Os sistemas fotovoltaicos transformam, diretamente, a energia solar em energia elétrica. A célula fotovoltaica é o componente básico do sistema, sendo constituída de material semicondutor que converte a energia solar em eletricidade em corrente contínua. As células foto- voltaicas são interconectadas para formar um módulo, ou painel fo- tovoltaico, cuja capacidade típica situa-se entre 50 e 200 watts (W).
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Esses painéis são então combinados com outros componentes, como inversores e baterias1, de acordo com a aplicação desejada. São extre-
mamente modulares, podendo formar sistemas de alguns watts até dezenas de megawatts (MW) (IEA, 2010a).
Os módulos fotovoltaicos utilizam, basicamente, duas tecnologias: si- lício cristalino e filmes finos.
Os de silício cristalino, que podem ser mono ou multicristalinos, detêm de 85% a 90% do mercado anual atualmente (IEA, 2010a). Entre os comercialmente disponíveis, os painéis de silício monocristalino são os que apresentam maiores rendimentos, entre 15% e 20% de conversão da luz solar em eletricidade. Os de silício multicristalino, por sua vez, apresentam rendimento médio de 14%, apresentando, porém, menores custos de produção que os monocristalinos (IEA, 2011d).
Os de filme fino representam 10% a 15% das vendas anuais de mó- dulos fotovoltaicos (IEA, 2010a) e são fabricados aplicando-se finas camadas de materiais semicondutores sobre um material de suporte, como vidro, plástico ou aço inoxidável, podendo formar módulos fle- xíveis. Os painéis de filme fino apresentam rendimentos inferiores, entre 7% e 13%, mas possuem a vantagem de apresentarem menores custos de fabricação. Apesar de mais baratos, requerem maior área para a obtenção de uma determinada potência elétrica (IEA, 2011d). Células com concentradores de energia solar são as que apresentam as maiores eficiências (até 40% de conversão), estando a tecnologia próxima de tornar-se comercialmente disponível (IEA, 2011e). Os sistemas fotovoltaicos apresentam a vantagem de utilizarem, além da luz solar direta, também a componente difusa, para a produção de eletricidade, permitindo seu funcionamento em dias em que o céu não está completamente limpo.
1 Os inversores convertem a corrente contínua em alternada, de modo a permitir a cone-
xão à rede ou a utilização de equipamentos de corrente alternada. As baterias são uti- lizadas em sistemas sem conexão à rede, como forma de armazenamento da energia produzida para utilização em momentos em que a radiação solar não estiver disponível.
D ep ut ad o P ed ro U cz ai | R EL A TÓ 4.1.1.2 Status
A energia fotovoltaica foi a fonte que apresentou maior crescimento no mundo entre os anos de 2000 a 2010, a uma taxa média de cerca de 39% ao ano, em evolução praticamente exponencial (Figura 4.1). A capacidade instalada atingiu cerca de 40 gigawatts (GW) no final de 2010, contra 1,5 GW em 2000. Entre os anos de 2005 e 2010, o cresci- mento foi ainda mais expressivo, alcançando uma taxa média de 49% (IEA, 2011e, e EPIA, 2012).
Figura 4.1 – Capacidade fotovoltaica no mundo
Fonte: EPIA, 2012
Esse rápido crescimento ocorreu, principalmente, pelas políticas ba- seadas em tarifas feed-in e pela redução do custo de aquisição dos sistemas fotovoltaicos, como será detalhado adiante. A maior parte da energia fotovoltaica provém de autoprodutores residenciais, como mostra a Figura 4.2.
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Figura 4.2 – Produção de energia fotovoltaica por segmento (2010)
Fonte: IEA, 2010a
A Tabela 4.1 apresenta a capacidade instalada de geração fotovoltaica nos maiores mercados, enquanto a Figura 4.3 mostra a participação relativa de cada um deles.
Tabela 4.1 – Energia fotovoltaica: capacidade instalada total
País (2010) Capacidade (MW) Alemanha 17.370 Espanha 3.915 Japão 3.618 Itália 3.502 EUA 2.534 Mundo 39.700 Fonte: EPIA, 2012
A partir desses dados, observa-se que 72% da capacidade instalada encontra-se em países da Europa e no Japão, países que dispõem de menor insolação, relativamente a países tropicais, como o Brasil. Essa realidade demonstra que a formatação da política para o setor é mais importante que os próprios recursos energéticos.
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Figura 4.3 – Participação na capacidade instalada fotovoltaica (2010)
Fonte: EPIA, 2012
Estima-se que, em 2011, ocorreu um acréscimo de 27,7 GW de sis- temas fotovoltaicos conectados à rede elétrica. Dados preliminares indicam que foi na Itália onde se deu o maior acréscimo em potência instalada, da ordem de 9 GW (EPIA, 2012).
Quanto à oferta de equipamentos, o maior fabricante de módulos fo- tovoltaicos no mundo é a China, que tem ampliado sua participação. A Tabela 4.2 apresenta os principais fabricantes de módulos fotovol- taicos no mundo e a Figura 4.4 mostra a participação relativa dos maiores parques industriais. A tecnologia de silício cristalino repre- sentou 88% dos módulos produzidos em 2010 (IEA, 2011d).
Tabela 4.2 – Módulos fotovoltaicos produzidos em 2010
País Módulos Produzidos (GW)
China 10.000 Alemanha 2.460 Japão 2.304 EUA 1.265 Coreia 925 Espanha 699 Itália 305 México 232
D ep ut ad o P ed ro U cz ai | R EL A TÓ Suécia 181 Áustria 112 Canadá 110 Outros 1.816 Mundo 20.409 Fonte: IEA, 2011d
Figura 4.4 – Maiores fabricantes de módulos fotovoltaicos (2010)
Fonte: IEA, 2011d.
4.1.1.3 Preços
Os preços dos módulos fotovoltaicos têm apresentado uma tendência de queda expressiva. O preço médio no mundo caiu de US$ 22 por watt (W) em 1980 para menos de US$ 1,5 por watt em 2010, a preços de 2005 (IPCC, 2011).
Nos últimos vinte anos, os preços dos módulos fotovoltaicos apresenta- ram uma redução média de 20% cada vez que dobrou a capacidade acu- mulada dos módulos vendidos. Em consequência, os preços dos sistemas fotovoltaicos declinaram em 50% nos últimos cinco anos na Europa e é es- perada uma redução nos próximos dez anos de 36% a 51% (EPIA, 2011). O comportamento recente do preço dos módulos no atacado, em eu- ros (€), entre maio de 2009 e dezembro de 2011, pode ser visto na Figura 4.5. Observa-se que, nesse período, os módulos tornaram-se
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57% mais baratos na Alemanha, com reduções de 56% e 63% no Ja- pão e na China, respectivamente (PVXchange, 2012).
Os custos dos sistemas fotovoltaicos, em junho de 2011, situavam-se entre US$ 3.300 a US$ 5.800 por quilowatt-pico (kWp) para sistemas instalados em telhados e US$ 2.700 a US$ 4.100 por kWp para siste- mas montados no solo (ver página 77). Já o custo da energia gerada depende, além do custo dos sistemas, dos custos de capital e da in- solação. A partir dos mencionados preços de sistemas, os custos da eletricidade produzida situam-se entre US$ 138 e US$ 688 por MWh, para sistemas montados sobre telhados e entre US$ 113 e US$ 486 por MWh para sistemas montados no solo (IEA, 2011e).
Figura 4.5 – Preços no atacado dos módulos fotovoltaicos
Fonte: PVXchange
Portanto, considerando uma taxa de conversão de R$ 1,75 por dólar americano, a energia elétrica de origem fotovoltaica, produzida a par- tir de módulos montados em telhados, pode apresentar custos que se situam entre R$ 241,50 a R$ 1.204,00 por megawatt-hora. Portanto, o preço da energia em locais que apresentam condições propícias, como elevada incidência de radiação solar, já apresentam custos com- petitivos com os preços cobrados pelas distribuidoras pela energia elétrica, uma vez que são comuns tarifas aplicadas a consumidores
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residenciais superiores a US$ 200 por megawatt-hora, ou seja, R$ 350 por megawatt-hora, à mesma taxa cambial.
4.1.2 Energia termossolar