A ENERGIA DO PRESENTE E DO FUTURO - SISTEMAS FOTOVOLTAICOS APLICADOS NA PRODUÇÃO SUSTENTÁVEL E EM SISTEMAS FLUTUANTES
*ANA CAROLINA CORTEZ LEMOS
**JOAQUIM PAULO DA SILVA
***TATIANA CARDOSO E BUFALO
O aumento da conscientização ambiental tem levado a uma busca por fontes de energia alternativas, sustentáveis e renováveis. Esta revolução renovável tem a premissa de superar os grandes desafios de sustentabilidade, custo, segurança e flutuações de preços de mercado enfrentados pelos processos de geração de energia convencionais.
A energia solar, recurso energético renovável, oferece uma fonte limpa para geração de energia elétrica com zero emissão de gases de efeito estufa para a atmosfera. No entanto, sua contribuição para a demanda energética global ainda é mínima e enfrenta diversos desafios econômicos e ambientais: para suprir a carência mundial, grandes áreas de superfície são necessárias devido à natureza relativamente difusa da energia solar. Grande parte dessa necessidade pode ser remediada a partir de Sistemas Fotovoltaicos Integrados aos Edifícios (Building-Integrated Photovoltaics, BIPV) e as fazendas solares.
O conceito BIPV propõe a integração arquitetônica entre a estrutura de uma construção e o sistema de energia solar fotovoltaica, com a premissa das edificações gerarem a própria energia de forma arrojada e sustentável, ao passo que as fazendas solares são grandes extensões territoriais dotadas de placas fotovoltaicas que realizam a captação e conversão da radiação solar em energia elétrica, e realizam sua distribuição para residências e estabelecimentos comerciais.
No entanto, o uso de grandes extensões de terras para fazendas solares incita conflitos terra-energia por recursos terrestres para produção de alimentos. Diante deste cenário dicotômico, os conceitos de sistemas agrovoltaicos e sistemas fotovoltaicos flutuantes se apresentam como soluções inovadoras emergentes, capazes de garantir fontes de energia futuras confiáveis, acessíveis e sustentáveis.
Sistemas agrovoltaicos consistem essencialmente no emprego concomitante de uma mesma área para desenvolvimento de energia solar fotovoltaica e agricultura convencional. O precursor do sistema agrovoltaico é o sistema agroflorestal, que envolve o consórcio entre culturas agrícolas e espécies arbóreas, otimizando o uso da terra ao aliar preservação ambiental e produção de alimentos. De forma análoga, o sistema agrovoltaico utiliza o espaço entre as fileiras de placas fotovoltaicas para culturas agrícolas.
A instalação de painéis solares elevados e inclinados sobre a terra promove uma captura efetiva da radiação solar, ao passo que permite que uma parte da radiação solar atinja o solo – local onde a atividade agrícola deve ser integrada. A eletricidade gerada por este sistema pode satisfazer as necessidades energéticas da cultura agrícola, mitigando o antagonismo terra-energia, criando uma relevante oportunidade para a sustentabilidade. As culturas agrícolas mais adequadas para este sistema são aquelas bem adaptadas ao cultivo com insolação reduzida, tais como centeio, cevada, aveia, beterraba sacarina.
Uma solução inovadora para a instalação de painéis solares sem o comprometimento de áreas de cultivo alimentar são as usinas solares flutuantes. Literalmente instaladas em plataformas aquáticas, são sistemas sustentáveis projetados para a produção de grande quantidade de energia elétrica, e apresentam eficiência superior às usinas fotovoltaicas terrestres, uma vez que a água auxilia o resfriamento dos painéis, melhorando seu desempenho.
O sombreamento sobre as águas causados pelas usinas solares flutuantes são capazes de reduzir sua evaporação, o que pode ser vantajoso para locais que sofrem com os períodos de seca, além de controlar o crescimento de algas, uma vez que sua fotossíntese fica comprometida com a falta de luz solar, melhorando a qualidade da água. A energia elétrica obtida por este sistema é renovável, ecologicamente correta e sustentável, apresentando uma longa vida útil.
As usinas solares flutuantes têm, portanto, a premissa de sanar as demandas por energia mantendo a terra para fins agrícolas e abrigo. Corpos d'água que não são usados para recreação ou turismo, como estações de tratamento de águas residuais, tanques de peixes, reservatórios hidrelétricos, tanques industriais e lagoas, são ideais para sua aplicação. Existem, ainda, protótipos de módulos fotovoltaicos baseados em filmes finos localizados em águas profundas (submerso) e rasas (semi-submerso), apontados como uma solução para a limpeza dos painéis, redução de perdas por reflexão e melhorando sua eficiência pela eliminação da deriva térmica (efeito da temperatura na célula solar). A coleta de energia solar em mares e oceanos, embora sofra com as intempéries das altas ondas, vento e corrosão pela água salgada, é uma aplicação possível para as usinas solares flutuantes, haja vista a densidade populacional vivendo nas proximidades de uma costa.
A integração entre um sistema fotovoltaico (terrestre ou flutuante) e outras fontes de energia renováveis ou convencionais são chamados de energia híbridas ou associadas, e têm o pressuposto de melhorar o desempenho do sistema, aumentando sua densidade de energia. Projetos-pilotos com a hibridização das usinas solares terrestres ou flutuantes e hidrelétricas buscam aproveitar sua natureza complementar: durante os períodos de seca os recursos hidrelétricos podem ser poupados, aumentando o armazenamento de água ao aproveitar os recursos solares. Já nos períodos chuvosos, nos quais os recursos solares são reduzidos, os recursos hidrelétricos suprem a carência solar.
No Brasil, o cenário é bastante promissor, e conta com a recente regulamentação da implantação de centrais geradoras híbridas e associadas aprovada pela Aneel (Agência Nacional de Energia Elétrica) em sua Resolução Normativa 954, com vigência a partir de janeiro de 2022, na qual estão estabelecidas as regras para outorga, contratação do uso dos sistemas de transmissão, tarifação dos empreendimentos e descontos nas tarifas de uso. A previsão é a de que as energias renováveis serão as principais beneficiadas com a regulamentação, com potencial aumento de produtividade.
Em suma, uma revolução renovável mundial está em curso, na qual tecnologias de integração entre sistemas fotovoltaicos com agricultura sustentável e sistemas de geração de energia elétrica híbridos são inovações que compõem o estado da arte global das fontes de energia alternativas, sustentáveis e renováveis.
*ANA CAROLINA CORTEZ LEMOS
Doutora em Engenharia de Biomateriais
**JOAQUIM PAULO DA SILVA
Doutor em Engenharia Elétrica
***TATIANA CARDOSO E BUFALO
Doutora em Física Teórica
Referências
[1] TAWALBEH, Muhammad et al. Environmental impacts of solar photovoltaic systems: A critical review of recent progress and future outlook. Science of The Total Environment, v. 759, p. 143528, 2021.
[2] MEINARDI, Francesco; BRUNI, Francesco; BROVELLI, Sergio. Luminescent solar concentrators for building-integrated photovoltaics. Nature Reviews Materials, v. 2, n. 12, p. 1-9, 2017.
[3] DINESH, Harshavardhan; PEARCE, Joshua M. The potential of agrivoltaic systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 54, p. 299-308, 2016.
[4] MEITZNER, Rico; SCHUBERT, Ulrich S.; HOPPE, Harald. Agrivoltaics—the perfect fit for the future of organic photovoltaics. Advanced Energy Materials, v. 11, n. 1, p. 2002551, 2021.
[5] LEE, Nathan et al. Hybrid floating solar photovoltaics-hydropower systems: benefits and global assessment of technical potential. Renewable Energy, v. 162, p. 1415-1427, 2020.
[6] SOLOMIN, Evgeny et al. Hybrid floating solar plant designs: a review. Energies, v. 14, n. 10, p. 2751, 2021.
[7] ANEEL. Resolução Normativa nº 954/2021.