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Engenharia Elétrica

Monografia “ESTUDO DAS VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS COM A UTILIZAÇÃO DE ENEGIAS LIMPAS EM AMBIENTES RESIDENCIAIS BRASILEIROS: ENERGIA FOTOVOLTAICA EM VOGA”

 

Esta obra possui autoria plena, sendo permitido seu uso educacional unicamente como referêncial teórico desde que fornecidos os devidos créditos ao seu mentor intelectual.

AUTOR: CALDEIRA, M. A.

ANO: 2008

INTRODUÇÃO

            O conceito de energia limpa, em sua mais profunda essência, remete ao paradoxo contemporâneo que engloba a demanda por fontes energéticas (residenciais, industriais, comerciais, automotivas e motrizes em geral) em confronto com suas formas usuais de produção – tendenciosamente ligadas à degradação ambiental, nos diferentes níveis conhecidos, tais como poluição atmosférica, uso indiscriminado de recursos naturais (e seu escasseamento) e devastação de ambientes naturais.

Avanços de ordem científica, tecnológica, econômica e social fizeram resultar em descobertas extremamente relevantes para os futuros rumos do planeta: as atividades de produção energética limpa, oriundas de processos baseados em fontes renováveis, que perfilam contemporaneamente, como uma das poucas alternativas de salvamento, tanto para o meio ambiente, quanto para as espécies, e em conseqüência, para o ser humano.

A produção de energia fotovoltaica, inicialmente estabelecida em estudos do físico francês Edmond Becquerel, no ano de 1839, teve sua primeira utilização factual em 1958, no programa espacial norte-americano, e, desse período em diante, passou a consignar tema de pesquisas e inovações no sentido de efetivar viabilidade para sua aplicação, junto à satisfação da demanda em energia elétrica por todo o mundo. Contemporaneamente, consiste em atividade de franco crescimento e expansão, mormente observado o novo ideário de desenvolvimento sustentável e proteção ambiental, disseminado junto a todas as nações mediante tratados e certames universais, como por exemplo, o Protocolo de Kyoto.

A presente pesquisa justifica-se à medida que debruça investigação acerca de temas como a questão ambiental em confronto com a poluição oriunda de atividade produtoras de energia, o novo contexto globalizado que prima por atividades energéticas limpas, as aferições nos graus poluentes agregados à produção de energia elétrica por todo o planeta (e no Brasil, com efeito), as novas tecnologias e tendências para produção de energia limpa, e especialmente na energia fotovoltaica, cujas atribuições conferem caráter absolutamente desagregado de malefícios ambientais.

Como máxima e objetivo central, o presente estudo busca evidenciar não somente os custos, aspectos técnicos e equipamentos envolvidos na produção de energia limpa (fotovoltaica, principalmente), mas as vantagens de ordem técnico-econômicas correlatas ao implemento efetivo de sistemas fotovoltaicos para a satisfação de demandas por energia elétrica em território nacional e no mundo, por conseqüência. Prima-se também, pela constatação dos benefícios ambientais palpáveis e essenciais, anexos ao aproveitamento de energia solar para efetivos resultantes em termos elétricos – consumo tacitamente agregado à quaisquer atividade humana hodiernamente.

O problema majoritário, atrelado à presente pesquisa, gira em torno dos custos e incentivos, especialmente em contexto brasileiro, empregados na transmutação da produção energética via atividade hidrelétrica, para produções centradas na captação e transformação da energia solar em patamares compatíveis com o uso comum, isto é, energia elétrica usual nos domicílios, escritórios, fábricas, iluminação pública, dentre outros, referentes às distintas regiões do País. Quais são as iniciativas de cunho financiador e estrutural vigentes nos planos governamentais hodiernos? Que custos e que benefícios são estimados para supressão de outras formas de produção energética (mormente as poluentes) em detrimento da evidenciação para a produção energética fotovoltaica? São questões que o presente estudo visa responder.

Pautado nas premências por desenvolvimento sustentável correntes na atualidade, no conhecimento maciço acerca do nível de degradação ambiental suscitado por emissão de substâncias tóxicas, agregadas à produção de energia elétrica, ou mesmo pela devastação de recursos naturais envolvida nas atividades de natureza energética; o presente estudo faz-se essencial, não somente para presentear a classe acadêmica, grande interessada na temática ambiental contemporânea, mas para levantar bandeiras e dar conhecimento público das vantagens e propriedades gerais da produção de energia limpa, especialmente em sua forma fotovoltaica.

CAPÍTULO I – BREVES NOTAÇÕES SOBRE ENERGIA E POLUIÇÃO: CARACTERÍSTICAS, CONVERGÊNCIAS E ASPECTOS CONTEMPORÂNEOS

“As fontes de energia fornecem alguns dos elementos mais cruciais na formação de uma sociedade moderna, e tornam possíveis muitas das amenidades das quais desfrutamos hoje em dia. Porém a qualidade de vida é medida por outros fatores além dos bens materiais; a saúde e o bem-estar humanos e a natureza de nossos sistemas sociais representam papéis importantes, senão fundamentais. Percebemos que somos parte de um quadro maior e que nosso bem-estar não pode ser dissociado do bem-estar do planeta. Nos anos 60, a ‘ecologia’ ou o estudo das inter-relações entre os organismos e o meio ambiente, tornou-se popularizada à medida que o público começou a perceber os balanços delicados que existem na natureza e, em alguns casos a importância de seu papel na liderança que ele tinha a responsabilidade de exercer.”

(Hinrichs & Kleinbach, 2003, p. 178)

Sob égides contemporâneas, faz-se cada vez mais notório, consoante aos avanços nos meios comunicacionais, que a produção de energia e potência é passível de fomentar distintos malefícios ambientais, e, à saúde humana.

Uma das materializações mais evidentes no consumo e produção desenfreada de energia é a poluição do ar, que consiste em preocupação das mais taxativas por parte da humanidade, especialmente aquela que figura sediada em grandes metrópoles, espalhadas por todo o globo.

A poluição do ar não observa limites municipais, estaduais ou mesmo nacionais, afetando seres vivos, ainda que estes vivam distantes de sua fonte majoritária. No entanto, casos mais crônicos do tipo de poluição em voga, estão localizados em regiões periféricas a grandes cidades. Bom exemplo de tal fato é a Cidade do México, que possui maior nível de poluição global do ar, e de Beijing, Rio de Janeiro, Xangai e Seul – que apresentam, com efeito, os maiores graus de SO2 que se registra contemporaneamente.

O ar que circula circundando os seres vivos consiste em mistura de gases, sendo composto principalmente por moléculas de nitrogênio (78%) e oxigênio (21%). A atmosfera concentra também outros tipos de substâncias acrescidas por fontes naturais (vegetação em crescimento/decomposição, poeira, fumaça), sabendo-se que são designados como “poluentes” os substratos adicionados pela intervenção humana, com caráter tóxico ou irritante, para as mais variadas formas vivas existentes no planeta.

A figura tabela que segue dá mostras acerca dos gases contidos no ar seco normal, presente por todo o globo:

Tabela 1: Gases concentrados no ar seco normal

Fonte: Hinrichs & Kleinbach, 2003, p. 181.

Nesses termos, é possível vislumbrar a quantidade de elementos nocivos, tóxicos ou passíveis de causar agressão às formas viventes existentes na Terra, acoplados ao ar em que estão imersos, e que é disperso, com efeito, por movimentos verticais e ventos, cujas propriedades naturais tratam de misturar componentes naturais do ar, e substâncias adversas, emitidas freqüentemente, pela intervenção humana. Hinrichs e Kleinbach (2003) complementam que:

“Os poluentes do ar são geralmente considerados como as substâncias adicionadas ao ar por atividades humanas e que têm efeito adverso sobre o meio ambiente. Esses poluentes existem na forma de gases, partículas pequenas e sólidos (particulados), ou pequenas gotículas de líquidos dispersas em um gás (aerossóis). Os poluentes emitidos em maior quantidade pelas atividades humanas são o monóxido de carbono, óxidos de enxofre, material particulado, hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio. A cada ano, mais de 150 milhões de toneladas destes poluentes são emitidas pelas atividades humanas sobre o ar dos Estados Unidos.”

(Hinrichs & Kleinbach, 2003, p. 186)

Assim, a grande totalidade de emissão de gases poluentes inseridos no ar presente nas mais variadas nações tem origem na intervenção humana, isto é, em atividades produtivas coletivas ou individualmente realizadas com conseqüências devastadoras para o planeta como um todo.

1.1. Sobre a produção de energia e a poluição atmosférica

A energia há grande lapso temporal, consiste em força motriz, para as mais variadas atividades de desenvolvimento humano. Sua contrapartida, porém, representa forte contribuição para os níveis de poluição que recobrem a Terra, disseminando-se e extrapolando fronteiras de nações, estabelecendo um compilado bastante perigoso para presentes e futuras gerações e ecossistemas integrados.

Uma das mais significativas substâncias resultantes da atividade em produção de energia, e que representa grande potencial poluente é o SO2 (óxido de enxofre), que surge principalmente como resultante da queima de combustíveis fósseis e da oxidação de enxofre. Há usinas de energia que emitem, de forma indiscriminada, SO2, responsabilizando-se, assim, por boa parte da formação de dióxido de enxofre – gás incolor, com odor passível de causar sufocação, mormente em concentrações acima de 3 ppM.

Nas regiões onde coincidem as usinas de produção energética com emissão de SO2, particulados e altas concentrações de óxidos de nitrogênio (resultantes de gases oriundos de automóveis), observa-se a incidência de sinergismo – dois efeitos que se combinam e produzem efeito maior do que o relacionado aos gases originais em suas atribuições separadas.

A exposição humana aos gases relatados suscita crônicos malefícios à saúde, bem como representa poluição cujas atribuições afetam todos os ecossistemas distribuídos mundialmente. Representa, com efeito, risco e degradação das condições ambientais, que, por sua vez escasseadas, restringem as chances de sobrevivência para as espécies, anunciando uma espécie de apocalipse anunciado.

O dióxido de enxofre, concentrado e disseminado no meio ambiente, consigna efetivos riscos para doenças cardiovasculares, cardiorrespiratórias, e agravamento, em termos humanos, de quaisquer espécies de problemas nas vias respiratórias, dentre outros correlatos, não obstante a devastação ambiental premente e de sérias conseqüências para todo o planeta.

A figura que segue dá mostras dos efeitos do dióxido de enxofre sobre a saúde humana:

Figura 1: Concentrações de dióxido de enxofre e os malefícios à vida humana

Fonte: Hinrichs & Kleinbach, 2003, p. 190.

A produção energética através da utilização e queima de carvão representa, com efeito, exacerbada fonte de emissão de SO2, cujo ranking de emissão tem a China em terceiro lugar, sendo 75% de toda a energia primária usada no País, oriunda da mencionada fonte, isto é, carvão incinerado.

Além da poluição do ar incisiva com a produção de energia por meios tóxicos ao meio ambiente, a chuva ácida é incidência cujas causas têm nascedouro também fixado na disseminação de gases nocivos, como óxidos de nitrogênio e enxofre, assunto sobre o que Young e Lustosa (2003) acrescentam:

“… a industrialização que se espalhou para a periferia estava baseada em padrões tecnológicos intensivos em recursos naturais e energia, obtida principalmente por meio da queima de combustíveis fósseis. Essa base energética está associada a problemas de poluição ambiental em todos os seus níveis: globais – por serem responsáveis pela intensificação do efeito estufa e pela degradação da camada de ozônio –, transfonteiriços – como as chuvas ácidas – e locais – a degradação da qualidade ambiental dos solos, dos corpos hídricos e da atmosfera.”

(Young & Lustosa, 2003, p. 207)

Além da poluição ambiental suscitada com auxílio da produção energética, além de outros emissores distintos de atuação no mundo todo, a poluição de interiores também verteu-se em foco para pesquisas de diversos estudiosos, iniciando sua incursão nos anos 80, quando deram conta de que as concentrações poluentes em ambientes internos podem superar aquelas presentes em espaços abertos, provocando inúmeros malefícios às formas viventes, em sua mais ampla concepção, conforme mostra a tabela abaixo:

Tabela 2: Poluição em ambientes fechados (interiores)

Fonte: Hinrichs & Kleinbach, 2003, p. 198.

Vislumbrados tais quocientes, variadas medidas de supressão para emissão de substâncias poluentes têm sido insculpidas mundialmente, destacando-se, observada a produção de energia, aquela denominada Lei do Ar Limpo, que merece destaque e incursão, aqui, bastante interessante.

1.2. A Lei do Ar Limpo

A Lei do Ar Limpo dos Estados Unidos (diga-se de passagem, um dos maiores poluidores ambientais de todo o planeta), foi inicialmente aprovada em 1963, no entanto fraca e ineficaz, somente passou ao efetivo vigor e correlação à gravidade contida na franca poluição do ar, quando de sua reforma, em 1990. Fuller (2000) menciona que:

“Em 1990, o Congresso dos Estados Unidos aprovou legislação histórica que fortaleceu substancialmente a Lei do Ar Limpo. As alterações de 1990 ganharam apoio esmagador da Câmara dos Deputados e do Senado, estabelecendo ambiciosos objetivos de redução da poluição do ar. A Lei do Ar Limpo, aprovada originalmente em 1963, havia sido anteriormente alterada apenas duas vezes: em 1970, quando foi formada a Agência de Proteção Ambiental (EPA), e novamente em 1977.”

(Fuller, 2000, p. 26)

A referida Lei estabeleceu que as indústrias de energia elétrica deveriam reduzir suas emissões em SO2 pela metade, e as emissões em NO2 por 30% até o ano de 2000. A diminuição nas emissões de SO2 transparecem um quociente aferido em cerca de 10 milhões de toneladas por ano, abaixo dos quocientes expressos nos anos 80, com alguma flexibilidade para que as indústrias atinjam efetivamente tais metas.

Para as indústrias de energia elétrica, em relação à emissão do SO2, a retroadaptação da plantas com scrubbers de SO2 nas chaminés ou a modificação com uso de carvão dotado de menor teor de enxofre são os caminhos mais viáveis para a obtenção da meta de 1,2 lb de SO2 por milhão de Btu em potência gerada, podendo ainda, as mesmas indústrias, efetuarem compra de concessões para emissão de CO2 e SO2, o que significa efetivamente negociar suas reduções com outra indústria, caso esta entenda ser mais rentável, a aquisição de concessão, ao invés de custear a retroadaptação.

Outra instância da Lei do Ar Limpo tramita pela poluição urbana do ar, ditando novos padrões de emissões oriundas de carros, objetivando sua efetiva redução em CO e VOCs (compostos orgânicos voláteis) a 3,4 e 0,66 g/mi respectivamente, até o ano de 2000. A totalidade das cidades que não cumprissem com os níveis de saúde relacionados ao ozônio e ao monóxido de carbono, deveriam realizar tal empreitada até 2000, sendo o uso de combustíveis limpos, amplamente difundido como possível hipótese para solução.

Ainda de acordo com a Lei do Ar Limpo, 189 substâncias tidas como maléficas para a saúde humana ou para os ambientes naturais deveriam ter reduzidas, as suas emissões, de 75 para 90%. Em síntese, tais substâncias químicas (tanto em forma de particulados, como gases) tem origem principal nas indústrias petroquímicas e metalúrgicas.

A Lei do Ar Limpo serviu efetivamente como forte contribuição para aumento na consciência mundial acerca dos agentes poluidores, das substâncias tóxicas/poluentes, complementando-se com outros dispositivos protetores do ambiente e da própria humanidade, como o Protocolo de Kyoto, Tratado multinacional que, tendo sido inicialmente mensurado em 1997, passou à execução em 2005 fortemente atrelado ao objetivo da redução na emissão de GEE (gases de efeito estufa), dentre os quais, o CO2 é o mais evidente.

1.3. Resenhando os Tratados Internacionais de combate à poluição e à degradação ambiental

“Os tratados são, no Direito Ambiental Internacional, uma fonte fundamental, tendo em vista que neles se encontram claramente expostos os direitos e obrigações de todas as partes signatárias e o fato de não existirem muitas regras costumeiras de Direito Internacional relacionadas ao meio ambiente.”

(Roessing Neto, 2006, p. 205)

Os tratados internacionais de proteção ao meio ambiente constituem-se, desde sua mais tenra formação, de eleição em terminologia, em parâmetros, em compromissos e propostas de atuação e intervenção favorável ao meio ambiente, sua recuperação e reconstituição o mais conveniente possível, vislumbrada a premência de perpetuação das condições de sobrevida, tanto para o ser humano, quanto para quaisquer organismo vivo, ou mesmo físico terrestre, assegurando-se seu resguardo e proteção.

Assim, são distintos os tratados e instâncias protetivas ao meio ambiente, instituídas ao longo da história humana, entre as nações estabelecidas mundialmente. Algumas devem ser vislumbradas para o entendimento acerca das iniciativas em prol dos recursos ambientais, advento humano que visa retroceder os desoladores panoramas de poluição insculpidos ao passo da trajetória humana na Terra.

Para iniciar descrição competente, faz-se necessário perfilar a 1ª Conferência Internacional para o Meio Ambiente, ocorrida em 1972, implementada consoante ao desenrolar dos acontecimentos relacionados ao meio ambiente. Foi promovida pela ONU (Organização das Nações Unidas), em Estocolmo, na Suécia, suscitando inicialmente nova mentalidade a ser difundida mundialmente, relacionando conceitos como conservação ambiente e desenvolvimento socioeconômico. Inicia-se um compêndio de intermitentes debates acerca da tutela responsável dos recursos naturais e do meio ambiente como um todo.

A Comissão Mundial de Meio Ambiente e Desenvolvimento, marcou seu advento inaugural em 1983, presidida por Gro Harlem Brundtland. Tinha como objetivos: prover novo exame acerca de questões críticas concernentes ao meio ambiente, suscitando meios realísticos de abordá-las; propor novos meios de cooperação internacional nesse setor, de forma a facilitar a criação de políticas e ações no sentido das mudanças necessárias; e, dar aos indivíduos, organizações voluntárias, governos e empresas maior compreensão dos problemas ocorridos no meio natural, incentivando-se intervenção mais firme e eficaz.

O Relatório de Brundtland (1987) delimitou, sustentado em estudos e estimativas da real devastação do meio ambiente, um compilado de medidas a serem adotadas, tais como: a limitação do crescimento populacional; a preservação da biodiversidade e dos ecossistemas; supressão ao uso de energia e a implementação de novas tecnologias para o uso de fontes energéticas renováveis; controle da urbanização selvagem e acoplagem de campo e cidades menores; adoção de estratégias para desenvolvimento sustentável, dentre outras recomendações. Santos (2006) conclui ressaltando que:

“O relatório não apresenta as críticas sociedade industrial que caracterizaram os documentos anteriores; demanda crescimento tanto em países industrializados como em subdesenvolvidos, inclusive ligando a superação da pobreza nesses últimos ao crescimento contínuo dos primeiros. Assim, foi bem aceito pela comunidade internacional.”

(Santos, 2006, p. 16)

A Conferência do Rio de Janeiro sobre Meio Ambiente, deu-se em junho de 1992, na cidade do Rio de Janeiro, sob realização da ONU, ficando mais conhecida como ECO 92 ou Rio 92. Sua abrangência foi impressionante, com a presença de 178 países representados, 115 Chefes de Estado ou Governo e 7.000 delegados, além de mais de 1.400 Organizações Não-Governamentais. Objetivou principalmente que o fim da Guerra Fria impulsionasse a cooperação entre seus participantes, objetivando o levantamento de princípios norteadores para resguardar e proteger o meio ambiente, em suas formas mais variadas. Resulto na Declaração do Rio, relevante documento que delimitou princípios a serem seguidos pelos países, instância considerada como expressivo avanço no Direito Internacional Ambiental.

O Protocolo de Kyoto, datado de 1997, consistiu em tratado estabelecido por 84 países em prol da redução na emissão de dióxido de carbono, principal elemento responsável pelo aquecimento do planeta. Elemento de muitas controvérsias, adequações, debates e omissões por parte dos países desenvolvidos (maiores emissores de gases de efeito estufa), representa um expressivo avanço no que tange à efetiva recomposição ambiental, intencionando a desaceleração no aquecimento global, meta entendida como premente para o futuro da Terra.

A Agenda 21 é o principal documento da Rio 92 – mais importante conferência realizada pela ONU. Possui tal nomenclatura devido às preocupações e atitudes positivas, relacionadas ao meio ambiente no século XXI, tendo sido assinada por 170 nações, inclusive o Brasil. Suas minúcias dão conta de consistentes propostas no sentido do alcance efetivo do “desenvolvimento sustentável”.

O Índice Dow Jones de Sustentabilidade, de 1999, representou primeiro indicador global que acompanha o desenvolvimento financeiro das organizações líderes em sustentabilidade mundialmente estabelecidas, com papéis negociados na Bolsa de Nova York. Santos (2006) complementa afirmando que:

“Destinados a ajudar investidores internacionais que estiverem buscando ações diferenciadas no mercado, e a premiar empresas que procuram aliar desenvolvimento com co-eficiência e responsabilidade social.”

(Santos, 2006, p. 20)

A Declaração do Milênio, realizada em 2002 (Joanesburgo, na África do Sul) foi a terceira Conferência Mundial realizada pela ONU para debater sobre os desafios ambientais do planeta. Ficou conhecida como Rio + 10 por ter ocorrido 10 anos após a Cúpula da Terra, em 1992. Trata-se de documento que delimita Oito Objetivos de Desenvolvimento do Milênio, que contam com metas objetivas a serem cumpridas pelos 191 Estados-Membros da ONU até 2015.

O Princípio do Equador pode ser explicado com a criação (em 2003), a partir do Banco Mundial e da International Finance Corporation, do estabelecimento, junto a uma série de bancos privados, critérios de análise socioambiental no financiamento de projetos com valor superior à US$ 50 milhões. Para o consentimento na recepção de um crédito desse vulto, os responsáveis pelo empreendimento devem apresentar representações minuciosas acerca do impacto socioambiental envolvido, bem como os estratagemas para suplantá-lo. Tais estudos, de forma geral, são elaborador por consultores independentes, forma de imprimir maior veracidade e lisura nos dados levantados.

Assim, vislumbra-se em perspectiva historiográfica mundial, uma série de tratados, convenções, normatizações e acordos de cunho internacional, no sentido de agasalhar sob mantas protetivas, o meio ambiente, de forma padronizada e ordeira, não obstantes as diferenças básicas e econômicas entre as nações envolvidas, mas sim suas intencionalidades compiladas no sentido de resguardar os recursos naturais, observando as necessidades e direitos nas gerações presentes e futuras, mormente no que tange ao direito básico à vivência em ambiente dotado de condições salutares de forma geral.

1.4. A importância da produção energética em correlação com a redução dos níveis de poluição natural e atmosférica

“Questão vital em qualquer sociedade, seja em que tempo for, a energia está sempre em evidência, mesmo que não se atente para isso. Modernamente, a energia atingiu o status de ciência, levando estudiosos das mais diversas e diferentes modalidades do conhecimento a se dedicarem a ela. Junte-se a essa busca por conhecimento, o fato de a energia ter um caráter interdisciplinar, o que a fragiliza em sua complexidade. Tal visão faz com que vários aspectos que a compõem devam ser abordados.”

(Guerra, 2008, p. 18)

De modo geral, o significado da expressão “energia” está ligado ao potencial inato para execução de qualquer trabalho ou ação, sendo empregada em diferentes contextos. Variadas formas de produção energética, tais como: energia mecânica (energia que pode ser transferida por intermédio de força); energia potencial (que um objeto possui e pronta para ser convertida em energia cinética); energia cinética (aquela que um objeto possui em função de sua velocidade); energia química (armazenada em átomo ou molécula); energia nuclear (produzida por reações nucleares); energia eletromagnética (relacionada aos fenômenos eletromagnéticos – eletricidade, magnetismo, radiação eletromagnética); energia radiante (relacionada à radiação eletromagnética – luz, ondas de rádio, raios infravermelhos).

A humanidade, imersa em suas crescentes necessidades científicas, sociais, tecnológicas, econômicas, produtivas, depende de energia (em suas mais variadas formas) para permanecer em constante evolução, experimentando diversos entraves, quando privada, ainda que momentaneamente, de suas fontes energéticas rotineiras.

Ocorre, porém, que a produção de energia, fomentada ao longo das grandes conquistas humanas, pouco observou sobre o quesito “degradação atmosférica e ambiental”, acumulado atividades produtoras de energia, freqüentemente pautadas em agressões aos recursos naturais, poluição e devastação da natureza e dos ecossistemas nela envolvidos.

Diante de panoramas tão incisivos, e em unção com a conscientização acerca da destruição progressiva do planeta, começaram a emergir debates, certames, tratados, palestras, protestos, movimentos, proposições e atuações no sentido de traçar retrospecção nos avançados níveis concernentes à devastação maciça, globalmente instituída.

Enfim, eclodem perfis e ideários de desenvolvimento produtivo sustentável, redução na emissão de substâncias tóxicas e nocivas nos ambientes naturais, supressão nas atividades extrativistas atreladas ao desprezo pelo meio ambiente.

A questão energética figura, com efeito, e maciça expressão, nas pautas ambientais contemporâneas, designando que as mais variadas fontes de força motriz/energia, não podem e não devem consignar malefícios às espécies vivas, aos recursos ambientais, à atmosfera. A satisfação das necessidades humanas, correlacionadas ao consumo de energia não pode atrelar-se à emissão de poluentes, ao lançamento a esmo, de elementos extremamente tóxicos e destrutivos ao planeta.

Goldemberg e Lucon (2007) mencionam que:

“Os padrões atuais de produção e consumo de energia são baseados nas fontes fósseis, o que gera emissões de poluentes locais, gases de efeito estufa e põem em risco o suprimento de longo prazo no planeta. É preciso mudar esses padrões estimulando as energias renováveis, e, nesse sentido, o Brasil apresenta uma condição bastante favorável em relação ao resto do mundo.”

(Goldemberg & Lucon, 2007, p. 7)

Nesse sentido, e, contemplando ainda o resto do mundo, novas diretrizes de produção energética apontam incisivamente no sentido da diminuição do uso de combustíveis fósseis, (carvão, gás natural, petróleo) em detrimento do uso de fontes de energia renovável (biomassa, hidráulica, solar, eólica, etc.) como trajetória efetiva no combate à degradação ambiental, e conseqüente diminuição das condições de sobrevida para os organismo vivos e ecossistemas.

Tais constatações, recomendações e ideários, não mais representam adornos ou estilos naturais de visão sobre a sociedade ou as nações. Significam condicionamentos para a perpetuação de condições mínimas que implicam na sobrevivência das espécies e do meio ambiente do planeta – sendo assim, são prementes, imperiosas, majoritárias.

A tabela que segue expressa os parâmetros de produção, e conseqüente utilização de energia, em termos brasileiros e globais:

Tabela 3: Produção e utilização de energia primária no Brasil e no mundo

Fonte: Goldemberg & Lucon, 2007, p. 8.

Diante de tal compilado, e, sob a crítica condição ambiental, mundialmente deflagrada, o advento, instituição e uso de fontes de energia renováveis, com expressivo menor potencial poluente é estritamente, absolutamente necessário. Não consigna escolha, mas diretriz imperativa para a garantia de mínimas condições de vida, para o ser humano, as demais espécies e ecossistemas inseridos no meio ambiente, em visão macros sistêmica. Tais fontes de energia representam, assim, objeto de funcional estudo, investigação e conhecimento, não somente para a classe operacional diretamente envolvida, mas para todos os cidadãos, vislumbrada a forte influência social diante dos clamores do planeta por melhores chances de sobrevivência.

CAPÍTULO II – ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL: DO PRÓLOGO AOS CONCEITOS RENOVÁVEIS DA ATUALIDADE

“Em termos de suprimento energético, a eletricidade tornou-se uma das formas mais versáteis e convenientes de energia, passando a ser recurso indispensável e estratégico para o desenvolvimento socioeconômico de muitos países e regiões.”

(Kastrup, 2006, p. 42)

2.1. Advento e alguns marcos legais do setor elétrico nacional

O setor energético no Brasil instituiu-se partindo de empreendimentos particulares, como no resto do mundo, apresentando caracteres de autonomia local, tanto no quesito “fornecimento”, quanto na regulação e controle, sendo e ente Concedente, o Município. Os contratos para concessão representaram os iniciais regimentos e regras de exploração dos serviços elétricos, até, factualmente, o final da década de 30.

As discordâncias relacionadas ao estabelecimento tarifário e das matérias ligadas à terra, águas e proventos associados logo surgiram, mais precisamente no primeiro quadrante do século XX. Ao passo que os recursos hídricos insculpiam-se enquanto base para produção elétrica, emergiam problemas tangentes ao ambiente e afins, ligados, mormente, ao uso das águas.

Tal qual sucede hodiernamente, o vértice dos debates figurantes à época girava em torno das problemáticas e lógicas empresariais sobre a majoração dos lucros com aumento de tarifas. Desse modo, os Estados passam, de forma gradativa, a assumir o fornecimento elétrico, item cada vez mais essencial às mais variadas atividades humanas, especialmente em termos urbano-industriais.

Nesse panorama, finda-se a primeira República, quando iniciativas locais passam a conceder espaços para organizações empreendedoras de natureza nacional e internacional nas principais capitais e eixos econômicos brasileiros. Dentre as organizações de destaque para o setor da época, a LIGHT (Canadense) e a AMFORP (Americano) evidenciaram-se por suas incisivas técnicas de expansão de mercados, que auxiliaram no domínio do setor elétrico brasileiro, especialmente na primeira metade do século XX. Localidades menores e menos abastadas financeiramente continuaram a ter serviços elétricos prestados por pequenas empresas ou governanças municipais e estaduais, ou mesmo, ficando à margem dos progressos em termos elétricos.

Maiores crescimentos em termos industriais, dado o avanço do setor, suscitaram necessidade de expansão da matéria hidrelétrica, sendo o Código de Águas, instaurado em 1934, um vértice na regulamentação do uso de recursos hídricos no Brasil, sustentado, com efeito, na modernização legislativa de outros países. Vieira (2005) completa que:

“Na construção brasileira de direitos democráticos sobre os serviços de energia elétrica, foram estabelecidos os pilares do serviço público: a base do capital a ser remunerado e a taxa de remuneração; a fórmula de cálculo das tarifas; o regime das águas; e a tomada de contas da empresa concessionária.”

(Vieira, 2005, p. 26)

A síntese do Código de Águas brasileiro dá conta de intervenção que objetivava incremento de nova base capitalista, organizando o movimento dos mecanismos automáticos de mercado, que, em se tratando de matéria elétrica, compilava duas grandes organizações internacionais, em franca disputa. Estabeleceu ainda a separação entre direito de propriedade e do solo, em um prisma, e de outro, o direito dos recursos hídricos existentes, que seriam exploráveis, consoante concessão e fiscalização do ente público. O aproveitamento de quedas d’água e outras fontes de energia hidráulica passou a realizar-se tão somente por intermédio de concessão governamental.

Foi autorizada também, a instituição do CNAEE (Conselho Nacional de Águas e Energia Elétrica), com subordinação direta à Presidência da República, cujo advento efetivo somente deu-se em 1939.

Um grande marco no setor de produção elétrica brasileiro situou-se no ano de 1973, quando grande crise mundial do petróleo suscitou reações nacionais em forma de programas como: o Programa Nuclear, os pólos petroquímicos, Programas Ferroviários e Siderúrgicos, desenvolvimento do potencial hidrelétrico (Itaipu e outras grandes usinas), a eletrotermia (substituindo derivados de petróleo), desenvolvimento de novas fontes energéticas (Proálcool em destaque). O segmento elétrico iniciou fomento para a realização de planos em longo prazo, tais como o Plano 90, o Plano 95 e o Plano 2000. Vieira (2005) acrescenta ainda:

“A eletricidade foi valorizada como insumo, aumentando sua participação no consumo global de energia do País, de 23,5% em 1974, para 29,1% em 1979. Posteriormente, agregaram-se à agenda, preocupações com a eficiência energética e os impactos ambientais.”

(Vieira, 2005, p. 59)

Também reformas de ordem econômica, sucedidas no Brasil dos anais de 1990, instauraram impacto na indústria energética, com a privatização de empresas controladas pela União e Estados. Em 1995 foi editada a lei geral versando sobre concessões de serviços públicos, e a seqüencial evolução legislativa anulou as limitações na exploração de recursos naturais, abrangendo-se aí, a energia elétrica, com entrada do capital estrangeiro. Nos anos subseqüentes, a reestruturação do segmento elétrico nacional afastou alguns dos pilares que organizavam seu funcionamento, incluindo a regulação nos trâmites tarifários.

2.2. Aspectos hodiernos da energia elétrica no Brasil e prospecções futuras para o setor

 “… o Brasil possui um sistema de geração predominantemente hidráulico, sendo essa a fonte que prevalece para a expansão no País, pela sua grande potencialidade. Mencionada fonte é altamente privilegiada por ser renovável e não poluente e trás uma vantagem comparativa para o Brasil em relação a outros países, em especial, aos países desenvolvidos, quando se verifica que foram utilizados cerca de 20% da sua capacidade hidráulica, enquanto que os outros utilizam sua capacidade máxima.”

(Melo & Graciano, 2006, p. 7)

Dotado de aproximadamente 8,5 milhões de quilômetros quadrados, e mais de 7 mil quilômetros de litoral, o território brasileiro detém um dos mais otimistas potenciais energéticos do globo. Somente duas fontes de energia – hidráulica e petrolífera, têm sido aproveitadas, com efeito, participando ainda, na atualidade, porém em menor escala, a cogeração oriunda do segmento sucroalcoleiro. Em torno de 90% do compêndio de energia elétrica utilizada no Brasil, advém de geração hidráulica, contexto muito favorável, visto que tal energia tem sua geração fundamentada em fonte renovável, sendo o petróleo, representante por quase 60% da energia não renovável.

Consoante aos dados da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), o Brasil possui 1.725 empreendimentos em produção de energia elétrica operando, gerando 101.470.920 KW de potência (ANEEL, 2008). Prevê ainda a ANEEL, para os próximos anos, uma soma de 34.573.371 KW na capacidade geradora do País, oriunda dos 138 empreendimentos em fase de construção ativa, e mais 467 outorgados. Dentre as fontes ativas, geradoras de energia elétrica, destacam-se as Centrais Geradoras Hidrelétricas, Pequenas Centrais Hidrelétricas e Usinas Termelétricas de Energia, no que tange às unidades em franco funcionamento.

As tabelas que seguem, mostram respectivamente os empreendimentos em operação, os empreendimentos em construção e os empreendimentos outorgados, entre 1998 e 2008:

Tabela 4: Empreendimentos em geração de energia elétrica operando no Brasil

Fonte: ANEEL. Home Page. HTTP://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.asp

Tabela 5: Empreendimentos em construção para geração de energia elétrica no Brasil

Fonte: ANEEL. Home Page. HTTP://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.asp

Tabela 6: Empreendimentos outorgados para geração de energia no Brasil 1998/2008

Fonte: ANEEL. Home Page. HTTP://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.asp

Legenda:

  • CGH: Central Geradora Hidrelétrica
  • CGU: Central Geradora Undi-Elétrica
  • EOL: Central Geradora Eolielétrica
  • PCH: Pequena Central Hidrelétrica
  • SOL: Central Geradora Solar Fotovoltaica
  • UHE: Usina Hidrelétrica de Energia
  • UTE: Usina Termelétrica de Energia
  • UTN: Usina Termonuclear

Diante de tais quocientes, vislumbra-se, no setor energético brasileiro, uma situação onde grandes investimentos já foram e continuam sendo consignados ao setor, que, por natureza majoritária fundamenta-se no funcionamento de hidrelétricas – responsáveis pela maior produção de energia elétrica do País.

Por atribuição, usinas hidrelétricas, ou centrais hidrelétricas representam grandiosos conjuntos arquitetônicos, dotados de equipamentos para produção de energia elétrica através do aproveitamento dos recursos hidráulicos oriundos de rios. De forma geral, a produção de energia hidrelétrica brasileira somente posiciona-se atrás do Canadá e dos Estados Unidos, ocupando o terceiro lugar na atividade, em termos mundiais.

A figura que segue mostra esquematicamente o funcionamento de uma usina hidrelétrica, e seu respectivo aproveitamento dos potenciais de rios:

Figura 2: Esquema de funcionamento de usinas hidrelétricas

Fonte: Wikipédia. Home Page. http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9trica

Ocorre que, a produção de energia através de hidrelétricas, ainda que sustentada na utilização dos potenciais de rios, provoca também distintos impactos ambientais, de proporções consideráveis, observadas as áreas vultosas que precisam ser alagadas para a construção de usinas, fato que provoca a retirada de terras que poderiam, se preservadas, serem empregadas em outros fins, como habitação e agricultura. Discute-se ainda, com efeito, os efeitos suscitados no clima dos ambientes circundantes aos lagos formados pelas usinas hidrelétricas.

Sob essa égide, novos conceitos e diretrizes para a produção de energia têm sido insculpidos no ideário mundial e nacional, referindo-se ao conceito de energia limpa, isto é, aquela cuja produção afasta-se cada vez mais de qualquer malefício ao ser humanos, aos ambientes e ecossistemas distribuídos no planeta. Prova-se, gradativamente, que é possível o homem desfrutar dos benefícios contemporâneos, concernentes aos aparatos consumidores de energia elétrica, sem que tal usufruto resulte em devastação ambiental, atmosférica e insalubridade aos seres vivos.

Observados tais postulados, elege-se a temática energia limpa, em suas mais amplas características e possibilidades, assunto de interessante aprofundamento, merecendo exame e contemplação, mormente evidenciado o bem-estar e sobrevida do Brasil e do planeta como um todo.

CAPÍTULO III – ENERGIA LIMPA: MATRIZES, CARACTERÍSTICAS, CONCEITOS E POTENCIALIDADES DO SETOR NO BRASIL

“A dependência geográfica e política das nações não produtoras de petróleo daquelas ricas na ocorrência de bacias petrolíferas e as conseqüências de sua utilização para o meio ambiente forçou a busca por fontes de energia renovável, com custo potencialmente mais baixo a médio e longo prazo, custo esse aferido por critérios econômicos, sociais e ambientais.”

(Tiradentes, 2007, p.11)

O rápido crescimento pela demanda em energia elétrica – resultante da expansão do consumo individual e do aumento de indivíduos, soma-se ao incisivo panorama de desperdício energético, situação que gera consistente contexto de crise para grandes economias mundialmente estabelecidas. Especialistas dedicados ao setor aferem que as nações industrializadas gastam aproximadamente, uma unidade de energia para produção de cinco unidades de seu PNB (Produto Nacional Bruto). Em contrapartida, países em desenvolvimento despendem seis unidades de energia para a produção de somente uma unidade de PNB. Tal realidade aponta um gasto energético trinta vezes superior para a mesma unidade produzida, isto é, um expressivo desperdício.

Nesse sentido, um cast de aparatos para o decréscimo no consumo energético, propiciando ainda o mesmo conforto e bem estar, somado a processos produtivos energéticos não poluentes e renováveis, já se encontra em disponibilidade contemporaneamente. Com os avanços de cunho científico e tecnológico, a utilização de novas fontes para produção energética – as fontes renováveis, ou “energia limpa”, vem sendo ampliado de forma extensiva e intensiva, em franca substituição para os combustíveis fósseis, e mesmo, para a supressão na exploração de recursos hídricos.

Assim, o conceito de energia limpa é intrinsecamente ligado à energia oriunda de fontes renováveis, cujas matrizes não fomentam malefícios e degradação ambiental, constituindo-se elementos abundantemente presentes nos ambientes naturais e de difícil esgotamento, tais quais a energia eólica, solar e biomassa (esta última consignada à intervenção humana para produção da matéria prima). Considera-se ainda, a produção hidrelétrica como não poluente, mas consignada à devastação de áreas que devem ser alagadas para sua plena produção.

Especialmente no Brasil, observadas as condições, demanda, oferta e distribuição de produção energética mediante suas mais abrangentes modalidades, a questão ambiental tem buscado agasalhamento pertinente ao meio ambiente, em função da produção de energia sucedida no País, temática sobre a qual Melo e Graciano (2006) mencionam:

“É inquestionável que a produção e o consumo de energia estão diretamente relacionados às questões ambientais relevantes, em qualquer forma da matriz energética que se apresentem, com impactos significativos e importantes sobre o meio ambiente, cobrando dos legisladores cada vez mais mecanismos em sua defesa, com fulcro nos princípios dispostos na Carta Magna.”

(Melo & Graciano, 2006, p. 11)

Nesses termos, o resguardo e proteção do meio ambiente e a garantia da conservação energética são algumas das principais diretrizes a serem alcançadas pela Política Energética Nacional para a utilização racional das fontes de energia delimitadas na Lei nº 9.478/97, ratificadas pela Lei nº 10.925, de 17.10.2001, que versa sobre a Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia, com consistente impacto ambiental, desde que, distintos recursos ambientais. Esta lei, emergente da crise energética e do risco de apagão em 2001, objetiva o emprego eficiente de recursos energéticos e a proteção do meio ambiente, onde se reconhece tacitamente que o desperdício energético significa, com efeito, um fator de degradação ambiental.

Também funcional atributo de proteção ambiental e de majoração na sustentabilidade da matriz energética nacional é a Lei nº 10.438, de 26 de abril de 2002, que, em seu art. 3º, implementa o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica – PROINFA, cuja intencionalidade é expandir a alocação da energia elétrica produzida por empreitadas de Produtores Independentes Autônomos, com base em fontes eólicas, pequenas centrais hidrelétricas e biomassa, no Sistema Elétrico Interligado, vislumbradas diretrizes legais formalmente estabelecidas e passíveis de garantir a produção de energia elétrica de modo ambientalmente ético e salutar no Brasil.

Assiste-se, portanto, a um contexto legal onde a questão elétrica passa a ser consignada a formas de produção limpa, afastando-se malefícios ao meio ambiente, e elencando os recursos naturais e ecossistemas enquanto vértices de imperiosa importância, antes de mais nada, antes de maiores fazeres no setor energético brasileiro, tendência mundialmente estabelecida diante das pautas de proteção ambiental, motivos, aliás, de distintos certames e tratados de vigência globalizada.

Consoante aos acórdãos legais, constitucionais e jurisprudenciais brasileiros, é eleito um novo ideário a ser perseguido: a implantação, estruturação e funcionamento de sistemas de produção em energia elétrica baseados em fontes renováveis, tarefa não tão simples, vislumbrado o contexto produtor setorial, que remete à quase totalidade hidrelétrica, ou mesmo, referente ao uso de combustíveis fósseis. Incentivos, porém, têm sido suscitados aos montes, para que possa fazer-se concretizar, dentro em breve, uma nova concepção energética, baseada majoritariamente em recursos renováveis, não poluentes e nem degradantes aos elementos naturais, ecossistemas e organismos vivos no Brasil. Some-se todo o contexto disposto com os aspectos econômicos e potenciais na geração de energia limpa prospectados nacionalmente – serão infindáveis quocientes de economia, que, com efeito, evidenciarão e propiciarão maior crescimento econômico-financeiro, acrescido ainda de efetivo reconhecimento diante da comunidade internacional.

Faz-se mister, portanto, pousar breve observância nas minúcias de cada espécie de produção energética limpa, para correlata comparação e efetiva eleição daquela (s) que apresenta maior potencial energético, atrelado a menores níveis de degradação ambiental – condicionante premente para plenas condições de sobrevida, tanto do ser humano, quanto da natureza, atmosfera e ecossistemas, em épocas presentes e futuras.

3.1. Energia eólica: breves apontamentos e caracterização

“A energia eólica apresenta um panorama bastante diferente da energia solar, já possuindo maturidade tecnológica e escala de produção industrial. Isso foi resultado de significativos investimentos em P&D e uma política de criação de mercado através de políticas de incentivos em vários países, especialmente na Alemanha, Dinamarca, EUA, e mais recentemente na Espanha, entre outros. Hoje essa tecnologia está preste a ser tornar economicamente viável para competir com as fontes tradicionais de geração de eletricidade, além de um existir um grande potencial eólico a ser explorado em diversos países. Existem oportunidades de melhoramentos tecnológicos bem identificados internacionalmente que deverão levar ainda a reduções de custo e permitem estabelecer metas bastante ambiciosas para instalação de sistemas de geração nos próximos 30 anos.”

(Jannuzzi, 2003, p. 3)

A energia eólica é aquela basicamente oriunda do vento, cuja expressão em seu literal significado advém do termo eólico, signatário do latim aeolicus, relativo à Éolo, deus dos ventos na mitologia grega.

Desde a antiguidade tem sido aproveitada como motriz de barcos à vela, ou na engrenagem de moinhos, dentre outras distintas atribuições.

Sua conversão em energia elétrica, item de franca necessidade consumo nas sociedades contemporâneas, ocorre com o uso do vento para movimentação de aerogeradores – turbinas em forma de cata vento ou moinho, que para consistente produção energética precisam agrupar-se em forma de parques eólicos, formação que propicia produção de energia rentável. Podem ainda, ser utilizados isoladamente, para alimentação de localidades afastadas das oficiais redes de transmissão.

A energia eólica representa, hodiernamente, uma das mais promissoras fontes energéticas naturais, mormente por seu caráter renovável, ou seja, com possibilidades infindáveis, devido ao seu não esgotamento.

Consiste em forma para produção de energia de custos em tendenciosa queda, fato que deve, nos próximos anos, fixar-se ainda com mais força, em função das novas tecnologias para construção de grandes aerogeradores.

3.2. Energia solar (fotovoltaica): breves apontamentos e caracterização

“Quanto maior for a utilização de energia elétrica e térmica oriundas de coletores solares, maior será a preservação do meio ambiente; as pessoas que utilizam a energia elétrica de origem fotovoltaica estão evitando o consumo de combustíveis fósseis e numa análise mais avançada, estão contribuindo para a diminuição da necessidade de alagamentos provocados por usinas hidroelétricas.”

(Tiradentes, 2006, p. 13)

A energia fotovoltaica materializa-se da transformação direta da luz em energia elétrica, por intermédio, tendenciosamente, de células à base de sicílio. Para obtenção de um potencial eficiente, tais células devem estar dispostas e com associação conjunta para integrarem um painel solar.

Os painéis fotovoltaicos, uma vez em funcionamento, produzem correntes contínuas, tal qual pilhas de uso comum. Faz-se necessário, nesse sentido, prover conversão (através de um aparato conversor), em forma de corrente similar àquela que alimenta os aparelhos e instrumentos domésticos, como computadores, televisores, eletrodomésticos, etc.

A tecnologia fotovoltaica, inicialmente construída para uso em satélites artificiais, instituiu-se solução proficiente para produção de eletricidade compatível à utilizada em grandes cidades e agrupamentos humanos. Além disso, sua aplicabilidade é expansiva a outros setores, como o de telecomunicações, hidráulico, funcionamento de instalações públicas (iluminação, dentre outras).

Os mecanismos de produção fotovoltaica para resultados em energia elétrica consistem, factualmente, em instâncias de avanço no que concerne à tecnologia em prol da proteção ambiental, observando-se ainda, potenciais renováveis e de difícil escasseamento nos meios naturais. Não levam, também à degradação ambiental, fatores que, em associação, justificam os investimentos no setor como forte tendência para a produção energética, nas mais distintas pátrias e no Brasil, conseqüentemente.

De custos gradualmente decrescentes, a produção energética fotovoltaica dispõe de potenciais significativos na substituição de fontes degradantes ao meio ambiente, tais como empreendimentos hidrelétricos ou atrelados à queima de combustíveis fósseis. São apontados, portanto, como ferramenta viável na reestruturação do setor elétrico do Brasil, mediante a vasta gama de benefícios suscitados com seu franco uso.

3.3. Energia da biomassa: breves apontamentos e caracterização

“Sendo o primeiro vetor energético empregado pela humanidade, a biomassa atualmente tem estado presente no contexto Mundial como uma forma energética de grande importância para a produção de eletricidade. Fatores como elevação dos custos de geração de energia elétrica segundo tecnologias convencionais, pressões sociais para com a minimização dos impactos ambientais, processo recessivo nos países industrializados devido aos sucessivos choques econômicos do petróleo, como também a crescente demanda por energia elétrica pelos Estados para aprovisionamento da infra-estrutura, tem redesenhado a matriz energética global e desencadeando reformas institucionais e estruturais no setor.”

(Vasconcelos; Veríssimo; Silveira & Bianchini, 2007, p. 1018)

A biomassa é material constituído, mormente, por substratos de origem orgânica, tais como substâncias animais, vegetais e microorganismos. Dentre as biomassas mais utilizadas perfilam-se: lenha, bagaço da cana-de-açúcar, galhos e folhas de árvores, papéis, vegetais e frutas, certos tipos de esgotos industriais e residenciais, etc.

A energia oriunda da biomassa é considerada eficiente e durável, visto que, é possível garantir seu ciclo, procedendo-se ao reflorestamento ou replantio. Daí advém seu caráter renovável, vislumbrado o fato de que toda a própria biomassa resulta de processos biológicos que fizeram uso da energia solar – elemento que, não utilizado pelo homem, acaba por retornar ao ambiente natural por intermédio de digestão e decomposição de vegetais.

Os processos que transformam a biomassa em energia elétrica são a combustão direta, a gaseificação, a fermentação, a pirólise e a digestão anaeróbica.

Especialmente no Brasil, o consumo de lenha para produção de energia com biomassa ocupa terceiro lugar no ranking mundial, o que suscita grande resultante em termos de eletricidade e abastecimento no âmago da nação, consignando, porém, alguns malefícios de ordem ambiental, com a extração madeireira incisiva, fator bastante preocupante diante dos patamares já devastados.

Em compleição, vale a pena ressaltar que, mundialmente, a produção energética através da biomassa, ainda que consignando proficiente setor pelos resultados gerados, materializa distintos problemas de ordem ambiental: desertificação pelo corte indiscriminado ou não planejado de árvores, destruição e erosão do solo, poluição resultante da própria queima da biomassa (com lançamento de gases tóxicos e poluentes na atmosfera), além de emissão de consideráveis níveis de calor.

Uma possível síntese da produção de energia através da biomassa expressa conexão entre aproveitamento de recursos naturais, renováveis, mas contrapartidas de certo modo poluentes e tóxicas ao meio ambiente, o que não eleva tal produção energética a patamares superiores ambientalmente estabelecidos, fixando, tão somente, um lugar dentre os meios para produção de energia elétrica utilizados e ativos em termos mundiais e nacionais.

3.4. Energia hidrelétrica: breves apontamentos e caracterização

“Para os economistas do Fórum Econômico Mundial (Environmental Sustainability Index, Suíça: 2000 e 2001) auto-intitulados Global Leaders for Tomorrow Environment Task Force, o nível de produção de energia hidrelétrica de um país constitui um indicador de sustentabilidade ambiental. Tal afirmação no contexto da sociedade brasileira pode contribuir para a crença de que o país caminha no sentido de um ‘desenvolvimento sustentável’ uma vez que 70,5% da capacidade instalada no país provêm de fonte hidráulica.”

(Zhouri & Oliveira, 2007, p. 120)

Energia hidrelétrica é aquela produzida em ambientes de centrais geradoras hidrelétricas ou usinas hidrelétricas. Tais empreendimentos compreendem um conjunto de equipamentos e instalações que aproveitam o potencial hídrico de rios, transformando-o em energia elétrica.

A energia hidrelétrica, forma predominante no Brasil, é tida, preliminarmente como produção limpa, isto é, que realiza-se sem implicar em prejuízos ambientais e mesmo aos ecossistemas e ao ser humano. Essa concepção está profundamente arraigada no uso de recurso abundante na natureza – a água, e no não escape/emissão de substâncias tóxicas ou poluentes degradantes ao meio ambiente.

Basicamente, uma usina hidrelétrica compõe-se de: barragem, sistemas para captação e adução de águas, casa de força e sistemas de restituição de águas ao longo do rio de que sorve recursos para seu funcionamento.

Seus aspectos positivos estão exatamente ligados ao aproveitamento e recomposição do item utilizado, em seu ambiente natural. A totalidade das águas envolvidas nos processos hidrelétricos de obtenção energética é reintegrada nos seios e cursos dos próprios rios que sediam as operações descritas. Já os pontos negativos, são assim contabilizados pela necessidade de alagamentos em áreas compreendidas no entorno dos rios utilizados como fonte de águas para as atividades hidrelétricas, o que inutiliza tais regiões para plantio, habitação e outras atividades humanas, modificando ou prejudicando ecossistemas ali viventes, o que promove ainda, segundo estudiosos do setor, mudanças climáticas facilmente observáveis.

Assim, ainda que representando forma de energia limpa, a produção hidrelétrica não figura completamente desatrelada de malefícios aos espaços e ambientes naturais, ecossistemas neles envolvidos e conseqüentemente para o ser humano enquanto ente que necessita do meio ambiente para sua sobrevida salutar.

3.5. Energia eólica e energia fotovoltaica: dicotomia líder dentre as formas de produção elétrica limpa

“Recursos energéticos renováveis são adequados para ir ao encontro de todas as necessidades energéticas potenciais, apesar de competirem com a produção de alimentos e com o lazer no que respeita à utilização da terra. No entanto, a utilização generalizada do sol e do vento exigirá novas formas de armazenamento de energia. A energia renovável fez algumas investidas na oferta de energia primária, no entanto, apesar dos custos das fontes eólicas e fotovoltaicas terem caído de forma dramática ao longo das últimas duas décadas, processo idêntico aconteceu com as energias convencionais.”

(Carvalho, 2001, p. 185)

Observada a premente necessidade contemporânea concernente à processos produtivos em energia elétrica – devido ao crescimento demográfico acentuado e inovações elétrico-tecnológicas hodiernas, mas em conexão aos clamores ambientais insculpidos, mormente, nos efeitos degradantes impingidos pela humanidade sobre os recursos naturais há milênios, faz-se necessário o elenco de energias limpas, completamente despidas de faces tóxicas ambientais.

A intervenção do homem, em seu caráter predatório e extrativista fomentou inúmeros malefícios aos recursos naturais, ao meio ambiente e aos ecossistemas a ele ligados, deflagrando uma situação alarmante e carente por efetivas atuações no sentido de retroagir os panoramas estabelecidos.

A produção de energia elétrica representa um tipo de atividade humana que, consoante à sua natureza ou modalidade, ocasiona freqüentes perturbações de ordem ambiental e atmosférica, já refletidas e sofridas pela própria humanidade, como o efeito estufa, o aquecimento global, a intensa poluição de diversas regiões e cidades – fatores que propiciam o adoecimento, não somente do meio ambiente, mas do próprio ente humano fixado nele.

Sob essa égide, e, contemplados superficialmente os mais comuns processos de produção energética praticados atualmente, pode-se, com efeito, elencar a energia oriunda de fontes eólicas e a energia fotovoltaica como as duas formas mais eficientes, eficazes e iminentes no sentido do aproveitamento de recursos naturais amplamente renováveis, sem a emissão ou lançamento de dejetos tóxicos, ou mesmo, a destruição de espaços nativos, com sua conseqüente devastação nos ecossistemas integrados.

A energia eólica, produzida com a captação de ventos e sua respectiva conversão em matrizes energéticas compatíveis àquelas de uso comum no cotidiano das grandes metrópoles e centros habitacionais, representa atividade livre de poluição e degradação ambiental, indicando proficiente setor, com ótimas prospecções presentes e futuras.

A energia fotovoltaica, oriunda do calor solar coletado e transformado em eletricidade de uso populacional, significa empreitada com ótimos níveis em eficiência e eficácia no que concerne ao seu potencial produtivo, completamente obstante de malefícios ao meio ambiente e à humanidade.

Tais fontes de produção em energia elétrica, portanto, são fixadas como as de menor grau impactante à natureza, à atmosfera, aos recursos naturais, aos ecossistemas, e às formas viventes no planeta. Merecem, factualmente, estudo, aprofundamento, pesquisa, e, especialmente, incentivo para que possam popularizar-se rapidamente, substituindo os meios de produção energética atrelados à danos ambientais e ao próprio homem. Nesse sentido, um mergulho técnico e cientifico no funcionamento, estrutura, potencial e aplicabilidade em ambientes residenciais, de energia eólica e fotovoltaica, se faz extremamente funcional, interessante e necessário, visto que a interação com todo tipo de preceito salutar à tutela ambiental é responsabilidade, não somente das classes acadêmicas, científicas e governamentais, mas da sociedade como um todo.

A produção de energia elétrica fotovoltaica, por sua notoriedade e evidência nos panoramas contemporâneos mundiais, e especialmente no Brasil, diante de sua aplicabilidade, caráter prático e funcional diante do elemento natural abundante em território nacional – o calor solar, será aqui, objeto de estudo, aprofundamento e levantamento, em suas mais amplas potencialidades técnicas e econômicas para implantação residencial generalizada, constituindo-se, possivelmente, tendência majoritária na substituição, a longo prazo, da extensa gama energética produzida de forma hidrelétrica.

CAPÍTULO IV – ENERGIA FOTOVOLTAICA: ENTRE A PRODUÇÃO LIMPA E AS POTENCIALIDADES APLICÁVEIS EM TERMOS ELÉTRICOS RESIDENCIAIS

“Das fontes de energia renovável disponíveis atualmente no mundo a que melhor se adapta ao Brasil como fonte primária é a solar, devido à situação privilegiada do País em relação à incidência de raios luminosos. A energia solar pode ser térmica, utilizada para aquecimento de água, por exemplo, ou fotovoltaica para geração de energia elétrica.”

(Kastrup, 2006, p. 50)

Edmond Becquerel, físico francês, foi o pioneiro estudioso que explanou a célula fotovoltaica, no ano de 1839. Tal advento permaneceu, tido como curiosa inovação científica nos 75 anos subseqüentes. Becquerel descobriu que determinados elementos produziam diminutas quantidades de corrente elétrica quando em exposição à luz. Esse fato científico foi inicialmente pesquisado em materiais sólidos, como o silício, por intermédio de Heinrich Hertz, nos anais de 1870. Logo depois, células de silício passaram ao ensaio da conversão luz em eletricidade, com eficiência oscilando entre 1 e 2%. Como conseqüência, o silício foi eleito rapidamente na área da fotografia, para os aparatos de medição luminosa.

As maiores iniciativas para a comercialização de células fotovoltaicas foram fomentadas no período de 1940 e princípio da década de 50, época em que, com o processo de Czochralski foi criado silício puro e cristalino. Em 1954 cientistas da Companhia Bell Laboratories, por intermédio do processo de Czochralski, criaram a primeira célula fotovoltaica de silício cristalina, apresentando eficiência de 4%.

Ainda que, tendo sido suscitadas algumas tentativas na década de 50 para utilizar células de silício em itens comercializáveis, foi no programa espacial norte-americano que a tecnologia fotovoltaica estabeleceu seu efetivo destino. Em 1958, o satélite U. S. Vanguard, de proveniência norte-americana, carregou consigo uma pequena quantidade de células fotovoltaicas para geração energética em seu rádio-transmissor. O aparato obteve consistente sucesso e, desde então, a tecnologia fotovoltaica integra o programa espacial norte-americano. Contemporaneamente, as células fotovoltaicas produzem energia para a quase totalidade dos satélites de comunicação, defesa ou estudo científico.

A figura que segue mostra as iniciais, e ainda contemporâneas utilizações de tecnologia fotovoltaica em satélites. Seria o primeiro passo para a constatação da eficácia e eficiência concernentes ao modo de produção energética em voga:

Figura 3: Emprego de células fotovoltaicas em satélites

Fonte: Camus & Eusébio, 2006, p. 2.

Destarte aos avanços conquistados, os aparatos fotovoltaicos, ainda na década de 70, eram muito onerosos financeiramente. Na metade dos anos 70, com a expansiva busca por energia e a crise mundial do petróleo, cresceu maciçamente o interesse por esta espécie de tecnologia energética. Desde então, no bojo de investimentos tacitamente elevados, as células fotovoltaicas tem poder de converter 7 a 17% de luz solar, por elas recebidas, em energia elétrica. Sendo assim, o dispêndio da energia elétrica com origem fotovoltaica tem diminuído nos últimos anos, estando ainda um tanto o quanto distante de um empreendimento com rentabilidade razoável.

As células fotovoltaicas constituem-se de elementos semicondutores, comumente o silício, ao qual são agregadas substâncias dopantes, de forma a permitir que seja verificado o efeito fotovoltaico produzido. Por efeito fotovoltaico têm-se a conversão direta da potência concernente à radiação solar, em potência elétrica de corrente contínua.

O mais importante em toda proposição para produção de energia fotovoltaica, faz-se necessário tão somente a captação dos raios solares, elemento que não somente no Brasil, mas no mundo todo, constitui-se item abundante. Kastrup (2006) menciona que:

“A quantidade de energia que a superfície da terra recebe em um dia é equivalente a 1,2 x 10, isso equivale dizer que em um minuto de insolação a terra recebe mais energia do sol do que se consome de energia em um ano no planeta.”

(Kastrup, 2006, p. 51)

Mais precisamente observando-se o território brasileiro, de acordo com a ANEEL, e com o Atlas de Irradiação Solar do Brasil/Atlas Solarimétrico do Brasil, são constatados altos índices de radiação solar, mormente evidenciada a região Nordeste, conforme disposto na figura que segue:

Figura 4: Radiação solar diária – média anual típica (Wh/m2. dia)

Fonte: ANEEL. Atlas de Energia Elétrica, 2. Ed. Home Page. http://www3.aneel.gov.br/atlas/atlas_2edicao/download.htm

Nesse sentido, pode-se vislumbrar francas potencialidades de aproveitamento do setor de produção energética fotovoltaica no Brasil, empreendimento que já inicia-se, expandindo suas aplicações crescentemente. Assim, faz-se importante, para entendimento completo da espécie energética citada, o estudo pertinente de cada parte que compõe o processo, sendo a célula fotovolcaica, um interessante ponto de partida.

4.1. A célula fotovoltaica: conceitos, características e definição

“O material mais utilizado na confecção das células que compõem um painel fotovoltaico é o sicílio. Esse elemento químico pode ser disposto de maneiras diferentes nas células fotovoltaicas, sendo que cada tipo de disposição acarreta em diferentes níveis de eficiência do equipamento.”

(Kastrup, 2006, p. 54)

Os materiais passíveis de converter a energia concernente a um fóton em tensão e correntes elétricas são os semicondutores. Premente mencionar que à temperatura de 0 K, o silício constitui-se isolador perfeito. Não existem elétrons livres para circular através do material, como verificado nos condutores. Quando a temperatura se eleva, alguns elétrons evadem do núcleo e pode haver condução. Assim, a condutividade se eleva com a temperatura contrariamente dos materiais condutores.

Nos materiais semicondutores, a energia que um elétron deve agregar para evoluir da banda de valência para a banda de condução, é, para a hipótese do silício 1,12 eV (1 eV = 1,6 x 10 -19 J – energia que o elétron recebe quando lhe é imposta uma tensão de 1V). Nesses termos 1,12 eV é a energia que um elétron  necessita para sua libertação das forças eletrostáticas que o fixam à banda de valência e passar à banda de condução. Em contrapartida da maioria dos outros semicondutores, a estrutura fotovoltaica não utiliza composição de silício puro – ao invés disso, utiliza uma tênue camada de óxido transparente, que tem alta condutividade elétrica. Camadas anti-reflexo podem ser aplicadas para cobertura da célula fotovoltaica. Os cristais policristalinos constituem-se grãos diminutos de material semicondutor. As atribuições do filme policristalino são distintas das do silício comum, provando melhor adaptação à instituição de um campo elétrico entre dois materiais semicondutores diferentes. A este tipo de conexão é dada a nomenclatura de heterojunção.

As células policristalinas possuem estrutura de heterojunção em que a camada mais externa é formada por um material semicondutor distinto da camada interna. A camada externa, comumente tipo-N, constitui uma “porta” que permite com que toda a luz seja absorvida pela camada tipo-P. A camada policristalina é extremamente fina (aproximadamente 0,1 micro). E detém a função de absorver somente a energia solar de forte espectro, deixando em separado um grande compêndio de fótons com energias do nível de 2,8 eV ou mais.

A figura a seguir demonstra a constituição da célula fotovoltaica, base da produção prática de energia elétrica renovável e completamente limpa:

Figura 5: Estrutura da célula fotovoltaica

Fonte: Portal Vitruvius. Home Page. http://www.vitruvius.com.br/arquitextos/arq000/esp268.asp

Os contatos elétricos são essenciais para a célula fotovoltaica, visto que propiciam a ligação do semicondutor com a carga externa. O contato da parte não exposta da célula é de certo modo simples e comumente consiste em chapa de alumínio ou metal. O contato frontal é mais complexo. Quando em exposição à luz solar, a célula fotovoltaica produz corrente elétrica em toda a sua superfície. Nesses termos, os contatos tão somente nas suas bordas não se fazem suficientes, devido à resistência da área superior celular. Deste feito, para obtenção de contato elétrico por toda a superfície da célula utiliza-se uma malha de metal, tendo como contraponto o escurecer das partes ativas da célula, suprimindo sua capacidade de conversão. A solução viável é projetar tal malha de forma que seja o mais tênue possível, para que fomente boas propriedades de condução, e que se espalhe por toda a superfície da célula. Em síntese essa malha deve ter espessura suficiente para que ocorra um conveniente fluxo de corrente, devendo ainda, ser fina o bastante para que não haja bloqueio da passagem referente à luz solar que incide.

A fabricação de tais malhas tem um valor elevado, sendo que são construídas com depósito de vapores metálicos numa célula, por intermédio de máscara, ou com pintura por método semelhante à serigrafia.

A próxima figura demonstra a aparência similar da malha condutora de células fotovoltaicas:

Figura 6: Malha condutora para célula fotovoltaica

Fonte: Camus & Eusébio, 2006, p. 8.

Assim defrontadas as formas, funções e atributos da célula fotovoltaica, faz-se mister compreender seu funcionamento para geração de energia elétrica, visionando a utilização dessa fonte energética para ambientes urbanos, e, mormente citados, aqueles residenciais.

4.2. Funcionamento da célula fotovoltaica

“Hoje, é necessário acelerar um ciclo que inclua a fabricação em escala cada vez maior de células fotovoltaicas e sua conseqüente aplicação para as diversas finalidades tais como a eletrificação residencial em regiões não atendidas pelas concessionárias de energia elétrica. Já são utilizados sistemas de iluminação residencial, bombeamento de águas subterrâneas, entre outros. Os custos iniciais das instalações ainda são altos, mas certamente o crescimento da demanda por este tipo de equipamento forçará a indústria a incrementar sua produção, o que fatalmente contribuirá para a diminuição do preço final.”

(Tiradentes, 2006, p. 23)

No funcionamento de uma célula fotovoltaica é empregado o princípio físico que postula que toda matéria se compõe de átomos. Tais átomos, por sua vez, se compõem por prótons de carga positiva, elétrons de carga negativa e nêutrons. O equivalente quociente de elétrons e prótons faz com que o átomo seja eletricamente neutro.

O átomo de silício possui 14 elétrons, dos quais, 4 ficam situados na banda de valência, podendo ser objeto de compartilhamento. São estes 4 elétrons que ao serem compartilhados, terão função preponderante no estabelecimento do efeito fotovoltaico.

Quando os fótons oriundos da radiação solar incidem sobre a célula, aqueles que são absorvidos se chocam com os átomos de silício, libertando os seus elétrons de valência, os quais adquirindo energia saem de sua posição, suscitando uma lacuna, que posteriormente será ocupada por outro elétron, originando-se assim um par elétron-lacuna. O elétron terá que seguir tendência para retornar à sua banda de valência, apresentando perda da energia adquirida. Para obtenção do efeito fotovoltaico é mister criar um campo elétrico que force os elétrons para um lado, e as lacunas para outro, suscitando dessa forma, corrente elétrica.

Para a criação de um campo elétrico dentro de uma célula fotovoltaica, são dispostos de forma intercalada, dois semicondutores separados tipo P (semicondutor dopado com uma substância dotada de 3 elétrons de valência na última camada eletrônica, usualmente o Boro) e tipo N (semicondutor dopado com uma substância dotada de 5 elétrons de valência na última camada eletrônica, usualmente o Fósforo). Embora os materiais citados sejam eletricamente neutros, o silício tipo-N tem mais um elétron na camada de valência que o silício puro, e o tipo P possui menos um elétron na camada de valência que o silício puro, sendo que desta junção, origina-se uma junção P-N através da qual cria-se um campo elétrico.

Nesses termos, Camus e Eusébio (2006) concluem tal processo postulando que:

“Deste modo, ao intercalar os dois semicondutores os elétrons com origem nas impurezas do semicondutor tipo-N fluem para o semicondutor tipo P, originando lacunas no primeiro, através do fluxo de elétrons e lacunas, os dois semicondutores comportam-se como uma bateria e criam um campo elétrico na junção P-N. É este campo elétrico que faz saltar os elétrons para a superfície e os disponibiliza ao circuito elétrico exterior (corrente elétrica), no mesmo instante, as lacunas movem-se na direção oposta, ou seja, para a superfície positiva onde as esperam os elétrons para se recombinarem dando assim origem a um processo contínuo.”

(Camus & Eusébio, 2006, p. 9)

A figura que segue esquematiza o movimento dos elétrons num átomo, conforme descrevem Camus e Eusébio, isto é, na junção P-N, onde ocorre o campo elétrico das células fotovoltaicas:

Figura 7: Esquema do movimento dos elétrons num átomo de junção P-N

Fonte: Camus & Eusébio, 2006, p. 9.

Quando um fóton com potência superior a 1,12 eV de energia é absorvido por uma célula fotovoltaica, um elétrons passa para a banda de condução vagando uma lacuna na banda de valência, o que cria o denominado par elétron-lacuna. Quando tais cargas móveis atingem a espaço circunscrito da junção, o campo elétrico da área de contato força as lacunas para o lado P e os elétrons para o lado N. Os elétrons do lado N navegam através da carga, até ao lado P onde se recombinam com as lacunas.

Institui-se, então, campo elétrico que faz mover os elétrons em direção à superfície, e os dispõem ao circuito elétrico exterior – corrente elétrica – fato ocorrido em sucessão. Eis que é depreendida a energia elétrica da célula fotovoltaica.

4.4. Enfim a produção de energia elétrica solar: sistemas e painéis fotovoltaicos

Compreendida a expressividade da pureza concentrada na energia solar, suas possibilidades de captação conversão, descobre, o homem uma alternativa de produção em energia elétricas sem similares, tanto pelo recurso primário abundante (especialmente no Brasil por sua extensiva recepção em raios solares), quanto pela imensa e absoluta gama de benefícios ao meio ambiente, que diante de tal forma de obtenção energética, não é agredido, degradado ou mesmo violentado em mínimas proporções.

Tal descoberta, porém, não consignou acaso ou mesmo, matéria de fácil acesso ou manipulação. Foram anos de pesquisas, avanços pequenos e médios, até ser deflagrada, na íntegra, a tecnologia fotovoltaica aplicável à obtenção de energia elétrica.

Kastrup (2006) cita Markvart (2000) e sintetiza de forma esquemática os maiores vértices na trajetória da pesquisa e das descobertas concernentes à produção energética fotovoltaica, conforme disposto na tabela abaixo:

Tabela 7: Evolução dos estudos e descobertas sobre o efeito fotovoltaico

Fonte: Kastrup, 2006, p. 53.

Diante de tais marcos evolutivos, muitas pesquisas e trabalho progressivo, a contemporaneidade pôde vislumbrar completude para os aparatos que vertem energia solar em energia elétrica, isto é, painéis fotovoltaicos, que observadas as suas potencialidades, comumente integram sistemas fotovoltaicos, passíveis de maior e mais funcional produção em energia elétrica.

Um painel fotovoltaico consiste em empreendimento que utiliza-se de células fotovoltaicas na captação da radiação solar para produção energética. A construção de um painel fotovoltaico pressupõe o uso de:

  • Aproximadamente 30 a 40 células (fotovoltaicas), comumente de sicílio monocristalino, ligadas em série fazendo 12 V de saída;
  • Caixa resistente, comumente composta por aço (com tratamento anti-corrosivo);
  • Material isolante para apoiar as células (EVA usado com freqüência);
  • Vidro para superfície de contato com a luz do sol (dotado de grande resistência e transparência);
  • Diodos de passo, para evitar situação em que uma célula encoberta, ou com rendimento fraco prejudique a potência de todo o painel;

Kastrup (2006) delineia figura que mostra esquematicamente a estrutura de ligação das células fotovoltaicas seriadas com a utilização do diodo de passo:

Figura 8: Esquema de ligação de células fotovoltaicas em série com diodo de passo

Fonte: Katrup, 2006, p. 56

Os sistemas fotovoltaicos, por sua vez, consistem em instalações com propósito de coletar energia solar e transformá-la em energia elétrica. Tais aparatos encontram-se, contemporaneamente, em evolução progressiva, ganhando de forma crescente, bons níveis de sofisticação. Nesses termos, e de acordo com os postulados de Tiradentes (2007), é possível compor sistemas fotovoltaicos para 110 ou 220 Vca dispondo dos seguintes itens:

  • Uma (ou mais) placas solares;
  • Um regulador de carga (para evitar situações de sobrecarga ou descarga total da bateria)
  • Baterias;
  • Inversor (transforma correntes de 12 Vcc em 110 ou 220 Vac);
  • Aparato 12 V (a ser energizado);
  • Aparato 110 ou 220 V (a ser energizado).

Tiradentes (2007) acrescenta ainda que:

“Os equipamentos citados acima nem sempre vão estar presentes em todas as instalações ou sistemas de captação e conversão da energia solar em eletricidade. Uma instalação de bombeamento de água, por exemplo, pode ser construída de forma mais simples, bastando ligar as placas diretamente à bomba, prescindindo até de um banco de baterias. Obviamente, tal sistema só funcionará quando houver insolação suficiente para a geração de energia.”

(Tiradentes, 2007, p. 31)

A figura que segue mostra um sistema fotovoltaico em pleno funcionamento, representando forte tendência para substituição de outras práticas em produção energética, para todos os países, incluindo-se o Brasil, um dos líderes no uso de energia oriunda de hidrelétricas:

Figura 9: Sistema fotovoltaico em funcionamento

Fonte: Oliclima. Home Page. http://oliclima.com/

Dependendo da necessidade, várias placas podem ser dispostas e coligadas em paralelo. Vultosos sistemas utilizando séries de baterias podem razoavelmente suprir diferentes (e consistentes) necessidades energéticas. Em virtude de suas características construtivas, os empreendimentos fotovoltaicos podem ser fragmentados em três grupos:

  • Sistemas isolados: necessitam de alguma forma de armazenagem da energia coletada e convertida, sendo conjuntos de baterias, uma delas.
  • Sistemas híbridos: são os que sem conexão com a rede convencional apresentam distintas formas de geração energética, como turbinas eólicas, geração diesel, módulos fotovoltaicos, etc. Em síntese, representam conexão entre vários sistemas diferentes para geração de energia para melhor aproveitamento dos recursos existentes, de acordo com as situações em curso.
  • Sistemas ligados à rede: com grandes quocientes em painéis fotovoltaicos, não usando armazenamento de energia, sendo toda sua geração entregue à rede.

A opção por um dos usos acima descritos dependerá do ambiente e da demanda elétrica de onde serão fixados, seus fins e possibilidades de construção. Importante é salientar que qualquer deles carrega consigo as vantagens e potencialidades referentes à captação solar e sua aplicação na produção de energia elétrica limpa, segura e absolutamente viável para todo tipo de uso, seja doméstico, comercial ou industrial.

4.5. A energia solar fototérmica

“Nesse caso, o interesse está na quantidade de energia que um determinado corpo é capaz de absorver, sob a forma de calor, a partir da radiação solar incidente no mesmo. A utilização dessa forma de energia implica saber captá-la e armazená-la.”

(Tiradentes, 2007, p. 34)

A energia solar fototérmica é aquela implementada no intuito da absorção da radiação solar em corpos passíveis de retenção e armazenamento da mesma, para aquecimento e uso de fluidos. Os aparatos mais conhecidos com o fim determinado de se usar a energia solar fototérmica são conhecidos com a nomenclatura de coletores solares.

Os coletores solares planos são, hodiernamente, concomitantemente empregados para aquecimento de água em ambientes residenciais, hospitais, hotéis, dentre outros, em virtude da praticidade propiciada e da supressão no consumo de energia elétrica, que no caso brasileiro, é predominantemente hidrelétrica, impingindo pequenos males ao meio ambiente circundante, conforme disposto anteriormente.

A figura que segue ilustra a hipótese de obtenção em energia fototérmica para um ambiente residencial:

Figura 10: Esquema residencial para produção de energia fototérmica

Fonte: CiêncioMania. Home Page. http://cienciomania.blogs.sapo.pt/7487.html

A energia fototérmica tem sido amplamente difundida, e notoriamente utilizada, de forma crescente, mormente vislumbrada a economia de energia elétrica em períodos isolados, e diferentes regiões do mundo. No Brasil, logradouros com baixo acesso à energia elétrica convencional (hidrelétrica, majoritariamente), fazem uso de produção energética fototérmica, conceito que contemporaneamente vem sendo bastante difundido e sugerido como solução viável para aquecimento de água visando consumo familiar.

Em síntese, tanto a energia produzida via fontes fotovoltaicas, quanto fototérmicas constitui unanimidade e premência para um breve futuro, tanto no Brasil quanto em todo o planeta, vislumbrados seus processos e minimização ou mesmo afastamento total das práticas poluentes e degradantes ao meio ambiente – temática que sustenta e levanta novas bandeiras, especialmente concernentes ao desenvolvimento sustentável e resguardo pertinente aos recursos naturais, ecossistemas, e ao próprio ser humano.

CAPÍTULO V – VANTAGENS TÉCNICAS E ECONÔMICAS COM O USO DE ENERGIA FOTOVOLTAICA E FOTOTÉRMICA EM AMBIENTES RESIDENCIAIS BRASILEIROS

“O Brasil possui uma forte base hidráulica em sua matriz elétrica. Contudo, o estímulo a outras fontes ‘modernas’ de energias renováveis é ainda bastante incipiente comparado à média mundial, apesar dos esforços feitos pelo governo federal por meio do Programa de Incentivo a Fontes Alternativas de Eletricidade (Proinfa). Além disso, o país é um paradigma mundial pelo seu vigoroso programa de biomassa moderna no setor de transportes baseado no etanol. O consumo de lenha, biomassa tradicional, ainda é elevado. A posição relativamente confortável que o país possui em sua matriz energética pode, entretanto, ser colocada em risco, uma vez que há diferentes posicionamentos sobre os rumos que o país deve seguir nessa área.”

(Goldemberg & Lucon, 2007, p. 8)

Hodiernamente confrontado com as prementes necessidades de resguardo ambiental, o consumo e produção energética consignam temáticas que se engajam no bojo de novas apreensões mundiais, concernentes à incisiva poluição impingida ao meio ambiente, e à maciça degradação ambiental – espólio oriundo já de outras e pretéritas gerações.

Com a disseminação e acesso aos mais variados canais de mídia insculpidos hodiernamente, certames como o Protocolo de Kyoto, trâmites constitucionais, legais e jurisprudenciais representam elementos de conhecimento público, para que novas consciências possam florescer, não somente instituídas pelas governanças mundiais, mas pelo próprio cidadão, enquanto cliente da natureza, necessariamente para sua sobrevida em condições favoráveis no planeta.

Dotado de abundância em águas, o Brasil fixou trajetória no setor energético, instintivamente norteado pela produção hidrelétrica, para o abastecimento de grande parte da demanda em energia elétrica para os mais variados fins. Preliminarmente consagrada no ideário social e político como fonte produtiva energética abstraída de malefícios aos ambientes naturais e ecossistemas, a atividade hidrelétrica apresenta, com efeito, entrelinhas onde, mesmo que minimizado, é corrente o impacto ambiental gerado, especialmente nas áreas circundantes aos rios que abrigam usinas.

Sorvendo legados de estudos, pesquisas e do próprio avanço científico galgado por outros países no que tange à produção energética, o Brasil atualmente passa por modestas progressões e mutações com relação aos agentes produtores de energia elétrica, articulando novos empreendimentos coligados ao setor, porém mormente sustentados na máxima do agasalhamento ambiental, isto é, instituindo, construindo e edificando fontes para produção de energia elétricas limpas – sendo a produção fotovoltaica e fototérmica, vértices de um novo contexto nacional.

Para a transformação da radiação solar em energia elétrica, o Brasil apresenta otimistas prognósticos, haja vista que, em sua extensão territorial, é beneficiário amplo em raios solares. Dados da ANEEL no Atlas de Irradiação Solar do Brasil, 2. Ed. dispõem que a média diária de recepção solar brasileira é de 4 a 7 horas diárias, conforme mostra a figura que segue:

Figura 11: Média de insolação diária do Brasil

Fonte: ANEEL. Atlas de Energia Elétrica, 2. Ed. Home Page. http://www3.aneel.gov.br/atlas/atlas_2edicao/download.htm

Sendo assim, existe fonte primária para produção energética fotovoltaica nas mais variadas regiões do País, ponto de grande relevância em se tratando de um ideário no sentido da implantação dessa atividade em produção energética. A questão preponderante que se estabelece aqui é a demanda por energia elétrica brasileira e a possibilidade de satisfação desta por intermédio da energia produzida de forma fotovoltaica – um exame interessante para aferição das reais vantagens e hipóteses de substituição de fontes hidrelétricas por sistemas fotovoltaicos.

5.1. Demanda por energia elétrica no Brasil X condições de satisfação por sistemas fotovoltaicos

O Brasil detém extensão territorial de aproximadamente 8,5 milhões de km2 e população de 170 milhões de habitantes, o que representa uma densidade demográfica de 20 habitantes por km2. Existe, no entanto, grande concentração da população brasileira e de suas relativas atividades socioeconômicas em diminuta proporção do território nacional. Com somente 11% do território brasileiro, a região Sudeste possui cerca de 43% da população e 56% em termos de poder aquisitivo. Em contrapartida, a região Norte detém a 45% do território nacional, 8% da população brasileira e tão somente 4,5% do poder aquisitivo. Contempla-se, ainda, que 28% da população brasileira está fixada na região Nordeste, que possui apenas 14,4% do poder aquisitivo.

Tal situação, coincidentemente, equivale e reflete-se diretamente na questão do acesso à energia elétrica, que, com efeito, é mais abrangente nas regiões e logradouros dotados de maior abundância monetária, maior atividade produtiva, e por conseqüência, maior poder de compra por parte de seus habitantes.

Nesses termos, as maiores taxas de eletrificação nos domicílios brasileiros está concentrada, de acordo com dados do Censo Demográfico de 2000, nas localidades mais abastadas financeiramente, isto é, existe correlação entre a taxa de eletrificação residencial e os demais indicadores socioeconômicos. Os melhores índices estão, assim fixados nas regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste. Regiões com baixo nível de eletrificação estão concentradas em: Alto Solimões, Amazonas, Pará, Acre, Tocantins, Maranhão, Piauí, Ceará e Bahia.

A figura que segue dá mostras dos índices de eletrificação no território nacional, onde é possível observar a questão das condições socioeconômicas em confronto com a disposição e distribuição de energia elétrica:

Figura 12: Níveis de eletrificação no Brasil

Fonte: ANEEL. Atlas de Energia Elétrica, 2. Ed. Home Page. http://www3.aneel.gov.br/atlas/atlas_2edicao/download.htm

Evidenciado o atendimento em energia elétrica e seu caráter de não-uniformidade, entende-se que a instalação de sistemas fotovoltaicos como uma alternativa proficiente no sentido de suprir áreas onde os sistemas convencionais majoritários (hidrelétricos) não depreende efetiva cobertura.

É fato que a matéria prima para produção de energia fotovoltaica (os raios solares) depende das condições climáticas e atmosféricas, e que apenas parte da radiação solar atinge a terra, em detrimento da absorção dos raios solares pela atmosfera. No entanto, a energia solar incidente sobre o planeta representa 10 mil vezes o consumo energético mundial, e na mesma ordem, pode-se aplicar tal conceito ao Brasil.

O consumo de energia elétrica no Brasil tem de médias a grandes proporções, especialmente se observada a extensão territorial englobada, intensificando-se expressivamente em regiões mais abastadas financeiramente, como Sudeste e Sul, conforme mostra a tabela que segue:

Tabela 8: Consumo de energia elétrica (GWh), segundo as classes de consumo – Brasil e regiões

Fonte: ANEEL. Atlas de Energia Elétrica, 2. Ed. Home Page. http://www3.aneel.gov.br/atlas/atlas_2edicao/download.htm

Grande, no entanto, é a incidência de radiação solar que também pode ser correlacionada às mesmas regiões onde o consumo elétrico é considerado exacerbado, em virtude da atividade produtiva e fixação residencial crescente. Sob essa égide, é possível concluir que existe total possibilidade para implantação de sistemas fotovoltaicos e/ou fototérmicos para substituição/completude em abastecimento energético, não somente para localidades brasileiras cujas rendas e poderes aquisitivos se fazem superiores. Tal implantação efetivamente depende, em primeiro, do poder público, e posteriormente, de atitudes isoladas, oriundas de empresas, indústrias, conglomerados empresariais engajados no ideário de desenvolvimento sustentável, conceito amplamente disseminado contemporaneamente.

Segundo panoramas e dados colhidos pela ANEEL, o uso de sistemas fotovoltaicos já representa realidade usual nas regiões Sudeste e Sul em função de suas características climáticas (dentre outros fatores de ordem socioeconômica). Já nas regiões Norte e Nordeste, a produção energética fotovoltaica é corrente em virtude de seu isolamento em relação à eletrificação plena.

No Brasil, as principais iniciativas voltadas à avaliação da disponibilidade de radiação solar e seu conseqüente uso em sistemas fotovoltaicos são: 1) Atlas Solarimétrico do Brasil (Universidade Federal de Pernambuco e Companhia Hidrelétrica do São Francisco em parceria com o Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito); Atlas de Irradiação Solar no Brasil (Instituto Nacional de Meteorologia e Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina); os quais buscam levantar dados e informações que sirvam de base para o advento de produção fotovoltaica segura e bem direcionada.

Assim, o Brasil já apresenta condições e tecnologias para progressivo complemento, expansão e mesmo, substituição de produção energética hidrelétrica, através de biomassa, ou de combustíveis fósseis por formas absolutamente limpas, como em destaque, a energia produzida com uso de recursos renováveis – tais quais, os raios solares, tendência crescentemente difundida e exaltada, mormente vislumbrados os seus eficientes benefícios ao meio ambiente.

5.2. Entre os custos e as vantagens técnico-econômicas da produção energética fotovoltaica para ambientes residenciais no Brasil

“Hoje, é necessário acelerar um ciclo que inclua a fabricação em escala cada vez maior de células fotovoltaicas e sua conseqüente aplicação para as diversas finalidades tais como a eletrificação residencial em regiões não atendidas pelas concessionárias de energia elétrica. Já são utilizados sistemas de iluminação residencial, bombeamento de águas subterrâneas, entre outros. Os custos iniciais das instalações ainda são altos, mas certamente o crescimento da demanda por este tipo de equipamento forçará a indústria a incrementar sua produção, o que fatalmente contribuirá para a diminuição do preço final.”

(Tiradentes, 2007, p. 23)

Factualmente, enquanto nova tecnologia, inicialmente utilizada para satélites espaciais, a produção de energia fotovoltaica não representa custo irrelevante, seja este oriundo de governanças ou de iniciativas isoladas. Como toda tendência nova, chega e permanece, durante algum tempo no mercado, atrelada a valores elevados. Comprovada sua eficiência e entrada efetiva no mercado, fixada sua demanda e expansão de utilização, um prognóstico otimista para a diminuição de valores é estimada a curto prazo.

Para a geração em escala comercial, ou mesmo residencial, o maior obstáculo relacionado aos custos referentes é correlacionado ao valor das células, que atualmente variam de 5 a 15 vezes os custos unitários de uma usina movida a gás natural operando com ciclo combinado – capital este que vem diminuindo nos últimos anos. Os valores estão fixados na ordem de US$ 200 a US$ 300 por megaWatt-hora e entre US$ 3/US$ 7 mil por quiloWatt instalado.

A tabela que segue, dispõe de forma geral, os custos para células solares, utilizadas na produção de energia fotovoltaica:

Tabela 9: Eficiência e custo de células solares

Fonte: ANEEL. Atlas de Energia Elétrica, 2. Ed. Home Page. http://www3.aneel.gov.br/atlas/atlas_2edicao/download.htm

Com relação ao implemento para satisfação de energia elétrica residencial, sua viabilidade ainda, para ser rentável, deve estar coligada a investimentos de ordem pública e, em caso de levantamento de capital privado, a melhor alternativa está consignada à aplicação direcionada para localidades/logradouros onde o atendimento seja feito, para médios quocientes em residências, e não para casas/apartamentos isolados, ainda que esta seja uma possibilidade realizável.

Como levantado anteriormente, os custos apresentados contemporaneamente ainda são relativamente altos, o que torna inviável estruturações domésticas isoladas para a construção de um sistema de abastecimento fotovoltaico que atenda somente à uma residência, mas, em conjunto, especialmente atrelado à pequenas regiões (englobando número médio/significativo) de ambientes residenciais, significa pleito positivo e proficiente, considerando-se lapso temporal, de médio a longo, especialmente salientada a preservação ambiental envolvida.

A figura que segue esquematiza um sistema de geração energética fotovoltaica, seus elementos constituintes e processo de funcionamento:

Figura 13: Sistema fotovoltaico de geração em energia elétrica – estrutura e funcionamento

Fonte: ANEEL. Atlas de Energia Elétrica, 2. Ed. Home Page. http://www3.aneel.gov.br/atlas/atlas_2edicao/download.htm

As vantagens de ordem técnica e econômica atreladas ao incremento de sistemas fotovoltaicos para produção de energia elétrica referem-se principalmente à tutela ambiental, ao desenvolvimento sustentável, à produtividade eficiente, ao teor de limpeza da atividade em geral, à economia na manutenção, à gratuidade da matéria prima envolvida (radiação solar) – seu caráter não-esgotável, ao franco horizonte de barateamento que a tecnologia promete a médio prazo, o que viabiliza plenamente sua adoção de forma crescente e para atendimento cada vez maior em termos residenciais/industriais/comerciais no que tange à energia elétrica total utilizada.

No que concerne aos investimentos governamentais, já há crescente ideário e iniciativas para o fortalecimento do setor. Estima-se expansão do setor, seu crescimento e fortalecimento em futuro breve, atendendo grandes compêndios populacionais, ainda que represente hodiernamente área carente de maiores estudos, empreendimentos e investimentos aplicados efetivamente. Sob égide privada, algumas empresas já se utilizam de produções energéticas fotovoltaicas para seus processos industriais no Brasil. Um exemplo mensurável é o da marca de biscoitos salgados Sun Chips, vendida nos Estados Unidos pela Frito-Lay – presente no Brasil sob o nome Elma Chips , que registrou um aumento de 17,6% em vendas nos 12 meses após anunciar, há aproximadamente um ano, o uso de energia solar na produção do biscoito. A estratégia em conexão direta com a marca (que em português significa “sol”) foi apoiada por um planejamento de mídia, com custo de US$ 15 milhões nos quatro meses iniciais. Tais resultados trazem ânimo muitas outras empresas, que seguindo as convenções hodiernas concernentes ao desenvolvimento sustentável e preservação dos recursos naturais, têm elegido os sistemas fotovoltaicos como líderes na produção energética limpa, renovável e ecologicamente correta.

Nesses termos, uma possível conclusão, no que tange ao abastecimento residencial por fontes fotovolcaicas, dá conta de um mercado em ampla progressão, e com futuro promissor, de acordo com a baixa de preços para instalação de sistemas integrados, cuja potência é amplamente capaz para o funcionamento dos mais variados espaços e ambiente familiares, nos seus mais distintos recursos dependentes de energia elétrica. Assim, movimento e expansão são as duas expressões mais cabíveis ao processo de produção elétrica fotovoltaica em termos residenciais no Brasil.

CONCLUSÃO

A atividade humana no planeta, logo em seus primórdios fixou a necessidade de força motriz, mesmo em pleitos simplificados, como a produção agrícola e pecuária primitiva. Com a progressão dos nichos e eixos populacionais, o incremento das atividade comerciais e industriais em anexo aos avanços técnicos, científicos e sociais – sendo o advento da energia elétrica um marco fundamental no sistema produtivo humano; firmou-se maior demanda pela integração da eletricidade nas mais variadas áreas e setores vitais, das mais distintas camadas coletivas do globo.

Sem qualquer dúvida, a energia elétrica consiste em item de premente necessidade contemporânea, residencial, industrial e comercialmente, observada também a produção científica e tecnológica que urge em ritmo frenético e de forma globalizada nos mais variados cantos do mundo.

Nesse sentido, cada país fixou sua forma de produção energética majoritária. O Brasil primordialmente em sua historiografia, e considerando seu potencial aqüífero, instituiu a atividade hidrelétrica como principal fonte de abastecimento em energia elétrica de uso efetivo na maioria de suas regiões e logradouros, seguida de uso de combustíveis fósseis, biomassa, dentre outros.

Ocorre que, evidenciados os hodiernos debates e certames que objetivam pertinente agasalhamento ambiental e proteção dos recursos naturais/ecossistemas, novas fontes de produção energética têm sido tomados como ideário para o resguardo eficiente do planeta.

Com apoio de descobertas e estudos científicos datados de longo prazo, a produção de energia fotovoltaica é eleita, contemporaneamente, como um das que produz menor impacto ambiental, vislumbrada sua matéria prima original (a radiação solar), sua abundância na natureza e caráter absolutamente renovável. Tais aspectos, em se tratando de termos nacionais, são potenciados em virtude da extensão territorial do País, o que faz suscitar amplas possibilidades para implemento proficiente de sistemas para geração de energia elétrica fotovoltaica.

Assim, progressivos atos e considerações de ordem governamental sucedem no sentido de agregar a energia fotovoltaica dentre os maiores geradores em eletricidade de uso residencial, comercial e industrial no Brasil, bem como efetivas são iniciativas de ordem privada para verdadeira materialização do setor.

Os custos para a realização palpável em produção energética fotovoltaica ainda são altos, vislumbrado o tenro advento de tecnologias correlatas, porém, constitui-se campo dotado de prognósticos otimistas, com sua entrada no mercado e conseqüente barateamento do itens e equipamentos necessários para conversão da radiação solar em energia elétrica compatível ao uso comum nacional.

Assim, já é viável o implemento de sistemas fotovoltaicos para o abastecimento energético de regiões e logradouros cujos sistemas de satisfação elétrica convencionais (hidrelétricos) se fazem ausentes, ainda que sustentados em esforços econômicos majorados, se comparados à outros.

No entanto, a instituição de produção energética fotovoltaica apresenta inúmeras vantagens, e especial proteção ao meio ambiente, visto que não lança substâncias poluentes, nem tampouco explora recursos naturais que possam tornar-se escassos. Assim, constitui-se unanimidade para elencar, em futuro breve, parte, quem sabe, majoritária, no abastecimento residencial para as mais distintas regiões do País. Implica porém, incentivos e investimentos governamentais, bem como de ordem privada, mas principalmente entendimento social de seus benéficos ambientais e da conseqüente sobrevivência, das espécies e do próprio ser humano no planeta.

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