CONTRIBUIÇÃO DA FONTE SOLAR FOTOVOLTAICA NA MATRIZ ELÉTRICA DO ESTADO DO PARANÁ NO HORIZONTE 2050

Abstract

Resumo: Atualmente as hidroelétricas contribuem com uma grande porcentagem na geração de energia elétrica no País, mas com as dificuldades de expansão dessa fonte em decorrência dos impactos ambientais e sociais. Com isto, se faz necessária a utilização de outras fontes energéticas para a geração de energia elétrica, principalmente àquelas provenientes de fontes renováveis de energia como a biomassa, eólica, e a solar fotovoltaica que apresenta com ótimo potencial, principalmente quando se analisa a demanda de energia elétrica prevista no horizonte 2050. No estado do Paraná também se observa este mesmo crescimento na demanda, e devido ao fato do estado possuir altos índices de irradiação solar, é apresentado neste trabalho a viabilidade da inserção da fonte solar fotovoltaica na matriz elétrica do estado ao longo das próximas décadas. A partir dos estudos já existentes de irradiação solar e de produtividade dos sistemas fotovoltaicos no estado do Paraná, verifica-se que é viável a inserção de Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica (SFVCR) de forma gradual, ao longo dos próximos anos, visando suprir esta demanda adicional. Palavras chave: Energia Solar Fotovoltaica, Matriz Elétrica, Paraná, Horizonte 2050 1. INTRODUÇÃO Nos dias de hoje, as hidroelétricas contribuem com uma grande porcentagem na geração de energia elétrica no país. Entretanto, a contribuição desta fonte na matriz elétrica nacional tende a diminuir devido aos impactos ambientais e sociais, ocasionados em função da formação dos seus reservatórios [1]. Observa-se ainda o aumento da participação das fontes fósseis na geração de energia elétrica através das termelétricas. Com isto, há a necessidade de estudos para conhecimento da evolução da demanda de energia elétrica no Brasil, em um horizonte de longo prazo, e em específico para o estado do Paraná, com o intuito de fornecer informações importantes para uma melhor gestão da energia no estado com o menor impacto possível ao seu meio ambiente. Diante deste cenário, há a necessidade de investimentos em outras fontes de energia além das hidrotérmicas, como as fontes renováveis de energia não-hidro, em destaque a solar fotovoltaica, aliado a uma política pública favorável à essa implantação visto que o Brasil e o Paraná possuem cenários favoráveis para a disseminação deste tipo de fonte nas suas matrizes elétricas. Observa-se na Figura 1, que nos últimos anos houve uma alteração na composição na matriz elétrica nacional, além da redução da participação das hidrelétricas e aumento das termelétricas a combustíveis fósseis, passa a figurar neste cenário as renováveis não-hidro, com destaque para a biomassa e a eólica, sendo que no último ano começa a aparecer a energia solar fotovoltaica, porém ainda de forma incipiente. Fig. 1. Porcentagem de participação na geração de energia elétrica por tipo de fonte – Brasil Fonte: Adaptado de [2] [3] [4] [5] [6] [7] Devido a limitação na expansão das hidroelétricas e do alto custo de operação das termelétricas, há a necessidade de um planejamento referente à evolução da demanda de energia elétrica no Brasil e no estado do Paraná para os próximos anos, em especial no horizonte 2050.

Full text

CONTRIBUIÇÃO DA FONTE SOLAR FOTOVOLTAICA NA MATRIZ ELÉTRICA DO
ESTADO DO PARANÁ NO HORIZONTE 2050
CIEI&EXPO 2016
Lucas César Lourenço de Moraes ¹, João Nicolau Gaio ², Jair Urbanetz Junior ³, Gerson Máximo Tiepolo 4,Ênio Bueno
Pereira 5, Silvia Vitorino Pereira 6, Alisson Rodrigues Alves7
1UTFPR, Curitiba, Brasil, lclm.moraes@gmail.com
2UTFPR, Curitiba, Brasil, nicolau_gaga@hotmail.com
3UTFPR, Curitiba, Brasil, urbanetz@utfpr.edu.br
4 UTFPR, Curitiba, Brasil, tiepolo@utfpr.edu.br
5 INPE, São José dos Campos, Brasil, enio.pereira@inpe.br
6 INPE, São José dos Campos, Brasil, silvia.pereira@inpe.br
7PTI, Foz do Iguaçu, Brasil, alisson@pti.org.br
Resumo: Atualmente as hidroelétricas contribuem com uma grande porcentagem na geração de energia elétrica no País, mas
com as dificuldades de expansão dessa fonte em decorrência dos impactos ambientais e sociais. Com isto, se faz necessária a
utilização de outras fontes energéticas para a geração de energia elétrica, principalmente àquelas provenientes de fontes
renováveis de energia como a biomassa, eólica, e a solar fotovoltaica que apresenta com ótimo potencial, principalmente
quando se analisa a demanda de energia elétrica prevista no horizonte 2050. No estado do Paraná também se observa este
mesmo crescimento na demanda, e devido ao fato do estado possuir altos índices de irradiação solar, é apresentado neste
trabalho a viabilidade da inserção da fonte solar fotovoltaica na matriz elétrica do estado ao longo das próximas décadas. A
partir dos estudos já existentes de irradiação solar e de produtividade dos sistemas fotovoltaicos no estado do Paraná, verifica-
se que é viável a inserção de Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede Elétrica (SFVCR) de forma gradual, ao longo dos
próximos anos, visando suprir esta demanda adicional.
Palavras chave: Energia Solar Fotovoltaica, Matriz Elétrica, Paraná, Horizonte 2050
1. INTRODUÇÃO
Nos dias de hoje, as hidroelétricas contribuem com uma
grande porcentagem na geração de energia elétrica no país.
Entretanto, a contribuição desta fonte na matriz elétrica
nacional tende a diminuir devido aos impactos ambientais e
sociais, ocasionados em função da formação dos seus
reservatórios [1]. Observa-se ainda o aumento da
participação das fontes fósseis na geração de energia elétrica
através das termelétricas.
Com isto, há a necessidade de estudos para
conhecimento da evolução da demanda de energia elétrica
no Brasil, em um horizonte de longo prazo, e em específico
para o estado do Paraná, com o intuito de fornecer
informações importantes para uma melhor gestão da energia
no estado com o menor impacto possível ao seu meio
ambiente. Diante deste cenário, há a necessidade de
investimentos em outras fontes de energia além das
hidrotérmicas, como as fontes renováveis de energia não-
hidro, em destaque a solar fotovoltaica, aliado a uma política
pública favorável à essa implantação visto que o Brasil e o
Paraná possuem cenários favoráveis para a disseminação
deste tipo de fonte nas suas matrizes elétricas.
Observa-se na Figura 1, que nos últimos anos houve uma
alteração na composição na matriz elétrica nacional, além da
redução da participação das hidrelétricas e aumento das
termelétricas a combustíveis fósseis, passa a figurar neste
cenário as renováveis não-hidro, com destaque para a
biomassa e a eólica, sendo que no último ano começa a
aparecer a energia solar fotovoltaica, porém ainda de forma
incipiente.
Fig. 1. Porcentagem de participação na geração de energia elétrica por
tipo de fonte – Brasil
Fonte: Adaptado de [2] [3] [4] [5] [6] [7]
Devido a limitação na expansão das hidroelétricas e do
alto custo de operação das termelétricas, há a necessidade de
um planejamento referente à evolução da demanda de
energia elétrica no Brasil e no estado do Paraná para os
próximos anos, em especial no horizonte 2050.

2. MÉTODOS
O Brasil terá um aumento em seu consumo de energia
elétrica para os próximos anos, necessitando de maior oferta
de energia para abastecer as unidades consumidoras. A
projeção da demanda de energia elétrica do país para 2050
será de 1.624 TWh [8], muito superior aos 581,48 TWh
apresentados em 2015 [7].
Com esses dados de consumo de energia elétrica do
Brasil, pôde-se estimar para o Paraná um crescimento no
consumo de energia elétrica no horizonte de 2050. Foi
observado, a partir do histórico paranaense do consumo de
energia elétrica entre 2004 e 2014, a participação de
demanda do estado em relação ao Brasil que foi de
aproximadamente 4,95%, como é mostrado na Tabela 1.
Tabela 1. Consumo Total de Energia Elétrica no Paraná e Brasil (2004
– 2014)
Fonte: Adaptado de [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]
Anos
Consumo Total de Energia Elétrica (GWh)
% Participação
do Paraná em
relação ao Brasil
Paraná
Brasil
2004
18.162
387.452
4,69%
2006
21.079
419.383
5,03%
2007
22.338
445.149
5,02%
2008
23.600
463.120
5,10%
2009
23.762
466.158
5,10%
2010
25.165
515.799
4,88%
2011
25.845
531.758
4,86%
2012
26.989
552.498
4,88%
2013
28.118
570.025
4,93%
2014
29.469
590.479
4,99%
Média
4,95%
Levando-se em conta a demanda prevista para o Brasil
até 2050, e partindo da demanda em 2010, foi feita uma
projeção da demanda de energia elétrica para o estado do
Paraná entre 2020 e 2050, onde haverá um crescimento
previsto 3 vezes maior em relação a demanda de 2014, com
demanda de energia elétrica estimada de 80,34 TWh como
mostrado na Figura 2.
Visando atender a este incremento de demanda através
da fonte solar fotovoltaica, serão utilizados estudos de
produtividade já realizados, para avaliar a inserção de
SFVCR para a contribuição na matriz elétrica do estado do
Paraná ao longo dos próximos anos.
Figura 2. Projeção de demanda de energia elétrica no Paraná (TWh)
Fonte: Adaptado de [14] [8]
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
No estado do Paraná, do mesmo modo como no Brasil, a
maior fonte geradora de energia elétrica é a fonte hidráulica,
que representa aproximadamente 90% da capacidade
instalada total do estado [20]. Embora esta fonte seja
predominante no estado e no país, os impactos sociais e
ambientais que ocorrem com a sua implantação dificultam a
sua expansão na matriz elétrica.
Uma alternativa para suprir a demanda futura de energia
elétrica é através da energia solar. A implantação de
sistemas fotovoltaicos conectados à rede (SFVCR), é uma
fonte geradora de energia elétrica que pode ser implantada
de forma distribuída, com impactos ambientais e sociais
reduzidos, gerando energia de forma limpa e renovável [21].
Estudos recentes mostram que o estado do Paraná possui
valores de produtividade e de irradiação elevados, conforme
a Figura 3, o que reforça a ideia do potencial de implantação
de SFVCR no estado.
Fig. 3. Mapa Fotovoltaico do Estado do Paraná - Total Anual (Plano
Inclinado - HTOT).
Fonte: [1]

O Paraná possui irradiação total (HTOT) anual média no
plano inclinado de 1.986 kWh/m² e uma produtividade total
anual média no plano inclinado de 1490 kWh/kWp, para
uma taxa de desempenho (TD) de 75%. Se for comparado
em termos de produtividade com países da Europa, possui
média inferior a Malta e Chipre (duas ilhas localizadas ao
Sul da Europa), média praticamente igual a de Portugal e
Espanha, e superior aos demais países da União Europeia,
sendo aproximadamente 59% superior a produtividade
média da Alemanha, a qual foi líder em potência instalada
de SFVCR até 2014 [21].
Em termos globais a capacidade instalada de SFVCR
atingiu em 2015 cerca de 227 GWp, sendo 44 GWp
implantados na China, seguido da Alemanha com 39,7 GWp
[22].
O Paraná até setembro de 2016 possui aproximadamente
2,1 MWp de capacidade instalada [23], sendo que em 2011
foi instalado o SFVCR do Escritório Verde da UTFPR com
2,1 kWp (primeiro SFVCR implantado no estado antes da
regulamentação 482 da ANEEL), e em 2012 houve a
implantação de 8,64 kWp na empresa ELCO (primeiro
SFVCR implantado após regulamentação 482 da ANEEL)
[24] [25].
Visto o valor médio de produtividade do estado, da
demanda prevista de 80,34 TWh para o ano de 2050, e do
consumo de energia elétrica do ano de 2014 de 29,47 TWh,
foi realizado neste trabalho a análise da quantidade de
SFVCR necessária para suprir este acréscimo na demanda
de energia elétrica no Paraná, valor estimado de 50,87 TWh
até o ano de 2050.
Com base nestas premissas, foi verificado que serão
necessários 34,14 GWp em SFVCR a fim de suprir o
acréscimo da demanda prevista para o ano de 2050 no
território paranaense. Na Figura 4 é apresentado a
quantidade de potência necessária a ser adicionada.
Fig. 4. Potencial de SFVCR a ser instalado no Paraná no horizonte
2050 (GWp)
Fonte: Adaptado [18] [7] [26]
4. CONCLUSÃO
Observando a participação por tipo de fonte na geração
de energia elétrica no Brasil entre 2010 e 2015, observa-se
uma diminuição na participação da fonte hidráulica, e um
crescimento nas fontes renováveis não-hidro como eólica e
biomassa, sendo que a solar fotovoltaica finalmente aparece
no ano de 2015 na matriz elétrica brasileira.
Em virtude do crescimento da demanda de energia
elétrica prevista no Brasil no horizonte de 2050, onde a
mesma deverá triplicar em relação aos valores apresentados
em 2015, foi feito um estudo de projeção da demanda de
energia elétrica para o estado do Paraná.
De acordo com os anos analisados entre 2004 e 2014, o
Paraná tem apresentado uma participação de
aproximadamente 4,95% em relação a demanda total do
Brasil, o que deverá representar em 2050 uma demanda de
aproximadamente 80,34 TWh, ou seja, haverá a necessidade
de suprir uma demanda de 50,87 TWh em relação ao ano de
2014.
Dentro deste contexto, o incentivo a aplicação de novas
fontes de energia elétrica, como a solar fotovoltaica, para o
atendimento a este acréscimo de demanda é uma ótima
alternativa, visto que pesquisas realizadas evidenciam
valores elevados de irradiação e produtividade no Paraná,
muito maiores aos encontrados na maior parte da Europa, o
que evidencia ainda mais a sua utilização como contribuição
da matriz elétrica do estado.
Dentro desta perspectiva, foram estimados valores a
serem adicionados na matriz elétrica do estado através da
fonte solar fotovoltaica para atendimento a demanda
prevista para 2050. Considerando a produtividade média
apresentada no estado, foi estimada a capacidade instalada a
ser adicionada de SFVCR em 34,14 GWp.
Isso demonstra a viabilidade de suprir a demanda de
energia elétrica no Paraná no horizonte 2050 de forma
distribuída, através de micro e mini geração, como também
através de usinas fotovoltaicas. Para isto, se faz necessário a
criação de políticas públicas para o incentivo e disseminação
desta fonte no estado.
4. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem ao INPE (Instituto Nacional de
Pesquisas Espaciais) e a UTFPR (Universidade Tecnológica
Federal do Paraná) pelo apoio e infra-estrutura oferecidas, e
a ITAIPU Binacional através do PTI (Parque Tecnológico
ITAIPU) pelo apoio e financiamento dos recursos para
realização destas pesquisas.
5. REFERÊNCIAS
[1] Tiepolo, G. M., Urbanetz JR, J., Pereira, E. B., Pereira, S. V., ALVES,
A. R. Potencial de Geração de Energia Elétrica Através de Sistemas
Fotovoltaicos Conectados à Rede no Estado do Paraná – Resultados
Parciais. CBENS, Belo Horizonte, 2016;
[2] MME, Ministério de Minas e Energias. “Balanço Energético Nacional
2011: Ano Base 2010”, Ano 2011 disponível em
<https://ben.epe.gov.br/downloads/Relatorio_Final_BEN_2011.pdf>
. 2011
[3] MME, Ministério de Minas e Energias. “Balanço Energético Nacional
2012: Ano Base 2011”, Ano 2012 disponível em
<https://ben.epe.gov.br/downloads/S%C3%ADntese%20do%20Rela
t%C3%B3rio%20Final_2012_Web.pdf>. 2012

[4] MME, Ministério de Minas e Energias. “Balanço Energético Nacional
2013: Ano Base 2012”, 2013, disponível em
<https://ben.epe.gov.br/downloads/S%C3%ADntese%20do%20Rela
t%C3%B3rio%20Final_2013_Web.pdf>. 2013
[5] MME, Ministério de Minas e Energias. “Balanço Energético Nacional
2014: Ano base 2013 - Relatório Síntese”, 2014, Disponível em
<https://ben.epe.gov.br/downloads/S%C3%ADntese%20do%20Rela
t%C3%B3rio%20Final_2014_Web.pdf>. 2014
[6] MME, Ministério de Minas e Energias. “Balanço Energético Nacional
2015: Ano base 2014 - Relatório Síntese” Ano 2015, Disponível em
<https://ben.epe.gov.br/downloads/S%C3%ADntese%20do%20Rela
t%C3%B3rio%20Final_2015_Web.pdf>. 2015
[7] MME, Ministério de Minas e Energias. “Balanço Energético Nacional
2016: Ano base 2015 - Relatório Síntese”Ano 2016, Disponível em
<https://ben.epe.gov.br/downloads/S%C3%ADntese%20do%20Rela
t%C3%B3rio%20Final_2016_Web.pdf> 2016.
[8] EPE, Empresa de Pesquisa Energética, "Série ESTUDOS DA
DEMANDA DE ENERGIA NOTA TÉCNICA DEA 13/14.
Demanda de Energia 2050" Ano 2014. Disponível em:
<http://www.epe.gov.br/Estudos/Documents/DEA%2013-
14%20Demanda%20de%20Energia%202050.pdf>
[9] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2004 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2004”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2004/index.html. 2004
[10] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2006 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2006”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2006/index.html. 2006
[11] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2007 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2007”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2007/index.html. 2007
[12] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2008 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2008”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2008/index.html. 2008
[13] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2009 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2009”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2009/index.html. 2009
[14] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2011 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2010”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2010/index.html. 2010
[15] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2011 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2011”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2011/index.html. 2011
[16] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2012 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2012”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2012/index.html. 2012.
[17] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2013 -
Infraestrutura - 2.1- Energia - 2.1.1 Consumo e número de
consumidores de energia elétrica, segundo categorias e os
municípios do Paraná - 2013”. Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2013/index.html. 2013.
[18] IPARDES, Instituto Paranaense de Desenvolvimento Econômico e
Social. “Anuário Estatístico do Estado do Paraná – 2014”.
Disponível em
http://www.ipardes.pr.gov.br/anuario_2014/index.html. 2014.
[19] MME, Ministério de Minas e Energias. “Séries Históricas Completas”,
Disponível em <https://ben.epe.gov.br/BENSeriesCompletas.aspx>
2016.
[20] ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica. "Banco de
Informação de Geração - BIG - Capacidade de Geração no Estado",
Atualizado em 29/03/2016, Disponível em
http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/ResumoEstadual/CapacidadeEs
tado.cfm?cmbEstados=PR:PARAN%C1. 2016.
[21] Tiepolo, G. M., Urbanetz Jr, J., Pereira, E. B., Pereira, S. V., Alves, A.
R. Comparação do potencial fotovoltaico do estado do Paraná com
outros estados e Europa – Resultados Parciais CBENS, Belo
Horizonte, 2016;
[22] REN21, “Renewable 2015 – Global Status Report”, 2015, Disponível
em http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2015/07/REN12-
GSR2015_Onlinebook_low1.pdf, 2016;
[23] ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica, "Microminigeração".
Atualizado em 25/08/2016, Disponível em
http://www2.aneel.gov.br/scg/rcg/Microasp, Acesso em 25 de agosto
de 2016.
[24] Urbanetz Jr, J., Casagrande Jr, E. F., Tiepolo, G. M.. Análise do
Desempenho de Dois Anos de Operação do Sistema Fotovoltaico
Conectado à Rede Elétrica do Escritório Verde da UTFPR, CBENS,
Recife, 2014
[25] Urbantez Jr, J., Chinvelski, T., Simão, C. A. F., Makishi, L. M. M..
Primeiro Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede Elétrica
Homologado pela COPEL, CBENS, Recife, 2014
[26] Tiepolo, G. "Estudo do potencial de geração de energia elétrica através
de sistemas fotovoltaicos conectados à rede no estado do Paraná",
Tese (doutorado), Pontifícia Universidade Católica do Paraná,
Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas
- PPGEPS, Curitiba, 2015;