i ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA DA INSTALAÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CONECTADOS À REDE ELÉTRICA DE ENERGIA DO RIO DE JANEIRO: UM ESTUDO DE CASO Paula Comarella Nogueira Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Produção da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Maria Alice Ferruccio, D.Sc Rio de Janeiro Setembro de 2016
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ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA DA INSTALAÇÃO DE …monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10017756.pdf · e Payback (tempo de retorno sobre o investimento). Além disso
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ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA DA
INSTALAÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
CONECTADOS À REDE ELÉTRICA DE ENERGIA DO
RIO DE JANEIRO: UM ESTUDO DE CASO
Paula Comarella Nogueira
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia de Produção da
Escola Politécnica, Universidade Federal
do Rio de Janeiro, como parte dos
requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Maria Alice Ferruccio, D.Sc
Rio de Janeiro
Setembro de 2016
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ESTUDO DE VIABILIDADE ECONÔMICA DA
INSTALAÇÃO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
CONECTADOS À REDE ELÉTRICA DE ENERGIA DO RIO
DE JANEIRO: UM ESTUDO DE CASO
Paula Comarella Nogueira
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO
DE PRODUÇÃO.
Examinado por:
________________________________________________
Prof. Maria Alice Ferruccio, D.Sc.
________________________________________________
Prof. Regis da Rocha Motta, Ph.D.
________________________________________________
Prof. Roberto Ivo da Rocha Lima Filho, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
SETEMBRO de 2016
iii
Nogueira, Paula Comarella
Estudo de viabilidade econômica da instalação de
sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica de energia
do rio de janeiro: um estudo de caso – Rio de Janeiro: UFRJ/
1. O SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO E A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: PANORAMA GERAL E CONCEITOS FUNDAMENTAIS .......................................4
1.1. MATRIZ ENERGÉTICA MUNDIAL X MATRIZ BRASILEIRA ...........................4
1.2. MATRIZ ELÉTRICA MUNDIAL X MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA ......... ….5
1.3. O MERCADO BRASILEIRO DE ENERGIA ELÉTRICA E A EVOLUÇÃO DO MARCO REGULATÓRIO .............................................................................................7
1.4. A ENERGIA SOLAR .........................................................................................8
2. MODELAGEM DA VIABILIDADE ECONÔMICO-FINANCEIRA ........................... 20
2.1 FERRAMENTAS DE ANÁLISE DE INVESTIMENTO……………………………21
2.1.1 Aplicação das Ferramentas……………………………………………………22
2.2. MENSURANDO O INVESTIMENTO INICIAL ................................................. 23
2.3. ENERGIA GERADA PELO SISTEMA ............................................................. 24
2.4. CUSTO DA ENERGIA FOTOVOLTAICA ....................................................... 25
2.5. EVOLUÇÃO DAS TARIFAS DE ENERGIA ELÉTRICA ................................. 26
2.5.1 Conceitos e definições relacionados à tarifa elétrica................................. 26
2.6.CÁLCULO DO CENÁRIO PADRÃO................................................................ 29
2.7.CÁLCULO DE CENÁRIOS ALTERNATIVOS ................................................. 30
3.ESTUDO DE CASO PARA UM GRANDE CONSUMIDOR DA LIGHT .................... 32
3.1.POTENCIAL DE GERAÇÃO DE ENERGIA SOLAR - ANÁLISE DE UM CENTRO DE DISTRIBUIÇÃO .................................................................................................... 33
3.2.LEVANTAMENTO DE DADOS DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE NA LOCALIDADE............................................................................................................. 40
3.3.DISPOSIÇÃO DOS MÓDULOS FOTOVOLTAICOS NA COBERTURA DO PRÉDIO .................................................................................................................................... 42
3.4.APLICANDO ANÁLISE DE VIABILIDADE AO SISTEMA ESTIMADO PARA O CD .................................................................................................................................... 47
Figura 1 - Matriz de consumo energético mundial - 2014
Fonte: REN21 (2016).
Não é difícil de constatar que a dependência dos combustíveis fósseis já é um
problema, e que se agravará com o esgotamento das reservas de petróleo. Por esse motivo,
vê-se em todo o mundo uma corrida pelo desenvolvimento de tecnologias que viabilizem a
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exploração de fontes renováveis de energia, corrida esta, que é liderada por um pequeno
grupo de países: China, Alemanha, EUA e Japão. (REN21 2016)
Em 31 de outubro de 2014 ocorreu o 6° Leilão de Energia de Reserva, realizado pela
Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, o primeiro na história a contar com oferta de
energia solar fotovoltaica segregada de outras fontes. O leilão chegou ao fim após oito horas
e 104 rodadas de negociação, com saldo de 889,7 MW (megawatts) contratados por usinas
solares.
Esse resultado representou um marco no setor elétrico nacional e nos permite
vislumbrar um promissor movimento de inserção da energia fotovoltaica na matriz energética
brasileira.
O Plano Decenal de Expansão de Energia com horizonte de 2024 (PDE 2024),
elaborado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), foi publicado em dezembro de 2015.
Dentre as principais projeções do plano figura o aumento da capacidade instalada de geração
de energia elétrica nacional em 73 mil MW (megawatts). Metade desta expansão é baseada
em fontes renováveis (eólica, solar, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas), sendo 7.000
MW exclusivamente provenientes de geração fotovoltaica (cuja capacidade instalada
mostrava-se pouco representativa em 2014).
Este trabalho terá foco no uso da energia solar para conversão fotovoltaica de energia,
ou seja, maior foco na conversão direta da irradiação solar em energia elétrica. Este tipo de
geração se dá através de células fotovoltaicas, que convertem energia luminosa em
eletricidade na forma de corrente contínua e em baixa densidade energética. Características
essas que fazem deste tipo de geração uma excelente opção para o abastecimento de cargas
isoladas ou a geração distribuída.
Objetivos
Este estudo é objetivado no levantamento de dados técnicos e econômicos para a
avaliação da viabilidade econômico-financeira da geração de energia elétrica a partir de
sistemas fotovoltaicos como geradores distribuídos, analisando um grande cliente da
concessionária Light no Rio de Janeiro.
Metodologia
A metodologia utilizada é uma pesquisa bibliográfica em livros, teses de doutorados,
publicações de entidades do setor energético, órgãos reguladores, internet e outros, com
objetivo de levantar o estado da arte. Também é feita uma pesquisa exploratória do tipo estudo
de caso, tomando como base o caso da Empresa Alfa, analisando de viabilidade econômico-
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financeira desenvolvida a um cliente da concessionária Light no Rio de Janeiro, estimando
não apenas o preço do sistema fotovoltaico como o retorno financeiro do mesmo e análises
de sensibilidade contemplando múltiplos cenários e incentivos.
Hipóteses
A hipótese acerca da qual este trabalho será construído é a de que é financeiramente
viável a instalação de um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica, para um grande
consumidor, Empresa Alfa, e que existe expectativa de aumento da atratividade da energia
solar.
Limitação da pesquisa
Neste trabalho será analisado apenas os aspectos econômicos relacionados à
implantação de um sistema fotovoltaico. Aspectos operacionais, técnicos, políticos e de
gestão não serão considerados como analisados.
Existem algumas variáveis que não foram consideradas no trabalho, tais como a
possibilidade de um aumento na eficiência dos equipamentos fotovoltaicos e um aumento na
vida útil dos sistemas, o que torna a análise mais conservadora.
Outra variável não considerada no trabalho é o custo com a adequação do sistema de
medição de energia elétrica que, atualmente, deve ser pago pelo próprio consumidor.
Estrutura do Trabalho
O trabalho se divide em três capítulos, além desta introdução:
Capítulo 1: É apresentada uma contextualização geral acerca da área de estudo em
que se insere o tema desenvolvido, tratando do panorama geral do setor energético no Brasil
e no mundo, com especial ênfase à matriz elétrica e ao mercado de energia solar fotovoltaica.
Capítulo 2: Consiste na modelagem da viabilidade econômico-financeira , estimando
os principais parâmetros e variáveis, definindo também os cenários a serem analisados.
Capítulo 3: Apresenta o estudo do caso específico da Empresa Alfa. Neste capítulo
é aplicada a análise de viabilidade econômico-financeira desenvolvida no capítulo anterior a
um consumidor real da Light, que teve sua capacidade de geração fotovoltaica estimada.
Por fim, é apresentada a conclusão do trabalho, síntese e recomendações para
trabalhos futuros.
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1. O SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO E A ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA:
PANORAMA GERAL E CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Este capítulo tem como objetivo de contextualizar o tema em estudo e apresentar os
conceitos necessários para melhor entendimento do presente trabalho
1.1. MATRIZ ENERGÉTICA MUNDIAL X MATRIZ BRASILEIRA
O panorama da oferta mundial de energia em 2013, segundo a Agência Internacional
de Energia (IEA), evidenciava uma situação um tanto quanto distinta da realidade brasileira.
Percebe-se pela figura abaixo a majoritária concentração de fontes energéticas não-
renováveis, notadamente carvão, petróleo e gás natural que, sozinhos, representavam 81,4%
do total.
Figura 2 – Oferta e consumo mundial de energia por fonte em 2013.
Fonte: IEA (2015)
O consumo final por fonte ratifica o mesmo perfil, sendo as fontes não renováveis
responsáveis por 67%.
Outras1%
Carvão29%
Petróleo31%
Gás Natural
21%
Nuclear5%
Hidroelétrica3%
Biocombustível10%
Oferta mundial
Carvão12%
Petróleo40%
Gás Natural
15%
Biocombustível12%
Eletricidade18%
Outras3%
Consumo mundial
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A matriz energética nacional em 2013, apesar de também apresentar maior
participação de não-renováveis, descrevia um cenário menos concentrado (com carvão,
petróleo e gás somando 58,8%).
Figura 3 - Oferta e Consumo interno de energia 2013.
Fonte: Baseado em EPE (2014).
O consumo final por fonte segue o mesmo padrão, com destaque para os derivados
de petróleo que possuem participação de mais de 40% no total.
1.2. MATRIZ ELÉTRICA MUNDIAL X MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA
Abordando especificamente a matriz elétrica, a disparidade, em relação ao consumo
de combustíveis fósseis, nossa situação em relação ao paradigma global mostra-se ainda
mais evidente.
Hidráulica13%
Biomassa de Cana
16%
Lenha e Carvão
8%
Outras renováveis
4%
Petróleo39%
Gás Natural
13%
Carvão Mineral
6%
Urânio1%
OfertaGás
Natural8,57%
Lenha7,49%
Bagaço de Cana
13,65%
Eletricidade20,65%
Etanol5,80%
Óleo Diesel22,71%
Óleo Combustível
1,93%
Gasolina11,35%
GLP3,86%
Querosene1,69%
Lixívia2,29%
Consumo
6
Figura 4 - Produção mundial de energia elétrica em 2013.
Fonte: Agência Internacional de Energia – IEA (2015)
Em 2013 produziu-se 23.322 TWh de eletricidade no mundo (o Brasil era o oitavo
maior produtor), sendo a esmagadora maioria da eletricidade mundial provida por fontes não-
renováveis, marcadamente por plantas que operam com carvão mineral.
Figura 5 - Produção mundial de energia elétrica por fonte 2013.
Fonte: Agência Internacional de Energia – IEA (2015)
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Em nítido contraste, o Brasil possui significativa participação de fontes renováveis em
sua matriz elétrica, que respondem por 73,75% da oferta interna de eletricidade.
Segundo dados do Balanço Energético Nacional 2016 (EPE 2016), a geração de
energia elétrica no Brasil em 2015 atingiu 581,5 TWh, o que representa um decrescimento
de 1,5% em relação ao ano anterior. Essa queda pode ser creditada à persistência das
condições hidrológicas desfavoráveis que impactam o país desde 2013.
Figura 6 - Oferta interna de energia elétrica em 2015
Fonte: Balanço Energético Nacional EPE (2016).
Desse total, 61,9% foram provenientes de fonte hídrica, que recuou 3,7% em
participação frente à 2014. Essa queda pode ser explicada pela participação da energia
eólica, que apresentou crescimento de 77,1%, ultrapassando a geração nuclear. Apesar da
meta do Plano Decenal de Expansão de Energia, citado anteriormente, apenas 0,01% dos
581,5 TWh de energia elétrica gerada no Brasil em 2015, teve origem fotovoltaica.
1.3. O MERCADO BRASILEIRO DE ENERGIA ELÉTRICA E A EVOLUÇÃO DO MARCO
REGULATÓRIO
As principais barreiras incidentes sobre a geração fotovoltaica englobam as esferas
normativa, tributária, de pesquisa e desenvolvimento, de fomento econômico e regulatória.
No tocante ao último fator mencionado, é provável que o maior avanço para a geração
distribuída tenha ocorrido em função da regulação dos mini e micro geradores ao ser
Hidrelétrica61,87%
Gás Natural 13,67%
Biomassa8,15%
Derivados do Petróleo
4,41%
Nuclear 2,53%
Carvão Vapor 3,28%
Eólica 3,72%
Solar Fotovoltaica 0,01%
Outras2,35%
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publicada a Resolução 482/2012, que viria a ser atualizada pela Resolução 517/2012, pela
ANEEL.
A regulação permitiu, basicamente, que os consumidores instalem pequenos
geradores em suas unidades consumidoras e injetem a energia excedente na rede em troca
de créditos (sistema de net metering), que poderão ser utilizados em um prazo de 36 meses.
(EPE 2014) Caso a energia injetada na rede seja superior à consumida, cria-se um “crédito
de energia” que não pode ser revertido em dinheiro, mas pode ser utilizado para abater o
consumo da unidade consumidora nos meses subsequentes
Em novembro de 2015 a ANEEL publicou a Resolução Normativa nº 687/2015
revisando a Resolução Normativa nº 482/2012. Na revisão, o prazo de validade dos créditos
passou de 36 para 60 meses, e estabeleceu as modalidades de autoconsumo remoto e
geração compartilhada: abrindo as portas para a geração em terrenos afastados do local de
consumo (mas ainda na área da mesma distribuidora) e para vizinhos que queiram participar
do sistema de compensação de energia; (ANEEL 2015)
A REN 687/2015 define:
I - micro geração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada menor ou igual a 75 kW e que utilize cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras; II - mini geração distribuída: central geradora de energia elétrica, com potência instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 3 MW para fontes hídricas ou menor ou igual a 5 MW para cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, ou para as demais fontes renováveis de energia elétrica, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;
A geração solar fotovoltaica se dá sob as vertentes centralizada e distribuída. Na
primeira, a usina solar tem grande escala e está conectada, em geral, a uma linha de
transmissão que leva a energia elétrica até a rede da distribuidora para então alcançar o
consumidor. Já na segunda vertente, alvo do presente estudo, a usina de menor escala
(estabelecimentos comerciais e residenciais de pequeno/médio porte) está conectada
diretamente à rede da distribuidora, onde se dá o consumo, sendo o último o caso da micro
e mini geração distribuídas.
A entrada em vigor da REN 482/2012 em 17/04/2012 veio prover o devido respaldo
regulatório, até então ineficaz, ao acesso de micro geração e mini geração distribuída aos
sistemas de distribuição de energia elétrica.
1.4. A ENERGIA SOLAR
O sol, a aproximadamente 149.600.000 km de distância, é a estrela mais próxima da
Terra, e em cujo núcleo ocorre geração de energia através de fusão nuclear. A fusão nuclear
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é um processo no qual dois núcleos se combinam para formar um único núcleo, mais pesado
(maior número atômico), liberando uma enorme quantidade de energia.
A energia solar que incide sobre o planeta pode ser aproveitada de forma direta como
fonte de energia térmica (para aquecimento de ambientes e fluidos) ou convertida
diretamente em energia elétrica, por meio da heliotermia (ou Concentrating Solar Power -
CSP) ou do efeito fotovoltaico.
A radiação solar que atinge a atmosfera terrestre pode ser decomposta, para fins de
análise, de diferentes formas. Para o aproveitamento fotovoltaico, a de maior interesse é a
Irradiação Global Horizontal (GHI), que quantifica a radiação recebida por uma superfície
plana horizontal, composta pela Irradiação Difusa Horizontal (DIF) – parcela dispersa e
atenuada por reflexões em nuvens, poeira, vapor d´água e outros elementos em suspensão
na atmosfera - e pela Irradiação Normal Direta (DNI)- parcela que atinge o solo diretamente,
sem reflexões. Em dias nublados, a principal parcela é a DIF, enquanto que em dias claros
prevalece a DNI. Para a geração heliotérmica, a DNI é a parcela de maior importância. (EPE
2012)
No caso da heliotermia, é o processo de geração indireta de eletricidade a partir dos
raios solares. Indireta porque, antes de virar energia elétrica, o calor do sol é captado e
armazenado para, depois, ser transformado em energia mecânica e, por fim, em eletricidade.
Esse processo consiste em refletir sobre um coletor a radiação solar incidente em uma área
específica, onde um fluido circulante é aquecido. O calor absorvido pelo fluído é
transformado em energia mecânica por meio de uma turbina a vapor, que então converte-se
em elétrica por meio de um gerador que se acopla a mesma turbina.
Figura 7 - Ciclo heliotérmico simplificado.
Fonte: Plataforma Online de Energia Heliotérmica (2016)
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Já no efeito fotovoltaico, o raio solar é transformado em eletricidade em uma célula
fotovoltaica, fabricada com materiais chamados de semicondutores. O mais utilizado é o
silício. A luz solar é pura energia, composta de pequenos elementos denominados fótons.
Quando os fótons atingem a célula fotovoltaica, parte deles é absorvida. Esses fótons
despertam os elétrons do material semicondutor, gerando assim eletricidade. Quanto maior
a intensidade da luz solar, maior o fluxo da eletricidade.
A eletricidade gerada pelas células está em corrente contínua, que pode ser
imediatamente usada ou armazenada em baterias. Em sistemas conectados à rede, a
energia gerada precisa passar por um equipamento chamado inversor, que irá converter a
corrente contínua em alternada com as características (frequência, conteúdo de harmônicos,
forma da onda, etc.) necessárias para atender as condições impostas pela rede elétrica
pública. Assim, a energia que não for consumida pode também ser lançada na rede.
Figura 8 - Ciclo fotovoltaico simplificado.
Fonte: Soliclima (2016)
A eficiência da célula ou do painel fotovoltaico é definida, em condições de referência
(“Standard Test Conditions – STC”), pela relação entre a potência máxima de saída da célula
normalizada pela área da célula em m2 e o padrão de 1.000W/m2, a 25°C.
Os dois fatores principais que afetam a eficiência da conversão são a temperatura
ambiente de operação e a intensidade da irradiação solar incidente sobre a célula. Este
último fator e afetado tanto pela nebulosidade local quanto pelo angulo de inclinação da
célula em relação ao sol. A eficiência da conversão se reduz ao longo da vida útil das células
a taxa próxima de 1% ao ano.
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1.5. TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS
As tecnologias fotovoltaicas podem ser classificadas como de primeira geração
(silício mono e poli cristalino), segunda geração (silício amorfo e filme fino) ou terceira
geração (concentrador fotovoltaico).
O silício é o segundo elemento mais abundante no planeta Terra, atrás apenas do
oxigênio. Nos últimos 30 anos o silício cristalino tornou-se a tecnologia mais amadurecida e
de maior escala comercial, sendo a matéria-prima mais utilizada pela indústria na fabricação
das células fotovoltaicas.
Basicamente, as células de silício cristalino (c-Si), chamadas de primeira geração,
podem ser de dois tipos:
i. Monocristalino (m-Si): Tecnologia mais antiga no mercado e de maior eficiência (16-
22%). Para fabricação de uma célula fotovoltaica desse grupo é necessário que o silício
tenha 99,9999% de grau de pureza. A obtenção desse tipo de silício é mais cara do que a
do silício poli cristalino, porém tem-se maior eficiência na conversão. (EPE 2012). Este tipo
de silício é usado somente em aplicações que necessitem da alta eficiência oferecida por
esta tecnologia, uma vez que o alto rigor do processo de fabricação resulta em elevados
custos de produção.
ii. Poli cristalino (p-Si): células de menor eficiência em relação ao m-Si (14-18%),
formadas por diversos cristais, que são fundidos e posteriormente solidificados
direccionalmente. As técnicas de fabricação de células poli cristalinas são basicamente as
mesmas de fabricação das células monocristalinas. É requerido, porém, menor gasto de
energia e também menor rigor no controle do processo de fabricação (EPE 2012)
As células ditas de segunda geração são as de filme fino, que permitiram o
desenvolvimento de módulos flexíveis, cujas superfícies curvas aumentam a versatilidade e
capacidade de integração arquitetônica. Podem ser de três tipos:
i. Silício amorfo (a-Si): O silício amorfo é obtido pela deposição de uma fina camada
de silício sobre vidro ou metal. Este tipo de silício é bem mais barato do que os outros dois
citados, porém apresenta eficiência inferior, com recorde de 12,5%. Em comparação com
outras tecnologias, ela pode ser mais vantajosa em países de clima quente como o Brasil,
pois não apresenta redução na potência com o aumento da temperatura de operação.
(América do Sol 2016)
ii. Telureto de cádmio (CDTE): São mais baratas que as células de silício cristalino e
mais eficientes que as de silício amorfo (10-11%). Entretanto, a baixa disponibilidade e a
toxidade do cádmio que, como o mercúrio, pode se acumular na cadeia de alimentos, são
as principais desvantagens.
12
iii. Disseleneto de cobre (Gálio) e índio (CIS E CIGS): são células geradas a partir de
compostos baseados no disseleneto de cobre e índio (CIS) e disseleneto de cobre, gálio e
índio (CIGS). Possuem a maior eficiência dentre as de segunda geração (7-12%), mas seu
complexo processo de fabricação eleva seu preço. Assim como o CDTE, possuem menor
disponibilidade na natureza elevada toxicidade.
Já as células de 3ª geração compreendem tecnologias emergentes, cuja aplicação
comercial é ainda embrionária. Elas são principalmente de dois tipos: orgânicas (OPV, sigla
em inglês paraorganic photovoltaic) ou sensibilizadas por corantes (DSSC, acrônimo em
inglês dedye-sensitized solar cell). As células OPV levam esse nome porque usam materiais
semicondutores à base de carbono para fazer a conversão de energia luminosa em elétrica.
Esse tipo de célula apresenta eficiência de até 12%.
Já as DSSC funcionam através de uma reação química de oxidação-redução. As
células ativadas por corantes absorvem a radiação solar, permitindo o fenômeno da
separação das cargas (positivas e negativas) para a produção de energia. Nem as células
orgânicas nem as híbridas são comercializadas em larga escala no mundo. Estima-se que
serão necessários pelo menos mais três anos para que isto ocorra. (VASCONCELOS, Y.
2013)
A organização European Photovoltaic Industry Association (EPIA) prevê que as
tecnologias emergentes de 3ª geração já respondam por 6% do mercado em 2020 ao passo
que as de 1ª e 2ª geração acumulariam 61% e 33% de participação respectivamente.
Figura 9 - Evolução histórica da participação de mercado das tecnologias.
Fonte: EPIA e Greenpeace (2011).
13
1.6 PANORAMA GLOBAL X BRASILEIRO DO MERCADO FOTOVOLTAICO
Estudos revelaram que, em cada instante, a superfície da terra recebe
aproximadamente 1,8x10¹¹ MW de potência da radiação solar, o que corresponde a muito
mais do que o consumo global de energia, que gira em torno de 1,23 x 10¹º MW. (SENOL, M.
et al 2016)
Dados da Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21 2016), a
capacidade instalada de geração fotovoltaica mundial que era de 4,6 GW em 2006, passou
para 40.0 GW em 2010 e atingiu a expressiva marca de 227 GW em 2015.
Figura 10 - Evolução capacidade instalada FV acumulada em GW.
Fonte: REN21 (2016).
O crescimento médio anual no período 2005-2015 atingiu 35%, muito em função de
programas governamentais de estímulo à adoção dessa fonte (com destaque para o
Renewable Energy Sources Act, programa alemão de incentivo às fontes renováveis lançado
em 2000 que manteve o país à liderança global em capacidade instalada com 39 GW até
2015, ano em que foi ultrapassado pela China).
Na grande maioria dos países o setor fotovoltaico foi (ou ainda é) fortemente
orientado por políticas públicas de fomento, de modo que o retrato do mercado mundial é
altamente correlacionado com o enfraquecimento, modificação ou aprofundamento do uso
de incentivos públicos.
De fato, o declínio do apoio político recente levou mercados já maduros em vários
países europeus (Alemanha, Itália, França e Espanha, por exemplo) a apresentarem
redução ou crescimento mais lento em 2015, enquanto que a implementação de novas
políticas de tarifa feed-in levou a um expressivo aumento dos mercados de outros países,
especialmente asiáticos (como China e Japão).
14
Figura 11 - Evolução capacidade instalada FV acumulada por país.
Fonte: REN21 (2016).
Figura 12 - Capacidade instalada FV por país, em 2015.
Fonte: REN21 (2016).
Apesar de apresentar queda em sua participação de 70% em 2012 para 59% em
2013 e 42% em 2015, a Europa ainda é líder em capacidade instalada com 95 GW, seguida
pela Ásia com 83 GW e Américas com 26 GW.
Do ponto de vista estratégico, o Brasil possui uma série de características naturais
favoráveis, tais como, altos níveis de insolação e grandes reservas de quartzo de qualidade,
que podem gerar importante vantagem competitiva para a produção de silício com alto grau
de pureza, células e módulos solares, produtos estes de alto valor agregado. (EPE 2012)
A irradiação média anual no Brasil varia entre 1.200 e 2.400kWh/m2/ano (Figura 15),
valores que são significativamente superiores a maioria dos países europeus, cujas
estatísticas indicam intervalos entre 900 e 1.250kWh/m2/ano na Alemanha, entre 900 e
1.650kWh/m2/ano na Franca e entre 1.200 e 1.850kWh/m2/ano na Espanha. (EPE 2012)
15
Figura 13 - Mapa de irradiação solar.
Fonte: SolarGIS (2015)
Como ordem de grandeza do potencial energético solar brasileiro, segundo
estimativa da Empresa de Pesquisa Energética (EPE 2012), o consumo do sistema
interligado verificado em 2011 seria totalmente atendido com o recobrimento de uma área
de 2.400km2, pouco mais que a metade da área do município de Salvador-BA, com painéis
fotovoltaicos numa região com insolação media da ordem de 1.400 kWh/m2/ano.
Entretanto, estimativas mais recentes no Balanço Energético Nacional (EPE 2016)
descrevem um ainda acanhado mercado no Brasil, com apenas 21 MW de capacidade
instalada e em sua maioria localizada em lugares remotos não cobertos pelo sistema
interligado. Não obstante, o potencial de crescimento do mercado nacional é promissor,
maior até do que o apresentado pelos países líderes no uso dessa fonte.
1.7 MODELOS DE INCENTIVOS GOVERNAMENTAIS
Em nenhum pais, no continente europeu, a energia elétrica gerada a partir de
sistemas fotovoltaicos atingiu paridade com as tarifas praticadas pelas concessionárias. Em
2012, o custo médio da geração fotovoltaica residencial foi estimado em USD 0,30 por KWh
enquanto a tarifa residencial media, estava com media avaliada em USD 0,1 por KWh, ou
seja, cerca de 60% menor do que o custo de geração solar.
16
Figura 14 - Custo Médio da Eletricidade por fonte.
Fonte: IRENA (2014)
Uma vez que gerar energia a partir da luz solar é tão caro e desinteressante para o
investidor privado, é justificável questionar o como foi feito para que países como a
Alemanha, Itália, Espanha, EUA e China tenham instalado uma potência considerável nos
últimos anos, e o mais importante, tendo a maior parte desse potencial sido instalado com
investimento privado, mostrando que se trata de um investimento lucrativo. (RIBEIRO, U.
2012)
O que aconteceu nestes países foi a intervenção do governo, através de ações
positivas para o mercado fotovoltaico com o intuito de auxiliá-lo a se desenvolver até que
este seja capaz de manter-se por conta própria. Os instrumentos de incentivo à adoção de
fontes renováveis/fotovoltaicas são variados, havendo grandes diferenças entre os sistemas
criados em um país ou no outro.
O Feed in Tariff é o mecanismo de incentivo mais difundido e adotado em todo o
mundo, com uma quota de mercado aproximadamente 58% em 2014 (IEA 2015). Subsídios
diretos e reduções de impostos estão em segundo lugar, com uma quota de 16,1%, seguido
por net-metering com 16%, conforme a figura 17.
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Figura 15 - Distribuição de incentivos à geração FV, 2014.
Fonte: IEA (2015)
É importante destacar que os mecanismos utilizados para incentivar a geração solar
fotovoltaica não se restringem a esses sistemas, tendo cada país utilizado uma receita
própria de combinações de diversos incentivos. Abaixo verificam-se as práticas utilizadas
em países com destaque na capacidade instalada mundial:
Quadro 1 - Mecanismos de incentivo à geração solar em 2015.
Fonte: Elaboração Própria
1.7.1 Feed In Tariff
Este programa é o principal instrumento de incentivo às tecnologias renováveis
conectadas à rede na Europa, sendo em alguns países, aplicada não somente para o caso
da geração fotovoltaica, mas também para a eólica e a biomassa.
O feed in tariff (FiT), em linhas gerais, consiste no pagamento de uma tarifa
(usualmente com valores acima das tarifas finais de energia), pelas concessionárias de
energia locais, para a geração de energia produzida pelas instalações de energia solar, este
valor é chamado de buy-back rate. Os preços pelos quais o kWh é comprado variam de um
país para o outro, respeitando as tarifas locais, o local em que o gerador distribuído é
instalado, seja na ponta ou na base, as tarifas sazonais e a agressividade do programa em
cada país.
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Nos locais onde o incentivo é mais incisivo, o buyback rate chega a ser até dez vezes
ao que seria pago pela energia convencional, e em alguns casos a empresa operadora da
rede é obrigada a comprar a totalidade da energia gerada pelo consumidor, e não somente
a quantidade injetada na rede. O custeio dessa tarifa em geral é assumido pelos tesouros
nacionais (modelo espanhol) ou rateado por todos os consumidores de energia (modelo
alemão). (ESPOSITO, A.; FUCHS, P. 2013)
A eletricidade produzida pelo sistema FV e injetada na rede é paga a um preço pré-
definido e garantido por um período fixado de tempo. Os exemplos mais bem-sucedidos de
FiT podem ser encontrados na China, Alemanha, Itália (até 2013) e Japão, para mencionar
alguns.
O principal objetivo é estimular o crescimento do mercado fotovoltaico, reduzindo o
payback time do investimento, com o pagamento das taxas especiais. Esta, inclusive, pode
permitir não só a redução da conta de luz como também lucro, no médio a longo prazo.
A tarifa feed-in oferece três tipos de benefícios financeiros (ALVES, C. 2014):
Compensação monetária (tarifa) por toda a energia produzida pelo sistema FV,
independentemente desta ser consumida localmente ou ser exportada para a rede.
Compensação monetária (tarifa) pela energia exportada para a rede elétrica (caso
haja mais produção que consumo).
Compensação monetária (tarifa) pelo autoconsumo da energia produzida. Os
mecanismos FiT são bem conhecidos pelo seu sucesso no desenvolvimento das energias
renováveis em larga escala, principalmente na Alemanha - onde foram introduzidos pela
primeira vez -, Dinamarca e Espanha. A grande vantagem deste sistema, do ponto de vista
do produtor FV, é a certeza com que este receberá suporte financeiro a longo prazo, o que
reduz consideravelmente os riscos de investimento nesta tecnologia (POULLIKKAS, 2013)
A Alemanha adotou o mecanismo de Feed-in Tariffs em 2000, e logo se tornou um
dos principais mercados para a indústria fotovoltaica mundial. Em 2015 a produção
fotovoltaica alemã gerou 38.5TWh e representou 7.5% de todo consumo líquido de
eletricidade do país. (WIRTH, H. 2016). Além disso, em 2012, o consumo de 28TWh de
energia FV evitou a emissão de 18,6 milhões de toneladas de equivalentes de CO2.
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Figura 16 - Distribuição do consumo líquido de eletricidade - Alemanha 2015.
Fonte: Fraunhofer ISE (2016)
1.7.2 Net Metering
O net metering consiste numa política energética de incentivo à geração
descentralizada, baseada na aplicação de um medidor bidirecional capaz de medir o fluxo
total de energia dentro de um período, permitindo ao consumidor compensar parte ou a
totalidade dos seus consumos, através da energia produzida pelos seus sistemas
fotovoltaicos.
Créditos são acumulados nas concessionárias quando há excedentes de energia
(geração solar supera consumo local). Débitos são acumulados quando o inverso ocorre (o
consumo local supera a geração solar). Há um balanço realizado pelas concessionárias no
momento do faturamento das contas de energia, no qual créditos acumulados compensam
débitos.
O Net Metering representa uma ótima solução para incentivar os consumidores a
investir em geração, já que se trata de um modelo com baixíssimo custo de aplicação. Esse
modelo de comercialização de energia é o que predomina nos EUA e o que foi
regulamentado no Brasil por meio da Resolução ANEEL REN 482/2012.
1.7.3 Incentivos Financeiros
Os incentivos financeiros são um dos principais meios de incentivo para a energia de
origem solar fotovoltaica, estes são representados tanto pela obtenção de crédito em linhas
especiais, quanto pela redução de impostos.
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Os créditos tributários podem ser considerados da mesma forma que os subsídios
diretos uma vez que permitem reduzir o investimento PV inicial. Os créditos tributários foram
utilizados em uma grande variedade de países, desde Canadá, EUA, para a Bélgica (até
2011), Suíça, França, Japão, Holanda e outros.
No Brasil, regionalmente, medidas de estímulo à expansão da matriz fotovoltaica vêm
sendo tomadas por diversos Estados. Em 2015 o CONFAZ (Conselho Nacional da Política
Fazendária - Ministério da Fazenda) através do Ajuste SINIEF 2, revogou o Convênio que
orientava a tributação da energia injetada na rede. Cada estado passou a decidir se tributa
ou não a energia solar que é injetada na rede da distribuidora.
Essa postura foi adotada inicialmente pelos Estados de São Paulo, Goiás e
Pernambuco, e posteriormente por Rio Grande do Norte, Ceará e Tocantins, incluídos pelos
Convênios nº 44/15 (em 3/6/2015) e nº 52/15 (em 30/6/2015). Mais tardiamente (em 18 de
dezembro de 2015), por meio do Convênio ICMS 157/15, os Estados de Acre, Alagoas,
Minas Gerais, Rio de Janeiro e do Rio Grande do Sul foram incluídos nas disposições do
Convênio ICMS 16/15.
CONVÊNIO ICMS 157, DE 18 DE DEZEMBRO DE 2015, publicado no DOU de
22.12.15, pelo Despacho 240/15:
Dispõe sobre a adesão dos Estados de Acre, Alagoas, Minas Gerais1, Rio de Janeiro, e Rio Grande
do Sul ao Convênio ICMS 16/15, que autoriza a conceder isenção nas operações internas relativas à
circulação de energia elétrica, sujeitas a faturamento sob o Sistema de Compensação de Energia
Elétrica de que trata a Resolução Normativa nº 482, de 2012, da Agência Nacional de Energia Elétrica
- ANEEL.
2. MODELAGEM DA VIABILIDADE ECONÔMICO-FINANCEIRA
Inegavelmente, o cenário recente do setor elétrico brasileiro, com baixos níveis nos
reservatórios e acionamento perene das usinas termelétricas a fim de suprir a demanda,
indicou um aumento substancial das condições de viabilidade da adoção da alternativa
fotovoltaica. Dados divulgados pela Federação das Indústrias do Estado do Rio de Janeiro
(FIRJAN) em maio de 2015 demonstram que o custo da energia para a indústria no Brasil é
194% superior à média do custo Alemanha e 161% acima da média chinesa, países com
maior capacidade instalada de geração FV, além de atualmente termos a energia mais cara