A geração fotovoltaica, cujos custos vêm diminuindo gradativamente, pode vir a tornar-se um forte competidor da bioeletricidade por cogeração em usinas de canaNo Brasil os biocombustíveis e a eletricidade deveriam andar juntos, pois constituem uma sinergia e uma complementariedade perfeita. Apesar da temática de custos e competitividade ser essencial, as políticas públicas são fundamentais para que determinada tecnologia ocupe maior espaço na matriz de oferta de eletricidade.
No Brasil, historicamente, a eletricidade é lastreada em geração hidroelétrica. Mais recentemente, e especialmente ao abrigo do PROINFA, fontes alternativas foram privilegiadas para participar do fornecimento de eletricidade.
Entretanto, a falta de uma política pública de longo prazo tem gerado distorções importantes.
por Décio Gazzoni
Há 10 anos teve início um movimento global em prol da introdução acelerada de energias renováveis na matriz energética mundial, redundando em investimentos setoriais crescentes, conforme exposto na Figura 1.
Observa-se uma acentuada taxa de acréscimo dos investimentos anuais desde 2004, com exceção dos anos de 2009 e 2012, nos quais os investimentos sofreram retração em quase todos os setores da economia, em função da crise financeira. A previsão é de retomada do ciclo a partir de 2013, com investimentos estimados de cerca de US$290 bilhões.
Biocombustíveis e eletricidade são os principais portadores da nova energia e, no caso do Brasil, deveriam andar juntos, pois constituem uma sinergia e uma complementariedade perfeita. Apesar da temática de custos e competitividade ser essencial, as políticas públicas são fundamentais para que determinada tecnologia ocupe maior espaço na matriz de oferta de eletricidade. No Brasil, historicamente, a eletricidade é lastreada em geração hidroelétrica. Mais recentemente, e especialmente ao abrigo do Proinfa, fontes alternativas foram privilegiadas para participar do fornecimento de eletricidade.
Entretanto, a falta de uma política pública de longo prazo que objetive garantir o suprimento de energia limpa, acorde com a demanda prevista para o Brasil, tem gerado distorções importantes. Uma delas, a mais séria, é a utilização crescente das termoelétricas a energia fóssil, que foram projetadas para serem back ups operacionais do sistema, devendo ser acionadas somente em caso de emergência. Em junho de 2013, acima de 20% do fornecimento de eletricidade foi proveniente de termoelétricas movidas a energia fóssil, gerando custos adicionais superiores a R$2 bilhões/mês ao governo, comparativamente à geração hidroelétrica. O acionamento das termoelétricas reflete a falta de investimento em eletricidade nova, o que, acoplado ao envelhecimento das linhas de transmissão, deixa o Brasil em uma situação muito crítica em termos de assegurar a energia necessária para alicerçar seu desenvolvimento econômico.
Além de hidroelétricas, a eletricidade renovável pode ser obtida de diversas formas, o que inclui aproveitamento do vento, sol, ondas, marés, fontes termais e biomassa. Termoelétricas a biomassa tanto podem ser abastecidas por florestas plantadas, notadamente eucalipto, por resíduos agroindustriais (restos de madeira, serragem, palha), quanto por cogeração, cujo exemplo didático é a queima de bagaço nas usinas de cana.
A redução de custos da geração fotovoltaica não embute segredos, simplesmente segue a clássica tríade inovação, política pública e escala. Investimentos portentosos em pesquisa e desenvolvimento foram realizados na última década, provocando avanços tecnológicos que rapidamente chegaram à etapa industrial. Por sua vez, países grandes consumidores de energia, como a China, ou com forte dependência do exterior, como EUA, Japão e Alemanha, investiram em geração fotovoltaica, provocando uma queda generalizada do custo dos painéis fotovoltaicos.
A produção de energia solar ou fotovoltaica cresce globalmente em ritmo muito acelerado, em torno de 50% por ano, mas sua presença na matriz energética mundial ainda é baixa (1%), sendo ainda menor no Brasil (0,01%). Segundo a Agência Internacional de Energia, a capacidade instalada de geração fotovoltaica global atingiu 100GW em 2012, o equivalente a sete hidrelétricas de Itaipu. A previsão é atingir 150GW neste ano e superar 2.500GW em 2020.
O desenvolvimento tecnológico de energia solar está recebendo investimentos crescentes. No caso de energia fotovoltaica, há uma vantagem incomensurável em relação à pesquisa com biocombustíveis. Enquanto esta última é quase toda baseada em biologia, a fotovoltaica repousa em física e química. A diferença é que a biologia tem seu próprio tempo, o tempo de plantar, o tempo de crescer e o tempo de colher. Não há como acelerar o relógio biológico. Já em química e física, um laboratório muito bem equipado pode ser usado por diferentes grupos de pesquisa, 24 horas por dia, 7 dias por semana. Conclusão: a velocidade das inovações tende a ser maior.
Por exemplo, as células de silício de primeira geração ainda estão em uso, mas foram superadas pelas de filmes finos inorgânicos, de segunda geração, que equipam as novas plantas ao redor do mundo, em poucos anos. Mas universidades, institutos de pesquisa públicos e privados, de vários países, inclusive do Brasil, já trabalham no desenvolvimento da terceira geração, com perspectivas de custos de produção inferiores ao das lâminas de silício usadas atualmente nos módulos convencionais. A nova geração engloba dois grandes grupos: as orgânicas (OPV, do inglês organic photovoltaic) ou sensibilizadas por corantes (DSSC, do inglês de dye-sensitized solar cell).
As células OPV são equipadas com semicondutores de carbono, que convertem a radiação em eletricidade. Já as DSSC são chamadas de híbridas, utilizando substâncias orgânicas e inorgânicas colocadas entre duas lâminas de vidro. Este espaço é permeado por um eletrólito líquido, normalmente uma solução de um sal de iodo, e geram energia através de uma reação química de oxidação-redução. Elas absorvem a radiação solar, permitindo o fenômeno da separação das cargas (positivas e negativas) para a produção de energia. Estima-se que, entre 2015 e 2016, os primeiros projetos comerciais equipados com estas tecnologias possam ser implantados.
No Brasil, o Grupo de Eletrônica Orgânica do Centro de Tecnologia da Informação (CTI) Renato Archer, de Campinas produziu protótipos de células flexíveis, com 60 por 40 milímetros de área, usando pontos quânticos. O grupo persegue o aumento da eficiência de conversão das novas células solares com aditivos funcionais, novas técnicas de fabricação por processamento contínuo (roll-to-roll) e a produção de eletrodos transparentes de nanotubos de carbono.
No setor privado, as empresas Dye-Sol (Austrália) e G24 Innovations (Grã-Bretanha), são líderes em desenvolvimento de células sensibilizadas por corantes (DSSC). Já a companhia Heliatek e o Instituto Fraunhofer para a Pesquisa Aplicada de Polímeros (IAP), ambos da Alemanha, encabeçam as pesquisas na área de OPV. No Brasil, existem duas empresas desenvolvendo células de terceira geração: a FlexSolar (Joinville) em parceria com o Instituto Fraunhofer (Alemanha); e a Tezca Células Solares (Campinas), que já desenvolveu em laboratório vários protótipos de células DSSC, e tem planos para uma planta-piloto nos próximos meses.
Enquanto a geração hidroelétrica, de termoelétricas por biomassa ou geotérmica são tecnologias maduras, com capacidade de conversão de 90%, a geração solar concentrada está em 43% e a fotovoltaica em 17%. Isto indica que há um grande potencial de incremento de eficiência, por inovações tecnológicas que aumentem o seu fator de capacidade, o que está associado ao menor custo de geração, redundando em maior competitividade.
A fabricação com baixo consumo de energia e reduzido custo de manufatura são as principais vantagens das células de terceira geração, que também apresentam a vantagem do baixo custo de operação das células de primeira e segunda geração. O payback energético dos painéis fotovoltaicos de silício cristalino situa-se em torno de quatro anos, enquanto nos sistemas OPV o payback deve ser inferior a um ano, o que demonstra a maior sustentabilidade das novas células.
Outro diferencial da terceira geração é a possibilidade de fabricação de grandes painéis flexíveis, de plástico ou tecido, usando o mesmo princípio de impressão da indústria gráfica, o que possibilita produzir módulos solares leves, de forma e tamanho variável. Além disso, as células orgânicas e as sensibilizadas por corantes têm alta foto conversão usando luz artificial, possibilitando o seu emprego em ambientes internos de escritórios, fábricas e casas, o que significa regeneração ou reciclagem de energia.
Pelas suas características de leveza, flexibilidade e transparência, descortinam-se inúmeras aplicações para as células OPV e DSSC, cujo limite é a capacidade de imaginação do usuário. Elas podem ser usadas para recarregar baterias de equipamentos eletrônicos de baixa potência, como relógios, telefones celulares, câmeras fotográficas e tablets. Também podem ser integradas em fachadas, janelas ou claraboias de edificações – aplicação conhecida como building integrated photovoltaics (BIPV) – ou ainda em roupas especiais, jaquetas e mochilas, permitindo que o usuário colete energia enquanto se desloca. O Exército dos EUA pretende utilizar painéis flexíveis nas roupas dos soldados e em tendas de campo, para prover iluminação, energia para comunicação e recarga de equipamentos eletrônicos. Outra ideia é usar as OPVs no mobiliário urbano, como pontos de ônibus, em displays e outdoors de propaganda e sinalização ou fachadas de prédios e indústrias.
Programas como os existentes na Alemanha e Japão, de geração fotovoltaica distribuída, pelo qual qualquer cidadão pode implantar uma instalação de geração fotovoltaica (por exemplo, no teto da casa), para atender seu consumo, injetando o excedente na rede, fica muito facilitado pelas células de nova geração. Além do menor custo (portanto, menor tempo de payback), as células flexíveis e semitransparentes fornecem opções aos arquitetos para integrar o sistema de geração no projeto arquitetônico, gerando um visual mais agradável que as desajeitadas placas fotovoltaicas atuais.
Existe uma relação inversa entre tamanho da célula e eficiência de conversão, o que constitui um desafio para os projetos industriais. Em células pequenas (1 cm2), em condições de laboratório, é possível atingir a eficiência máxima de 25%. Entretanto, em painéis industriais de área maior, a eficiência de conversão cai acentuadamente. O baixo rendimento das células orgânicas se explica pela não absorção de luz na região do infravermelho, com comprimento de onda superior a 900 nanômetros, e por perdas de energia acarretadas por recombinação de cargas elétricas. Para contornar o problema, estão em andamento projetos de pesquisa de novos semicondutores orgânicos ou sistemas compósitos com nanomateriais.
Outro desafio é a reduzida vida das células de terceira geração, decorrente da presença de oxigênio ou umidade em seu interior. Com a incidência da luz, especialmente no comprimento de onda de UV, a presença de oxigênio e umidade propicia reações químicas com os semicondutores orgânicos, alterando a sua estrutura química e, consequentemente, sua funcionalidade e eficiência. A solução é mais fácil que a anterior, pois é possível fabricar as células OPV em atmosfera inerte, encapsulando-as em filmes impermeáveis.
Apesar de promissoras em laboratório, as células DSSC necessitam avançar em relação à confiabilidade, à durabilidade e ao processo de engenharia na construção. Para superá-los, projetos de pesquisa buscam sucedâneos do eletrólito líquido para evitar vazamentos. Igualmente são investigadas alternativas para materiais de alto custo, como o catalisador de platina e o rutênio, presentes no corante.
De acordo com especialistas, para que os painéis OPV se tornem comercialmente viáveis, é preciso atingir eficiência de conversão de 10% e 10 anos de vida útil, nas condições de campo, o que projeta o custo para US$100.000/MW instalado. Este valor representa uma redução brutal de custo, posto que, com os painéis solares atuais, o custo nos países que o utilizam, como a Alemanha, flutua em torno de U$1,5 milhão/MW instalado. A Tabela 2 apresenta os custos de instalação e de geração de eletricidade por fontes renováveis, os quais variam em função da escala do empreendimento, da localização geográfica, das políticas de incentivo, da capacidade de produção local ou dependência de importações.
No Brasil enfrentamos o permanente desafio de dispor de capacidade instalada suficiente para atender a demanda de pico, com folgas de oferta para evitar corte de fornecimento em decorrência de eventuais problemas operacionais. Entrementes, outro desafio que se impõe ao nosso país é o incentivo agressivo à consolidação e expansão da renovabilidade de nossa matriz energética.
O incentivo à geração de eletricidade por fontes renováveis, mantendo as termoelétricas movidas à energia fóssil na sua condição estratégica de back up emergencial, é uma estratégia vital para o país. Do ponto de vista das oportunidades comerciais, o sinergismo entre produção de biocombustíveis e de bioeletricidade deve ser vislumbrado com muita atenção pelos formuladores de políticas públicas, para garantir o fluxo de investimentos para este dueto. Assim mesmo, é importante que o setor analise com cuidado as perspectivas de médio prazo, pois o dinamismo de outras fontes geradoras, como eólica e fotovoltaica, são potenciais ameaças à cogeração de bioeletricidade. Em particular, o potencial de inovações em energia fotovoltaica, aumentando a eficiência e reduzindo custos de instalação e geração, devem induzir movimentos de ganhos de eficiência por inovação e gestão nas usinas de bioetanol, para garantir sua competividade face aos concorrentes na geração de energia renovável.
Décio Gazzoni
O autor é Engenheiro Agrônomo, pesquisador da Embrapa Soja.
No Brasil, historicamente, a eletricidade é lastreada em geração hidroelétrica. Mais recentemente, e especialmente ao abrigo do PROINFA, fontes alternativas foram privilegiadas para participar do fornecimento de eletricidade.
Entretanto, a falta de uma política pública de longo prazo tem gerado distorções importantes.
por Décio Gazzoni
Há 10 anos teve início um movimento global em prol da introdução acelerada de energias renováveis na matriz energética mundial, redundando em investimentos setoriais crescentes, conforme exposto na Figura 1.
Observa-se uma acentuada taxa de acréscimo dos investimentos anuais desde 2004, com exceção dos anos de 2009 e 2012, nos quais os investimentos sofreram retração em quase todos os setores da economia, em função da crise financeira. A previsão é de retomada do ciclo a partir de 2013, com investimentos estimados de cerca de US$290 bilhões.
Biocombustíveis e eletricidade são os principais portadores da nova energia e, no caso do Brasil, deveriam andar juntos, pois constituem uma sinergia e uma complementariedade perfeita. Apesar da temática de custos e competitividade ser essencial, as políticas públicas são fundamentais para que determinada tecnologia ocupe maior espaço na matriz de oferta de eletricidade. No Brasil, historicamente, a eletricidade é lastreada em geração hidroelétrica. Mais recentemente, e especialmente ao abrigo do Proinfa, fontes alternativas foram privilegiadas para participar do fornecimento de eletricidade.
Entretanto, a falta de uma política pública de longo prazo que objetive garantir o suprimento de energia limpa, acorde com a demanda prevista para o Brasil, tem gerado distorções importantes. Uma delas, a mais séria, é a utilização crescente das termoelétricas a energia fóssil, que foram projetadas para serem back ups operacionais do sistema, devendo ser acionadas somente em caso de emergência. Em junho de 2013, acima de 20% do fornecimento de eletricidade foi proveniente de termoelétricas movidas a energia fóssil, gerando custos adicionais superiores a R$2 bilhões/mês ao governo, comparativamente à geração hidroelétrica. O acionamento das termoelétricas reflete a falta de investimento em eletricidade nova, o que, acoplado ao envelhecimento das linhas de transmissão, deixa o Brasil em uma situação muito crítica em termos de assegurar a energia necessária para alicerçar seu desenvolvimento econômico.
Além de hidroelétricas, a eletricidade renovável pode ser obtida de diversas formas, o que inclui aproveitamento do vento, sol, ondas, marés, fontes termais e biomassa. Termoelétricas a biomassa tanto podem ser abastecidas por florestas plantadas, notadamente eucalipto, por resíduos agroindustriais (restos de madeira, serragem, palha), quanto por cogeração, cujo exemplo didático é a queima de bagaço nas usinas de cana.
Concorrentes
A bioeletricidade é extremamente importante para compor o mix de sustentabilidade e de rentabilidade das usinas de bioetanol. Apesar do apelo e das suas vantagens comparativas, a cogeração em usinas de cana não tem realizado seu potencial. Em parte pelas deficiências de políticas públicas e pelo ambiente adverso ao investimento e, em parte, pelo custo competitivo de outras formas de geração. Recentemente, leilões de energia do MME mostraram a queda acentuada de custos da geração eólica. Este artigo pretende descortinar uma nova onda, que é a geração fotovoltaica, cujos custos vêm diminuindo gradativamente, e que pode vir a tornar-se um forte competidor da bioeletricidade por cogeração em usinas de cana.A redução de custos da geração fotovoltaica não embute segredos, simplesmente segue a clássica tríade inovação, política pública e escala. Investimentos portentosos em pesquisa e desenvolvimento foram realizados na última década, provocando avanços tecnológicos que rapidamente chegaram à etapa industrial. Por sua vez, países grandes consumidores de energia, como a China, ou com forte dependência do exterior, como EUA, Japão e Alemanha, investiram em geração fotovoltaica, provocando uma queda generalizada do custo dos painéis fotovoltaicos.
A produção de energia solar ou fotovoltaica cresce globalmente em ritmo muito acelerado, em torno de 50% por ano, mas sua presença na matriz energética mundial ainda é baixa (1%), sendo ainda menor no Brasil (0,01%). Segundo a Agência Internacional de Energia, a capacidade instalada de geração fotovoltaica global atingiu 100GW em 2012, o equivalente a sete hidrelétricas de Itaipu. A previsão é atingir 150GW neste ano e superar 2.500GW em 2020.
Energia fotovoltaica
Mesmo países detentores de grandes reservas de petróleo estão investindo em energia renovável. Em março de 2013 foi inaugurada no deserto de Madinat Zayed, nos Emirados Árabes Unidos, uma grande central de geração de energia solar concentrada, com capacidade instalada de 100 MW, suficiente para abastecer uma cidade com 100.000 habitantes, com sua geração de 210GWh. O complexo, que ocupa uma área de apenas 2,5 km2, localizado 120 km ao sudoeste de Abu Dhabi, é considerado uma das maiores usinas de energia solar concentrada (CSP) do mundo. Os números são ambiciosos: a instalação está equipada com 258.048 espelhos parabólicos, 192 loops de montagem de coletores solares, 768 coletores parabólicos e 27.648 tubos de absorção. Seu custo de implantação foi de US$600 milhões.O desenvolvimento tecnológico de energia solar está recebendo investimentos crescentes. No caso de energia fotovoltaica, há uma vantagem incomensurável em relação à pesquisa com biocombustíveis. Enquanto esta última é quase toda baseada em biologia, a fotovoltaica repousa em física e química. A diferença é que a biologia tem seu próprio tempo, o tempo de plantar, o tempo de crescer e o tempo de colher. Não há como acelerar o relógio biológico. Já em química e física, um laboratório muito bem equipado pode ser usado por diferentes grupos de pesquisa, 24 horas por dia, 7 dias por semana. Conclusão: a velocidade das inovações tende a ser maior.
Por exemplo, as células de silício de primeira geração ainda estão em uso, mas foram superadas pelas de filmes finos inorgânicos, de segunda geração, que equipam as novas plantas ao redor do mundo, em poucos anos. Mas universidades, institutos de pesquisa públicos e privados, de vários países, inclusive do Brasil, já trabalham no desenvolvimento da terceira geração, com perspectivas de custos de produção inferiores ao das lâminas de silício usadas atualmente nos módulos convencionais. A nova geração engloba dois grandes grupos: as orgânicas (OPV, do inglês organic photovoltaic) ou sensibilizadas por corantes (DSSC, do inglês de dye-sensitized solar cell).
As células OPV são equipadas com semicondutores de carbono, que convertem a radiação em eletricidade. Já as DSSC são chamadas de híbridas, utilizando substâncias orgânicas e inorgânicas colocadas entre duas lâminas de vidro. Este espaço é permeado por um eletrólito líquido, normalmente uma solução de um sal de iodo, e geram energia através de uma reação química de oxidação-redução. Elas absorvem a radiação solar, permitindo o fenômeno da separação das cargas (positivas e negativas) para a produção de energia. Estima-se que, entre 2015 e 2016, os primeiros projetos comerciais equipados com estas tecnologias possam ser implantados.
Inovação
Na geração de eletricidade por via solar, o diferencial de competitividade por avanços tecnológicos ainda está longe de ser esgotado. Várias novas tecnologias para aprimoramento de células solares estão sendo pesquisadas, incluindo os pontos quânticos (minúsculos cristais semicondutores), multijunção e portadores quentes (de elevada carga energética), cujo objetivo é o melhor aproveitamento dos fótons que incidem sobre as células.No Brasil, o Grupo de Eletrônica Orgânica do Centro de Tecnologia da Informação (CTI) Renato Archer, de Campinas produziu protótipos de células flexíveis, com 60 por 40 milímetros de área, usando pontos quânticos. O grupo persegue o aumento da eficiência de conversão das novas células solares com aditivos funcionais, novas técnicas de fabricação por processamento contínuo (roll-to-roll) e a produção de eletrodos transparentes de nanotubos de carbono.
No setor privado, as empresas Dye-Sol (Austrália) e G24 Innovations (Grã-Bretanha), são líderes em desenvolvimento de células sensibilizadas por corantes (DSSC). Já a companhia Heliatek e o Instituto Fraunhofer para a Pesquisa Aplicada de Polímeros (IAP), ambos da Alemanha, encabeçam as pesquisas na área de OPV. No Brasil, existem duas empresas desenvolvendo células de terceira geração: a FlexSolar (Joinville) em parceria com o Instituto Fraunhofer (Alemanha); e a Tezca Células Solares (Campinas), que já desenvolveu em laboratório vários protótipos de células DSSC, e tem planos para uma planta-piloto nos próximos meses.
Vantagem competitiva
A geração de eletricidade pela via fotovoltaica possui uma vantagem comparativa de médio e longo prazo, que se transformará em competividade por inovações tecnológicas: o fator de capacidade. A Tabela 1 mostra o fator de capacidade de diferentes fontes de geração de eletricidade.Enquanto a geração hidroelétrica, de termoelétricas por biomassa ou geotérmica são tecnologias maduras, com capacidade de conversão de 90%, a geração solar concentrada está em 43% e a fotovoltaica em 17%. Isto indica que há um grande potencial de incremento de eficiência, por inovações tecnológicas que aumentem o seu fator de capacidade, o que está associado ao menor custo de geração, redundando em maior competitividade.
A fabricação com baixo consumo de energia e reduzido custo de manufatura são as principais vantagens das células de terceira geração, que também apresentam a vantagem do baixo custo de operação das células de primeira e segunda geração. O payback energético dos painéis fotovoltaicos de silício cristalino situa-se em torno de quatro anos, enquanto nos sistemas OPV o payback deve ser inferior a um ano, o que demonstra a maior sustentabilidade das novas células.
Outro diferencial da terceira geração é a possibilidade de fabricação de grandes painéis flexíveis, de plástico ou tecido, usando o mesmo princípio de impressão da indústria gráfica, o que possibilita produzir módulos solares leves, de forma e tamanho variável. Além disso, as células orgânicas e as sensibilizadas por corantes têm alta foto conversão usando luz artificial, possibilitando o seu emprego em ambientes internos de escritórios, fábricas e casas, o que significa regeneração ou reciclagem de energia.
Pelas suas características de leveza, flexibilidade e transparência, descortinam-se inúmeras aplicações para as células OPV e DSSC, cujo limite é a capacidade de imaginação do usuário. Elas podem ser usadas para recarregar baterias de equipamentos eletrônicos de baixa potência, como relógios, telefones celulares, câmeras fotográficas e tablets. Também podem ser integradas em fachadas, janelas ou claraboias de edificações – aplicação conhecida como building integrated photovoltaics (BIPV) – ou ainda em roupas especiais, jaquetas e mochilas, permitindo que o usuário colete energia enquanto se desloca. O Exército dos EUA pretende utilizar painéis flexíveis nas roupas dos soldados e em tendas de campo, para prover iluminação, energia para comunicação e recarga de equipamentos eletrônicos. Outra ideia é usar as OPVs no mobiliário urbano, como pontos de ônibus, em displays e outdoors de propaganda e sinalização ou fachadas de prédios e indústrias.
Programas como os existentes na Alemanha e Japão, de geração fotovoltaica distribuída, pelo qual qualquer cidadão pode implantar uma instalação de geração fotovoltaica (por exemplo, no teto da casa), para atender seu consumo, injetando o excedente na rede, fica muito facilitado pelas células de nova geração. Além do menor custo (portanto, menor tempo de payback), as células flexíveis e semitransparentes fornecem opções aos arquitetos para integrar o sistema de geração no projeto arquitetônico, gerando um visual mais agradável que as desajeitadas placas fotovoltaicas atuais.
Desafios
Os vegetais mais eficientes (plantas C4) conseguem converter cerca de 4% da radiação incidente sobre as folhas em reservas energéticas da planta (fotossintatos). Nas células fotovoltaicas esta taxa é mais alta. Porém, enquanto promover alterações na eficiência fotossintética é um desafio portentoso, o mesmo não pode ser dito em relações às células solares. Em relação ao potencial considerado factível no médio prazo, a taxa de conversão da energia luminosa em eletricidade das células de terceira geração ainda é muito baixa. O índice de eficiência máximo das células OPV e DSSC varia entre 11 e 12%. Entretanto, nas células feitas de silício cristalino a eficiência se aproxima de 25%.Existe uma relação inversa entre tamanho da célula e eficiência de conversão, o que constitui um desafio para os projetos industriais. Em células pequenas (1 cm2), em condições de laboratório, é possível atingir a eficiência máxima de 25%. Entretanto, em painéis industriais de área maior, a eficiência de conversão cai acentuadamente. O baixo rendimento das células orgânicas se explica pela não absorção de luz na região do infravermelho, com comprimento de onda superior a 900 nanômetros, e por perdas de energia acarretadas por recombinação de cargas elétricas. Para contornar o problema, estão em andamento projetos de pesquisa de novos semicondutores orgânicos ou sistemas compósitos com nanomateriais.
Outro desafio é a reduzida vida das células de terceira geração, decorrente da presença de oxigênio ou umidade em seu interior. Com a incidência da luz, especialmente no comprimento de onda de UV, a presença de oxigênio e umidade propicia reações químicas com os semicondutores orgânicos, alterando a sua estrutura química e, consequentemente, sua funcionalidade e eficiência. A solução é mais fácil que a anterior, pois é possível fabricar as células OPV em atmosfera inerte, encapsulando-as em filmes impermeáveis.
Apesar de promissoras em laboratório, as células DSSC necessitam avançar em relação à confiabilidade, à durabilidade e ao processo de engenharia na construção. Para superá-los, projetos de pesquisa buscam sucedâneos do eletrólito líquido para evitar vazamentos. Igualmente são investigadas alternativas para materiais de alto custo, como o catalisador de platina e o rutênio, presentes no corante.
De acordo com especialistas, para que os painéis OPV se tornem comercialmente viáveis, é preciso atingir eficiência de conversão de 10% e 10 anos de vida útil, nas condições de campo, o que projeta o custo para US$100.000/MW instalado. Este valor representa uma redução brutal de custo, posto que, com os painéis solares atuais, o custo nos países que o utilizam, como a Alemanha, flutua em torno de U$1,5 milhão/MW instalado. A Tabela 2 apresenta os custos de instalação e de geração de eletricidade por fontes renováveis, os quais variam em função da escala do empreendimento, da localização geográfica, das políticas de incentivo, da capacidade de produção local ou dependência de importações.
Considerações finais
Energia é um insumo vital para o desenvolvimento de qualquer país e é parte indissociável da qualidade de vida. Portanto, sua demanda continuará crescendo a taxas elevadas, nos próximos anos.No Brasil enfrentamos o permanente desafio de dispor de capacidade instalada suficiente para atender a demanda de pico, com folgas de oferta para evitar corte de fornecimento em decorrência de eventuais problemas operacionais. Entrementes, outro desafio que se impõe ao nosso país é o incentivo agressivo à consolidação e expansão da renovabilidade de nossa matriz energética.
O incentivo à geração de eletricidade por fontes renováveis, mantendo as termoelétricas movidas à energia fóssil na sua condição estratégica de back up emergencial, é uma estratégia vital para o país. Do ponto de vista das oportunidades comerciais, o sinergismo entre produção de biocombustíveis e de bioeletricidade deve ser vislumbrado com muita atenção pelos formuladores de políticas públicas, para garantir o fluxo de investimentos para este dueto. Assim mesmo, é importante que o setor analise com cuidado as perspectivas de médio prazo, pois o dinamismo de outras fontes geradoras, como eólica e fotovoltaica, são potenciais ameaças à cogeração de bioeletricidade. Em particular, o potencial de inovações em energia fotovoltaica, aumentando a eficiência e reduzindo custos de instalação e geração, devem induzir movimentos de ganhos de eficiência por inovação e gestão nas usinas de bioetanol, para garantir sua competividade face aos concorrentes na geração de energia renovável.
Décio Gazzoni
O autor é Engenheiro Agrônomo, pesquisador da Embrapa Soja.