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Como citar este trabajoAn. 3. Enc. Energ. Meio Rural 2003
Shell Solar: eletrificação rural e desenvolvimento sustentátel
Mário Sergio Cassoli Dias
Shell Brasil S.A., Rua Gomes de Carvalho, 1356 13o. andar CEP 04547-005 São Paulo, SP, tel: (0XX11) 3049-6058 fax: (0XX11) 3049-6031
RESUMO
Dentre as revoluções que a Shell traz para o mercado está o conceito PowerhouseTM. Este conceito permite a eletrificação de comunidades absolutamente remotas e desassistidas através de equipamentos especialmente desenvolvidos pela Shell que utilizam energia solar fotovoltaica como fonte primária. Cada usuário recebe um equipamento individual constituído por um SHS típico (módulo solar, bateria, suporte, lâmpadas, BOS, etc...) mais o revolucionário sistema de coleta de cartões. Por meio deste sistema o usuário paga mensalmente uma pequena tarifa pela energia gerada pelo módulo solar usando para isto um cartão de pré-pagamento, similar a um cartão telefônico. Durante trinta dias o cartão, que é inserido na máquina da Shell, libera energia para o usuário dispor de 4 lâmpadas eficientes e duas tomadas (TV + rádio). Ao final deste período o usuário deve adquirir um novo cartão para continuar a desfrutar da energia gerada, caso contrário a máquina corta automaticamente a saída para o consumo. Tudo foi devidamente concebido para respeitar a capacidade e desejo de pagamento dos usuários em sua realidade local. Durante a fase de avaliação da comunidade é determinado exatamente quanto cada usuário poderá dispor e é baseado nisto que a Shell estabelece o valor da tarifa mensal. O projeto é viável comercialmente e contribui para redução da emissão de dióxino de carbono na atmosfera, principal resíduo encontrado na queima de combustíveis fósseis, e principal recurso utilizado pos estas comunidades para suas necessidades energéticas. A proposta da Shell é fazer com estas populações substituam a queima de combustíveis fósseis por um sistema solar, limpo e eficiente, pagando por isto exatamente o que elas já gastavam com óleo diesel, querosene para lamparina, parafina, pilhas, recarga de baterias, etc.
Palavras-chave: PowerhouseTM, Eletrificação Rural, Energia Solar; Desenvolvimento Sustentável
ABSTRACT
Shell is bringing to the market the revolutionary Powerhouse concept. This concept shall allow rural electrification of remote communities through a equipment specially researched and manufactured by Shell using photovoltaic solar devices as primary source of energy. Each villager (end user) receives a individual Solar Home System (solar module, deep-cycle battery, fixture, lamps and BOS) plus a pre-payment device reader. Through this system, named Powerhouse, every villager pays monthly basis a fee by the energy generated using for this purpose a magnetic card, like those ones used in public phones. During a period of 30 days the Powerhouse releases energy to the end user turn on four DC high efficient lamps plus two plugs for a W&B TV and a AM/FM radio. At the end of 30 days the users should buy another magnetic card in order to allow the machine to keep going normally, otherwise the Powerhouse shall cut off the supply of energy automatically. All the concept has been managed to respect the affordability and willingness of each community. The fee value is based on a technical assessment conducted in each village for perfect match of their economical capabilities and further social aspects. The project is economically viable and offers a real contribution for emission reduction of carbon dioxide in the atmosphere, the main dusty found in fossil fuel combustion. Fossil fuels are still used as major source of energy in rural villages around world. The Shell's proposal shall be convince the villagers to exchange fossil fuels energy to a clean and efficient solar home system. The householders shall pay exactly what they already spend with diesel, querosene for candles, paraffin and battery recharge.
DEFINIÇÃO
Energia solar fotovoltaica é a conversão da energia solar radiante em energia elétrica corrente contínua. O seu aproveitamento vem sendo estudado desde o final do século passado, quando foi pela primeira vez observado o fenômeno de fotosensibilidade de determinados materiais, ou seja, o aparecimento de corrente elétrica na superfície de materiais que eram expostos à radiação solar. Foram necessários quase 50 anos para que o primeiro dispositivo fotovoltaico fosse concebido, o que aconteceu quase simultaneamente com outro renomado dispositivo, o transistor. Ambos são pastilhas de silício semicondutoras devidamente constituídas para formarem regiões tipo P e tipo N, que se diferem basicamente pelo nível de dopagem e pela configuração física. No caso da célula solar fotovoltaica a constituição eletrônica permite que quando a célula for atingida por radiação solar elétrons se desprendam da superfície e então parte desta energia pode ser aproveitada num circuito elétrico.
HISTÓRICO
O nascimento da primeira célula solar na década de 50 representou um marco na indústria eletrônica e teve contribuição relevante no programa espacial dos EUA e antiga URSS, onde foram utilizadas pela primeira vez em aplicações reais para energização dos primeiros satélites lançados no espaço. Não fosse o custo extremamente elevado das células solares (cerca de USD 70.00/Wp) seria bastante provável que as aplicações com energia solar fotovoltaica tivessem ganhado impulso para aplicações terrestres ainda nesta época. Foi somente na década de 70 que a energia solar voltaria às manchetes de jornal com a ocorrência da crise do petróleo. Nesta época inúmeras empresas do segmento petrolífero iniciaram atividades de pesquisa e desenvolvimento em energia solar fotovoltaica prevendo um colapso no abastecimento mundial de petróleo. Com a escassez anunciada do ouro negro seria necessário encontrar outra fonte de energia que pudesse susbstituí-la e acreditava-se que a energia solar poderia ser uma alternativa viável se fabricada em larga escala. A crise do petróleo, entrentanto, teve duração muito curta, o que impediu um maior desenvolvimento da indústria de energia solar. Muitas das empresas se desfizeram de suas áreas de desenvolvimento. Outras mantiveram o interesse pela energia como atividade de desenvolvimento com enorme potencial futuro.
Com a redução de custos de fabricação e a utilização de novos materiais foi possível reduzir o preço da energia solar por um fator de 10, o que permitia já no início da década de 80 introduzir a energia solar de forma competitiva em inúmeras aplicações terrestres, muitas delas num primeiro momento para utilização em localidades afastadas para energização de dispositivos de telecomunicação ou coleta de dados. A seguir vieram as aplicações para geração de energia e logo após para bombeamento d'água. Não pode-se esquecer de mencionar também o enorme impulso dado pela indústria eletro-eletrônica japonesa com o lançamento das conhecidas calculadoras solares. As pequenas células solares de silício amorfo utilizadas nas calculadoras, se somadas em termos de potência, representavam no final da década de 80 praticamente o mesmo volume de todos os módulos solares já fabricados até então para outras aplicações.
A década de 90 marca o início do desenvolvimento acelerado da indústria fotovoltaica. Visando ampliar os horizontes para utilização em massa da energia solar como opção energética inúmeros programas mundiais foram lançados para demonstração da viabilidade técnica-comercial da energia solar fotovoltaica em projetos de eletrificação rural em países em desenvolvimento. Cria-se o conceito de SHS (Solar Home System), um kit composto por um módulo solar, uma bateria e demais acessórios que podia substituir com vantagens os combustíveis tradicionais utilizados ainda por milhões de pessoas em todo o mundo para geração de eletricidade. Estimativas levam a crer que cerca de 30% da população mundial, algo como 2 bilhões de pessoas, ainda vivam nestas condições, dependendo de carvão ou biomassa tradicional para cozinhar alimentos e usando velas, pilhas, querosene e diesel para geração de eletricidade.
As projeções a médio e longo prazo apontam para uma evolução rápida e consistente do mercado de energia solar. Grandes grupos industriais do segmento solar fotovoltaico já anunciaram investimentos expressivos em desenvolvimento e pesquisa. Acredita-se que o custo de fabricação poderá ser reduzido a um quinto do que é hoje nos próximos 10 anos com a utilização de novas tecnologias. A nova frente tecnológica almeja transformar o atual processo fabril, complexo e com inúmeras etapas de fabricação, em um procedimento de revestimento de superfícies com elementos fotosensíveis, o que fará possível a utilização de energia solar fotovoltaica em larga escala para por exemplo revestimento de fachadas de prédios. O gráfico 1 representado abaixo, elaborado pela Shell, dá uma dimensão da relevância que a energia solar terá na matriz energética mundial no ano de 2060, representando quase 25% de toda a energia consumida no mundo.
A exaustão de recursos naturais fósseis (petróleo e gás) e a crescente preocupação mundial com o acúmulo de gás carbônico na atmosfera são fatores que contribuem fortemente para o desenvolvimento exponencial da energia solar. A eletrificação rural com energia solar será uma realidade em milhares de localidades remotas, levando desenvolvimento social e econômico para populações completamente isoladas do mundo. Numa fase seguinte veremos a chegada na energia solar nas regiões urbanas, o que já acontece hoje de maneira embrionária em países como Japão, EUA e Europa, em sistemas conectados à rede elétrica (Grid Connection). Nestes sistemas cada casa, prédio, armazém poderá ser um auto-produtor de energia elétrica, vendendo a energia gerada pelos painéis solares para a concessionária local. Países como a Alemanha inclusive já dispõem de legislação própria que incentiva a instalação de painéis solares sobre os telhados das casas em áreas urbanas. O governo alemão recentemente anunciou um programa para implantação de 100 mil telhados com energia solar. Projetos semelhantes vem sendo conduzidos no Japão e Estados Unidos.
ELETRIFICAÇÃO RURAL
Eletrificação rural sempre foi e sempre será vista como uma atividade absolutamente marginal dentro do sistema elétrico dos países em desenvolvimento, entre eles o Brasil. Isto ocorre pois a oferta de energia elétrica para áreas rurais é invariavelmente deficitária, seja pelo alto custo de manutenção do sistema, seja pelo baixo consumo verificado pelos usuários ou seja pela complexidade de atendimento e cobrança de tarifas. A somatória destes fatores obrigam manter o atendimento dos usuários rurais de forma subsidiada, com caráter assistencialista, o que do ponto de vista comercial das concessionária energia é algo impensável. A ampliação da malha rural só é obtida através de programas igualmente subsidiados.
O anúncio do governo brasileiro no início de 2000 durante o lançamento do Programa "Luz no Campo", que almeja eletrificar 1 milhão de propriedades rurais nos próximos 3 anos é uma prova incontestável da preocupação com o desenvolvimento social e econômico das regiões mais desassistidas do território nacional. No entanto o programa atenderá somente de 15 a 20% da totalidade de comunidades que encontram-se hoje sem eletricidade no Brasil, que segundo dados do próprio Ministério de Minas e Energia atinge patamares da ordem de 6 milhões de propriedades rurais. A parte mais expressiva das propriedades rurais sem energia está localizada em áreas absolutamente remotas onde as linhas rurais encontram-se a dezenas de quilometros de distância.
A extensão de rede elétrica é uma solução viável somente para as propriedades que encontram-se próximas de alguma linha rural já existente. Em muitos destes casos bastará à concessionária de energia fazer a instalação do medidor elétrico ou esporadicamente de um transformador. Um universo muito grande de propriedades continuará sem energia pois será impraticável a utilização da extensão de rede como alternativa para eletrificação rural. Para as propriedades mais afastadas a única alternativa será a utilização de fontes renováveis de energia, que podem ser obtidas pontualmente e de forma descentralizada. Entre as alternativas comerciais existentes as mais conhecidas são biomassa, energia solar, eólica e pequenas turbinas hidráulicas. Determinadas particularidades restringem a aplicação de algumas destas fontes energéticas para uso em eletrificação rural pois é impossível coincidir a disponibilidade do recurso energético (queda d'água, ventos constantes ou matéria orgânica) com a necessidade de demanda por energia elétrica. Das fontes renováveis com uso comercial somente a energia solar fotovoltaica reune todas as caracterísiticas necessárias para ser utilizada em larga escala como alternativa para eletrificação rural. As suas características mais marcantes são:
• Utiliza-se sistema padrão que pode ser replicado com facilidade;
• Pulverização das propriedades facilita a introdução de unidades de geração solar independentes – cada usuário é um autoprodutor de sua energia básica;
• Satisfação do usuário (Obs: deve-se entender que a grande maioria das propriedades rurais tem um demanda baixa por energia, inferior a 10kWh/mês, o que justifica a introdução de Solar Home Systems como fonte de geração de energia);
• Facilidade de instalação e transporte para regiões remotas;
• Disponibilidade de energia 100%;
• Alta confiabilidade e baixa manutenção
• Solução economicamente sustentável para propriedades distantes a mais de 2km da rede elétrica.
EXPERIÊNCIAS MUNDIAIS
Eletrificação rural utilizando energia solar vem sendo testada como alternativa a anos em países da África e Ásia e até mesmo no Brasil. São inquestionáveis as vantagens do uso da energia solar como fonte geradora de eletricidade em aplicações remotas, porém projetos só podem alcançar o êxito completo se forem conduzidos em bases sustentáveis e economicamente rentáveis. Todos os projetos levados a cabo na década de 90 foram ancorados em ajuda humanitária, com perfil absolutamente assistencialista, onde os equipamentos muitas vezes eram doados pelos países produtores (política de aproximação) para instalação em comunidades que sequer sabiam o que era uma lâmpada eficiente em corrente contínua. O resultado final foi o sucateamento das instalações, vandalismo, quebra dos equipamentos, falta de manutenção, e obviamente a insatisfação dos usuários que se viram novamente sem energia. Aos olhos da comunidade internacional energia solar era algo que não funcionava, porém o erro estava na concepção dos projetos.
A única maneira de conduzir um projeto de eletrificação rural com energia solar em larga escala é fazer com que o usuário que receba o equipamento valorize o que está recebendo, e mantenha o equipamento como se fosse um objeto pessoal de sua propriedade. Para se alcançar esta premissa é necessário introduzir um sistema de cobrança pela utilização do sistema solar. O pagamento mensal de uma tarifa, a exemplo do que é feito com os consumidores urbanos, é o elo que une o funcionamento do equipamento com a valorização da energia utilizada. A solução parece simples mas a aplicação em campo mostra-se extremamente complicada em projetos de eletrificação rural de larga escala. As propriedades rurais mais afastadas estão distribuídos geograficamente de forma bastante pulverizada, quase sempre com acesso difícil ou até mesmo inexistente e além disso não possuem endereço. A cobrança através de uma conta é simplesmente impossível e a cobrança através de portador é inviável pois se perderiam semanas para identificar e coletar a tarifa de todos os usuários.
Para se resolver este problema era fundamental desenvolver um sistema que pudesse fazer a tarifação das unidades instaladas de forma remota. De todos os sistemas desenvolvidos nesta linha de raciocínio o mais bem sucedido foi o PowerhouseÔ , concebido pelo Shell International Renewables, divisão do Grupo Shell. O sistema é simplesmente revolucionário e apresenta características acessórias que o constituem no único sistema confiável e funcional para introdução de sistemas solares fotovoltaicos em projetos de eletrificação rural.
SHELL SOLAR - POWERHOUSEÔ
Shell Solar é uma empresa da pelo Shell International Renewables, especializada no desenvolvimento e fabricação de módulos solares fotovoltaicos. Foi criada em 1985 com uma pequena unidade industrial em Helmond – Holanda. Recentemente inaugurou uma outra fábrica na Alemanha, na cidade de Gelsenkirschen, considerada a maior e mais moderna fábrica de células e módulos solares do mundo. A Shell definiu energia solar como uma de suas prioridades a médio-longo prazo e a expansão de suas atividades na área de renováveis vai se ampliar gradualmente. Já foram anunciados investimentos de US$ 500 milhões para os próximos 3 anos, e parte destes recursos serão utilizados para alanvancar projetos de eletrificação rural em países em desenvolvimento.
O PowerhouseÔ é o dispositivo desenvolvido pela Shell Solar que torna possível o atendimento de propriedades rurais sem energia através de um conceito revolucionário de pré-pagamento, respeitando a capacidade e as limitações de pagamento dos usuários. O PowerhouseÔ torna possível ainda transformar a energia solar em uma atividade sustentánvel, onde o custo de implantação do projeto é amortizado única e exclusivamente com as receitas observadas da cobrança de tarifas mensais de cada usuário. Isto faz com que cada vez menos se dependam de subsídios dos governo para atendimento de comunidades desassistidas de energia, e além disso abrem-se oportunidades para financiamento através de instituições bancárias para novos projetos de eletrificação rural utilizando o PowerhouseÔ . A Shell acredita ser possível atender milhões de propriedades rurais sem energia utilizando o conceito do PowerhouseÔ .
O PowerhouseÔ é um Solar Home System típico, constituído por um módulo solar fotovoltaico Shell, de tecnologia policristalina de alta eficiência, com 50Wp de potência nominal, uma bateria de ciclo profundo com 100Ah de capacidade, quatro lâmpadas fluorescentes compactas de 9W, duas tomadas para compartilhar o uso de um televisor P&B e/ou um rádio AM/FM, um jogo de acessórios (cabos, suportes, etc...) e o revolucionário sistema de bilhetagem e controle. O sistema de bilhetagem foi especialmente projeto pela Shell para permitir a cobrança remota de cada um dos usuários. Através de um cartão magnético o usuário aciona o PowerhouseÔ , que a partir daí libera energia para as necessidades do usuário (um trabalho prévio de conscientização das comunidades é realizado para esclarecer as limitações do sistema e como operar a máquina). O cartão magnético tem duração de um mês. O saldo de dias pode ser acompanhado pelo usuário através de um indicador acoplado no PowerhouseÔ . Ao final dos 30 dias a máquina automaticamente corta o fornecimento de energia, obrigando o usuário a adquirir um novo cartão magnético. O cartão magnético é disponibilizado em locais de venda próximos às comunidades, geralmente em pontos de venda já utilizados pelos moradores para compra de utensílios básicos e alimentos. O PowerhouseÔ possui ainda sistemas especialmente desenvolvidos para evitar furto de energia através de gambiarras e bypass do módulo solar ou troca da bateria. Todos os componentes se comunicam entre si. Caso o usuário rompa o lacre do PowerhouseÔ para trocar a bateria por outra automaticamente o sistema corta o fornecimento de energia, o mesmo ocorrendo caso o usuário queira utilizar um outro módulo solar que não seja o original fornecido com o conjunto. O sistema é revolucionário e os resultados alcançados até o presente momento são fantásticos. Um esboço do equipamento está apresentado na figura 2 abaixo:
PARCERIA SHELL – ESKON – ÁFRICA DO SUL
A África do Sul foi o país escolhido pela Shell International Renewables para acolher o primeiro grande projeto de eletrificação rural utilizando o conceito PowerhouseÔ . Foi celebrada uma joint venture com a holding de energia elétrica da África do Sul, chamada Eskom, com apoio irrestrito do governo de Nelson Mandella, para implantação de 50.000 casas/propriedades rurais utilizando o PowerhouseÔ . O projeto tem como objetivo também sensibilizar a comunidade financeira internacional para a necessidade de abertura de novas linhas de financiamento para projetos deste gênero, inexistentes até o presente momento. Passados dois anos do início do projeto pode-se afirmar que todas os resultados alcançados superaram as expectativas iniciais da Shell, tanto em termos de satisfação dos usuários, como em termos de resultados financeiros. O nível de inadimplência no período foi inferior a 1% e não foram observados problemas de furto de equipamentos e demais problemas no funcionamento do PowerhouseÔ . No projeto africano foi definido através de um estudo sócio-econômico que o valor ideal para cobrança pela utilização do PowerhouseÔ deveria ser a soma de todos os gastos efetuados pelas famílias com outros energéticos. Foi verificado que cada família dispendia por mês uma quantia equivalente a US$ 8,00 para compra de velas, querosene, diesel, pilhas e recarga de bateria para suas necessidades energéticas básicas. Foi baseado neste valor que a Shell-Eskon definiram o valor da tarifa básica para utilização do PowerhouseÔ . Os ótimos resultados alcançados na primeira fase do projeto lançaram sementes para a ampliação do projeto para 100.000 casas.
CONCLUSÃO
A iniciativa da Shell em projetos de eletrificação rural é a maior demonstração do valor e tratamento adequado que se deve dar a energia solar fotovoltaica. Ao longo dos últimos 20 anos o que viu foi a multiplicação de projetos de fomento assistencialistas que nasciam mortos por não serem sustentáveis. A proposta da Shell é fazer com que aqueles que precisem de energia possam utilizar um sistema solar moderno e de alta confiabilidade que susbstitua com vantagens os recursos utilizados por estas populações até hoje, como querosene, diesel e parafina. Outro compromisso assegurado pelo PowerhouseÔ é que o valor da tarifa a ser cobrada nunca ultrapasse o limite disponível pelas famílias atendidas.
Inúmeros outros projetos da Shell estão em fase de pré-implantação na China, Indonésia, Sri-Lanka e Índia utilizando o mesmo conceito do PowerhouseÔ . Totalizados representam quase 250.000 casas a serem atendidas com energia solar fotovoltaica. São projetos sustentáveis e que serão conduzidos com absoluta convicção dos resultados a serem alcançados. A Shell entende que será enorme a contribuição da energia solar para estas comunidades do ponto de vista de desenvolvimento social e de acesso à educação através de programas educativos a serem transmitidos por televisão ou rádio. O desenvolvimento proporcionado pela energia solar permitirá a estes usuários desenvolverem novas técnicas de plantio e irrigação (que também pode ser feita através de energia solar), aumentado consequentemente suas receitas mensais e incentivando o comércio local. Acredita-se que a médio prazo já seja viável para a concessionária oferecer energia através de extensão de rede para as comunidades previamente atendidas com energia solar, uma vez que os consumidores já poderão justificar um consumo maior de energia para acionamento de motores e demais equipamentos elétricos. E num futuro não muito distante estas mesmas propriedades que foram um dia atendidas com energia solar para suas necessidades básicas poderão instalar módulos fotovoltaicos (ou manter aqueles que já foram utilizados) em sistemas conectados a rede elétrica, vendendo a energia gerada para a concessionária local. Afinal o sol brilha para todos...
REFERÊNCIAS
[1] Flavin, Christopher; R. Brown, Lester; French, Hilary; Worldwatch Institute; Estado do Mundo, Editora UMA, 1999
[2] Renewable Energy World Magazine; PV for the new century - status and prospects for PV in Europe, volume 3 no. 2, 2000
[3] Renewable Energy World Magazine; Energy stores to sell PV products in India: A first investment for PVMTI, volume 3 no. 2, 2000
[4] Shell International Renewables website: www.shell.com
[5] Shell Foudation website: www.shellfoudation.com
Endereço para correspondência
Mário Sergio Cassoli Dias
mario.cassoli@shell.com.br
