomum no mundo), essas plantas são ótimas para geração de energia elétrica, podendo acumular calor em tanques e operarem por várias horas, mesmo em dias chuvosos ou durante a noite. Após a obtenção do calor, sua operação é similar a termelétricas tradicionais, gerando vapor para operação de turbinas.

Conhecidos como CSP (Concentrated Solar Power), potências como Espanha, EUA e China são os líderes mundiais em potência instalada, respectivamente. Mas entre economias emergentes, Marrocos, África do Sul, e nosso vizinho Chile têm posição de destaque.

Aliás, o Chile inaugurou recentemente uma das maiores e mais modernas plantas CSP, uma torre solar com 250 metros de altura e 110MW no complexo solar Cerro Dominador, vide Figura 8.

Torre Solar de Cerro Dominador – Chile
Torre Solar de Cerro Dominador - Chile
Figura 8 – Fonte: helioscsp.com

Infelizmente o Brasil só possui projetos piloto e de demonstração por enquanto. Mas é certo que farão parte da nossa matriz elétrica, no mais tardar na próxima década, provavelmente no sertão nordestino, onde estão nossos melhores índices de irradiação solar.

Portanto, podemos dividir as tecnologias vistas aqui em 3 categorias de equipamentos:

  • painéis fotovoltaicos (que convertem a irradiação diretamente em energia elétrica);
  • coletores solares (capazes de aquecer água, ar ou outros fluidos, para usos entre 40ºC e 150ºC);
  • concentradores solares (que geram calor de 250ºC a 600ºC, cuja principal aplicação é gerar eletricidade a partir deste calor) .

Assim, o crescimento que vemos no uso do recurso solar está apenas começando e essa fonte renovável terá papel essencial nas transformações das matrizes energéticas no Brasil e no mundo ao longo deste século. Sendo uma possibilidade de economia para consumidores, e oportunidades de mercado para investidores, comerciantes e start-ups.

Um abraço a todos e até breve.

Se você ainda não me conhece como autor deste Blog, veja minha primeira matéria, sobre Transição Energética, clicando aqui.

* (obs: enquanto este texto é redigido em agosto de 2018, esse valor já passou dos 18GW)

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2 comentários
  1. Sobre coletores: uma vez que em dias mais quentes eles atingem maiores temperaturas (e não são tão necessários) e em dias mais frios “deixam a desejar”, você comenta sobre o uso de boiler por exemplo para complementar. E no caso do verão, haveria uma forma de controlar esse aquecimento extra ou aproveitá-lo de outra forma?

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