Ener solar 1a. Semea UFAL Sertão

Energia Solar: aspectos técnicos e o cenário no Brasil e no
mundo
Agnaldo José dos Santos1
1UFAL/Campus do Sertão
Laboratório de Energia Solar
1a SEMEA -UFAL CAMPUS DO SERTAO - 05 a 07/04/2016
J S Agnaldo (UFAL/Campus do Sertão) Energia Solar 1a SEMEA - C SERTÃO-2016 1 / 57

Energia Solar: aspectos técnicos e o cenário no Brasil e no mundo
Tópicos da apresentação
1 Energia Solar - Introdução
2 Aspectos técnicos
3 Cenário brasileiro
4 Cenário mundial
5 Considerações ﬁnais

4 Cenário mundial

Energia Solar - Introdução
Problema Motivação
Quais as vantagens de se usar a energia solar?
Por que devemos usar a energia solar?
Baixo risco ambiental
Sistemas de geração de energia estável e de longa duração
A Terceira Revolução IndustrialJeremy Rifkin -Editora: M. BOOKS (2012)
“Prédios podem ser pequenas usinas de energia. O Brasil pode ser a Arábia Saudita
das energias renováveis do século 21

Introdução - Motivação
Energia solar - Motivação
Por que devemos usar energia solar fotovoltaica?
A potência média de incidência anual no Nordeste - 200 a 250W/m2 (844W/m2- AM
1,5)
R. Aldabó, Energia Solar, Artiliber Editora, São Paulo (2002)
0,1% da superfície da Terra com 10% de eﬁciência satisfaz a necessidade mundial
de energia
M. Grätzel, Nature, 414, 338 (2001)
Queda acentuada dos preços dos painés solares a cada ano

Mais uma transformação - Motivação
Energia solar produz energia elétrica
Energia elétrica produz água: Feira de Santana - Bahia
125 escolas com água extraída do ar (Marca HNF - 2010)
http://economia.ig.com.br/empresas/empresa-lanca-maquina-que-produz-agua...

Air Fuel Synthesis Limited AFS
Energia solar produz energia elétrica
Energia elétrica produz gasolina (combustível sintético)
Engenheiros da cidade industrial Stockton-on-Tees, Inglaterra – gasolina
(hidrocarbonetos) a partir do CO2 do ar. Conferência do Instituto de Engenheiros
Mecânicos - Londres (2012)
http://www.airfuelsynthesis.com/home.html

Introdução - Energias renováveis
Matriz energética
Consumo de energia primária no Brasil e no mundo em 2007
Gráﬁcos adaptados - F. M. Vichi, M. T. C. Mansor, Energia, meio ambiente e economia: o Brasil no contexto mundial, Quim. Nova, 32, No. 3, 767 (2009)

Transformação de energias - fonte primária: energia da radiação solar
Transformação de energias
Assistir
(a) (b) (c)
(a) Fonte primária: Sol
(b) Radiômetro de Crookes: Energia da radiação/energia cinética
(c) Furacão Katrina em agosto de 2005
Fonte: Google Imagens; youtube

Energia solar - Motivação
Energia Solar - capacidade 1800 × GPEC - Global Primary Energy Consumption
Nitsch, F.: Technologische und energiewirts chaftliche Perspektiven erneuerbarer Energien. German Aerospace Center. 2007

Motivação - Energias renováveis
Energia solar - Motivação: alta taxa de radiação solar no Brasil
Fonte: ATLAS de Irradiação Solar no Brasil (1998) - Irradiação: exposição à radiação

Motivação - Energias renováveis
Energia eólica - Motivação: Regiões favoráveis
ATLAS do potencial eólico brasileiroJ S Agnaldo (UFAL/Campus do Sertão) Energia Solar 1a SEMEA - C SERTÃO-2016 12 / 57

4 Cenário mundial

Energia solar - Aspectos técnicos
Utilização - Sistemas de aquecimento
Utilização: sistemas de aquecimento de água
Fonte: Google Imagens

Energia solar - Aspectos técnicos
Utilização - Geração de energia elétrica
Utilização: áreas de difícil acesso, semáforos, residências, laboratórios, sistemas
interligados, satélites artiﬁciais

Aspectos técnicos
Termelétrica
Concentradores solares - Sistemas híbridos - solar/gás
Fonte: [r]evolução energética. Greenpeace (2010)

Aspectos técnicos
Energia solar termelétrica
Sistemas termosolares
Usados principalmente nos Estados Unidos e Espanha
http://conhecimentopratico.uol.com.br/geograﬁa/mapas-demograﬁa/34/artigo194469-2.asp (12/12/2014)

Aspectos técnicos
Termelétrica
Concentradores solares - Sistemas híbridos - solar/gás
Pot. de 10 a 25 KW - Motor Stirling

Aspectos técnicos
Termelétrica
Shams-1 a maior usina por concentração de luz solar - Abu Dhabi 100 MW – Custo
USD$ 600 milhões - (Assistir!)

Aspectos técnicos
Termelétrica - Comparação entre espaços e preços de geração
Shams-1 a maior usina por concentração de luz solar
Abu Dhabi - 100 MW – Custo USD$ 600 milhões
Razão custo/geração: USD$ 6,0/W (2013)
Área 300 campus de futebol ∼ 3 Km2 - 258.048 espelhos parabólicos
Obs.: Belo Monte R$ 30 Bilhões/4.500 MW + Transmissão
(USD$ 3,5/W)
Sobradinho: 4.214 km2 1.400 × a área de Shams-1
1400 usinas Shams-1 produziriam
1.400 × 100 MW = 140.000 MW
∼ 70 × a energia de Sobradinho.
Usando-se painéis fotovoltaico com
10% de eﬁciência, sobradinho produziria
4.200.000 m2 ×1000 W/m2 × 10% = 420.000 MW
∼ 210 × a energia de Sobradinho.
Capacidade instalada no Brasil em 2014: 132.000 MW

Aspectos técnicos
Efeito fotovoltaico - Homo junção sólido/sólido
BV BV
BC
BV
BC
BC
E
gap
gap
isolante semicondutor condutor
BV
BC
semicondutor
intrínseco
BV
BC
semicondutor
tipo n
BV
BC
semicondutor
tipo p
E
EF
EF
EF
(a)
(b)
Diagrama de bandas
Junção pn
Agnaldo José dos Santos
Tese de Doutorado - UFAL/Unicamp (2010)

Aspectos técnicos
Efeito fotovoltaico
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
P N
- -
- -
- -
- -
- -
+ +
+ +
+ +
+ +
+ +
E
Tese de Doutorado - UFAL/Unicamp
(2010)
Célula solar de Si
Fonte: Google imagens
Dois semicondutores de Si (grau solar)
Junção pn
Correntes: difusão/deriva
Formação de uma camada de depleção
w: V
w = 2.000.000V/m
Luz excita elétrons na região w
Separação de cargas e formação de
uma ddp nos terminais:
efeito fotovoltaico
Geração de fotocorrente (deriva)
Energia solar fotovoltaica: P = IV < 0

Aspectos técnicos
Efeito fotoeletroquímico - hétero junção sólido-líquido
TiO2
TiO2
P O -
3I
-
3I
Resistência
Luz
S
u
b
s
t
r
a
t
o
Vidro
S
u
b
s
t
r
a
t
o
Vidro
P
t
Ciclo de
oxiredução
Eletrólito
Eletrodo negativo Eletrodo positivo
En
resistência
luz
--
3 I3/I
3 eV
E F
BC
TiO2
(PO)* PO
BV
LV
0.01 - 0.04 m m
-
e
-
e
-
e
-
e
(PO)* (PO)+
-
e
eletrólito
h
Célula fotoeletroquímica
0,9 1,0 1,1 1,2 1,3
0
50
100
150
200
250
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
DSC - TiO
2
r
int
=?
FF>1/2
J(mA)/cm
2
V(Volt)
Bateria NiCd
------ Fit linear
I
SC
=750mA
=V
OC
= 1,33 V
r
int
= 1,8
FF=1/4
I(mA)
V(Volt)
Bateria vs. Célula solar
Nanopartículas de TiO2
Tese de Doutorado - UFAL/Unicamp (2010)

Aspectos técnicos
Células fotovoltaicas
Si Monocristalino
Siemens Solar
Si Policristalino
RWE Solar
Células orgânicas ﬂéxíveis 3G
DSSC
Células de Grátzel

Aspectos técnicos
Eﬁciência fotovoltaica
Máxima eﬁciência fotovoltaica

Aspectos técnicos
Instalações em série
Curvas I − V para três células fotovoltaicas ligadas em série
ENERGIA FOTOVOLTAICA - MANUAL SOBRE TECNOLOGIAS, PROJECTO E INSTALAÇÃO (2004)

Aspectos técnicos
Instalações em paralelo
Curvas I − V para três células fotovoltaicas ligadas em paralelo
ENERGIA FOTOVOLTAICA - MANUAL SOBRE TECNOLOGIAS, PROJECTO E INSTALAÇÃO (2004)

Aspectos técnicos
Sistemas PV
1 Células solares são construídas individualmente
2 Conectadas em série/paralelo e encapsuladas formam um painel
3 Painéis podem ser usados avulsos ou em série/paralelo com outros painéis,
formando um agrupamento com alta corrente e voltagem de saída
4 Agrupamentos PV podem compor sistemas com componentes de regulagem e
armazenamento de cargas

Aspectos técnicos
Sistemas PV Off-grid
1 Gerador fotovoltaico - série/PARALELO
2 Controlador de carga
3 Acumulador - baterias
4 Inversor - Consumidor
5 Sistema autônomo
http://www.atomra.com.br/energia-
renovavel-para-sua-residencia/

Aspectos técnicos
1 Gerador fotovoltaico - série/PARALELO
2 Controlador de carga
3 Acumuladores - baterias (alto custo)
4 Inversor
http://www.neosolar.com.br/images/...

Aspectos técnicos
Sistema autônomo
Restaurante do Castanha (Delmiro Gouveia-AL))
Fonte: Pesquisa de Campo - GPDTERN

Aspectos técnicos
Sistemas PV Grid-Tie
1 Gerador fotovoltaico - série/paralelo
2 Inversor Grid-Tie
Mecanismo de proteção e sistema data logger
Medidor bidirecional (quatro quadrantes)
Sistema interligado
http://www.neosolar.com.br/images...

4 Cenário mundial

Cenário brasileiro
Cenário brasileiro - Marcos regulatórios de geração fotovoltaica
Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios – PRODEEM
(12/1994)
9 mil sistemas fotovoltaicos de 1996 a 2001 em 26 estados
Lei n◦. 10.438 de 11/2010 e Lei n◦. 10.762 de 11/2003
Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica – PROINFA (MME)
Convênio ICMS 101/97 – isenção de ICMS (Mercosul) para geradores fotovoltaicos
de 750 W a 375 kW, aquecedores e aerogeradores
Etiquetagem IMETRO 02/2002 - Grupo de Trabalho de Sistemas Fotovoltaicos -
GT-FOT
Fabiana K. O. M. Varella et al. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA NO BRASIL: INCENTIVOS REGULATÓRIOS. Revista Brasileira de Energia, Vol. 14, N
o . 1, 1 o Sem. 2008, pp. 9-22
São Paulo - isenção de ICMS até 2021 (04/2014)
ANEEL - Seccionamento Visível (DSV)
não obrigatório para microgeração (04/2014)
http://www.renovigi.com.br/noticias

Cenário brasileiro
Marcos regulatórios de geração fotovoltaica no Brasil
ANEEL - Resolução Normativa N. 482 de 17/04/2012
Microgeração de energia <100 kWp
Crédito - 36 meses na conta de luz (CPF ou CNPJ)
http://www.solsticioenergia.com.br/sobre-energia-solar/resolucao-482-aneel/

Cenário brasileiro
Redução dos custos
Kit fotovoltaico 2.5 kWp: R$ 17.000,00
Redução de 25% do preço em dois anos
Economia – 220 a 440 kWh por mês (Nordeste)
17 m2 - GRID TIE (inversores ou microinversores)
http://produto.mercadolivre.com.br/MLB...

Cenário brasileiro
Oferta Interna de Energia Elétrica - OIEE
Boletim Mensal de Energia - Jan/2016 http://www.mme.gov.br

Cenário brasileiro
Produção de energia primária - Total 272.633 ×103 tep

Cenário brasileiro
Energias renováveis - Alagoas × Brasil
Produção de energia primária em Alagoas ∼ 77% renovável
Balanço Energético de Alagoas - BEAL(2014)

Cenário brasileiro
Matriz de capacidade instalada
Dependência de energia hidráulica e térmica
Baixa capacidade instalada de energia solar fotovoltaica
Apenas 83 sistemas interligados no Brasil - 03/2014
Alto crescimento anual
Matriz de capacidade instalada de geração de
energia elétrica out/2014 - ANEEL BIG (31-10-2014)J S Agnaldo (UFAL/Campus do Sertão) Energia Solar 1a SEMEA - C SERTÃO-2016 40 / 57

Cenário brasileiro
Matriz energética - Geração de eletricidade
Geração eólica: Crescimento de 58% de 2014-15
Matriz de capacidade instalada de geração de
energia elétrica jan/2016
http://www.mme.gov.br/see/menu/boletimMonitoramento.html

Cenário brasileiro
Situação dos reservatórios das hidrelétricas
Necessidade de diversiﬁcação das formas geração de energia
Situação atual: NE 32%
Sobradinho: Maior reservatório - 58,2% da capacidade do NE
2015: Sobradinho em estado crítico redução da vazão para 900m3/s
http://www.ons.org.br (20/03/2016)

Cenário brasileiro
Situação dos reservatórios das hidrelétricas
Energia armazenada no NE http://www.ons.org.br (20/03/2016)

Cenário brasileiro
Minha Casa Minha Vida - Projeto Juazeiro - Brasil Solair
Fundo Socioambiental - CEF
1000 casas (residenciais Morada do Salitre e Praia do Rodeadouro)
http://www.brasilsolair.com.br/projeto-juazeiro

Cenário brasileiro
Redução dos custos - Primeiro leilão de energia solar no Brasil - R$ 7,1 Bi
6◦ Leilão de Energia de Reserva - 31/10/2014
31 empreendimentos solares (889,6 MW - NE: 18 UNID))
31 eólicos (769,1 MW - NE: 31 UNID)
Contratação total de 535,3 MWmédios - Total: 1.658,7 MW
Energia solar: R$215,12/MWh - deságio de 17,9%
Energia eólica: R$142,34/MWh - deságio de 1,4%
O fornecimento de energia deverá ser realizado a partir de 2017
A energia solar no Brasil foi negociada
abaixo dos USD$ 90,00 o MWh (competitiva internacionalmente)
http://www.mme.gov.br/see/menu/boletimMonitoramento.html

Cenário brasileiro
Leilão de energia de reserva - 2015 - R$ 6,8 Bi
1.379 projetos cadastrados - 53 vencedores
Deságio médio 15,35%
Solar 929,34 MW
Eólicos 548,2 MW
Contratação total de 1.477,5 MWmédios
Energia solar: R$297,75/MWh
Energia eólica: R$ 203,46/MWh
O fornecimento de energia deverá ser realizado a partir de Nov/2018
http://www.mme.gov.br

4 Cenário mundial

Cenário mundial
Energias solar fotovoltaica - PV
Crescimento anual da energia PV no mundo
46 MWp (2014) - 56 MWp (2015)
http://www.solsticioenergia.com.br/sobre-energia-solar/mercado-fotovoltaico

Cenário mundial
Crescimento de instalações de sistemas PV
http://www.renovigi.com.br/noticias
Europa: 1 milhão de prédios (2014)
- 370000 empregos
Alemanha mais de 1 milhão de geradores
fotovoltaicos: 80% é de pequeno porte (< 1 MW)
conectado em baixa tensão
Alemanha: 10% da pop. energia solar
(23/07/2014 – 13-14h): 50% da energia
de fonte fotovoltaica (24 GW)

Cenário mundial
Vida útil: 20 anos × 30 anos
Redução de eﬁciência 1% × 0,1%
Custo US$/Watt: (2 a 10) × 1
Preço competitivo (concessionárias)
Energia Solar × nuclear
Energy and economic analysis for large-scale integration of small photovoltaic systems in buildings: The case of a public location in Southern Spain
D. L. Talavera et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011) 4310–4319
Software de simulação: PV-SystTM (University of Jaén)

Cenário mundial
Fonte: Caderno de altos estudos 10 - Energias Renováveis. Câmara dos Deputados (2012)

Cenário mundial
Redução dos custos - Projeção para 2035
Fonte: Gráﬁco adaptado - Technology Roadmap Solar Photovoltaic Energy,
INTERNATIONAL ENERGY AGENCY - 2014 Edition

Cenário mundial
Maiores usinas
1 Shams-1 - 100 MW - Abu Dhabi
2 Solar Energy Generating Systems, Parque integrando 09 usinas - Concentração
solar (CS) - 354 MW – USA
3 Martin Next Generation Solar Energy Center - CS 75 MW - USA
4 Nevada Solar One - CS - 64 MW USA
5 Parque Fotovoltaico de Olmedilla - PV - Espanha - 60 MW
6 Parque Solar de Strasskirchen - PV - Alemanha - 54 MW
7 Parque Fotovoltaico de Lieberose - PV - Alemanha - 53 MW
8 Andasol, Andaluzia - CS - Espanha - 50 MW
9 Alvarado I, Extremadura - CS - Espanha - 50 MW
10 Parque Fotovoltaico Puertollano - PV - Espanha - 48 MW

4 Cenário mundial

Considerações ﬁnais
Oportunidade de negócios Para saber mais
Inauguração da fábrica de painéis fotovoltaicos em Alagoas
Pure Energy Geração de Energia Ltda (junho ou julho/2016)
54 empregos diretos, 102 mil m2
Polo Multifabril José Aprígio Vilela, Marechal Deodoro
http://www.alagoas24horas.com.br/conteudo/?vCod=157220
Revolução da energia: Com a redução dos custos de equipamentos será
possível arrendar o teto das nossas casas para que empresas forneçam
energia PV, ﬁcando o consumidor residencial livre do pagamento da conta de
luzJS Agnaldo.
BEN 2015 EPE - MME
BEAL2014 SEPLAN-AL
Manual de FotovoltaicoLivro: Energia Fotovoltaica: manual sobre tecnologias, projecto e instalação
Sistema de Informações Georreferenciadas do Setor Elétrico http://sigel.aneel.gov.br/sigel.html

Considerações ﬁnais
Oportunidade de negócios Para saber mais
Fonte: [r]evolução energética. Greenpeace (2010)

Agradecimentos
OBRIGADO!

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