Article in PDF format
How to cite this paperAn. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002
Bombeamento solar fotovoltaico, histórico, características e projetos
Maria Cristina Fedrizzi; Ildo Luis Sauer
Universidade de São Paulo, Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia, Av. prof. Luciano Gualberto, 1289 - CEP 05508-900, São Paulo - SP, fedrizzi@iee.usp.br
RESUMO
O artigo apresenta uma revisão sucinta do estado da arte da tecnologia de bombeamento fotovoltaico, um histórico dos principais projetos fotovoltaicos comunitários de abastecimento de água no mundo e no Brasil, e faz uma análise da atual situação no país.
Palavras chave: Bombeamento fotovoltaico; energização rural; sistemas fotovoltaicos.
ABSTRACT
In this work the state-of-the-art of photovoltaic pumping technology is briefly reviewed, the history of maim photovoltaic pumping community water supply projects, in Brazil end world wide, are presented, and, the current status on evaluated is assessed.
INTRODUÇÃO
Tendo em vista o avanço tecnológico experimentado nos últimos anos pela tecnologia de bombeamento e o decorrente crescimento de sua aplicação para o abastecimento de água a comunidades rurais remotas no Brasil e no mundo, busca-se com este trabalho, recuperar as informações mais relevantes relativas ao estado da arte da tecnologia e ao histórico do desenvolvimento de projetos desta natureza.
Apesar de o efeito fotovoltaico ter sido observado pela primeira vez pelo físico francês Edmund Becquerel, em 1839 [1], e as primeiras aplicações datarem da década de 1950, o bombeamento fotovoltaico somente se deu de forma comercial no final da década de 1970. Até 1990 não mais de 10.000 sistemas haviam sido instalados em todo o mundo. Na última década, no entanto, seu número aumentou sensivelmente e, ainda que não se tenha contabilizado com precisão, o último estudo de previsão da expansão realizado pela União Européia, mostra cifras da ordem de 150.000 sistemas de bombeamento fotovoltaico instalados até o ano de 2010 [2].
Um dos fatores que contribuiu para a disseminação da opção de bombeamento fotovoltaico foi a redução dos preços de seus componentes. A evolução do preço do módulo fotovoltaico no mercado internacional foi de US$ 20,00/Wp, em 1970 [3], para US$ 3,50/Wp atualmente, e para sistema de bombeamento fotovoltaico como um todo (módulos, acondicionamento de potência e conjunto motobomba), passou de US$ 50,00/Wp [3], em 1970, para menos de US$ 9,00/Wp, atualmente. No Brasil, no entanto, estes valores estão por volta de US$ 6,00/Wp, para o módulo fotovoltaico, e de US$ 18,00/Wp, para o sistema de bombeamento completo.
Outro fator decisivo foi a viabilização de projetos piloto implantados em condições reais de operação, proporcionando o aprimoramento tecnológico necessário para sua expansão em larga escala.
O ESTADO DA ARTE
Adicionalmente ao avanço tecnológico, primando pela confiabilidade, houve uma melhora significativa na eficiência dos elementos dos sistemas de bombeamento fotovoltaico. No início da década de 1980, a eficiência média total1 de um sistema era de 2% [3]. No entanto, graças ao aumento das eficiências individuais dos equipamentos, atualmente encontram-se sistemas com eficiência média total acima de 5% [4]. Em linhas gerais, um bom sistema comercial conta com eficiência dos módulos fotovoltaicos entre 12% e 15%, e eficiência do restante do sistema entre 30% e 40%. Estas cifras podem parecer pequenas, mas não são considerando-se que se trata de bombas pequenas, geralmente abaixo de 2 HP.
Um sistema de bombeamento fotovoltaico é constituído por um gerador fotovoltaico, mecanismo de acondicionamento de potência, conjunto motobomba e equipamentos complementares, como hidrômetro e sensor de nível. Como regra geral, não são utilizadas baterias pois o depósito de água desempenha a função de armazenamento, exceção feita nos casos em que a bomba é uma carga a mais de um sistema fotovoltaico autônomo.
Em utilizações comerciais, o gerador fotovoltaico costuma ser fixo, ainda que haja a comprovação de que a utilização de rastreador solar, o chamado traking, otimize a incidência da irradiação solar sobre a superfície do gerador, aumentando assim a energia útil, com o conseqüente incremento do volume bombeado. Estudo comparativo de sistemas de bombeamento com e sem rastreador, sob determinadas condições de funcionamento obteve até 41% a mais de água bombeada com o primeiro caso. [5]
O conceito básico para a utilização de rastreadores reside na vantagem de adquirir uma menor potência em módulos fotovoltaicos, para uma mesma quantidade de água bombeada, implicando em um menor gasto com os módulos e uma menor necessidade de superfície livre para a instalação dos mesmos. Entretanto, a aquisição do mecanismo rastreador, sua colocação em funcionamento, sua manutenção e reposição ao longo da vida útil do projeto, pode não compensar a menor utilização de módulos e de superfície. Por este motivo, a utilização de rastreador deve ser analisada em função das especificidades locais.
Com relação à origem da água, o estado da arte do bombeamento fotovoltaico busca substituir os poços tipo cacimba, por poços do tipo tubular de pequeno diâmetro, com o conjunto motobomba de localização submersa e de fabricação especial para utilização fotovoltaica, ou seja, bombas mais eficientes e com menor torque de arranque do motor. Esta opção visa a redução da contaminação do recurso hídrico e a otimização energética.
Bombeamento de água superficial, de rios e açudes, com sistemas de superfície ou flutuantes, são mais utilizados para irrigação e dessedentação de animais domésticos. Contudo, este tipo de solução é utilizada para o abastecimento humano quando há algum impedimento para a utilização de água, por exemplo, quando as características da água subterrânea são impróprias para o consumo humano, ou quando há algum impedimento para a perfuração de poços.
A primeira geração de sistemas de bombeamento fotovoltaico, particularmente os utilizados para pequenas e médias alturas manométricas, utilizavam motor CC2 com magneto permanente. Na última década, esta configuração deu lugar a motores CA3 assíncronos, mais simples, robustos e de menor custo, que são acoplados ao gerador fotovoltaico através de um inversor CC/CA. [4]
Objetivando a otimização (técnica e econômica) de um sistema de bombeamento, pode-se dizer que para aumentar a eficiência média de funcionamento, além de um bom dimensionamento, deve-se buscar a redução do torque de arranque do motor e a manutenção do funcionamento no seu ponto de máxima potência. Para tanto, vem sendo utilizado variadores de freqüência, compatíveis com qualquer tipo de bomba CA, que incluem seguidores de máxima potência. Apesar de se tratar de um dispositivo a mais a ser adquirido, estudos comprovam que pode haver uma redução no custo final do volume bombeado ao utilizar-se bombas mais baratas e facilmente encontradas no comércio local, o que favorece também a manutenção e reposição de peças. [6]
De um modo geral, para aplicações de baixa potência (< 200Wp) predominam as bombas de deslocamento positivo, principalmente do tipo diafragma. Já para aplicações maiores a orientação do mercado vem sendo no sentido das bombas centrífugas multiestágios, no entanto, para alturas manométricas elevadas este tipo de bomba apresenta redução na eficiência. A figura 1 apresenta um diagrama indicativo de utilização de bombas de deslocamento positivo, região A, e bombas centrífugas, região B. Por esta razão, bombas submersíveis de deslocamento positivo de eixo central do tipo helicoidal e as de superfície com pistão, chamadas de cavalete, começam a ter um incremento na sua aplicação. As figuras 2, 3, 4 e 5 ilustram os mecanismos internos dos quatro tipos mencionados.
Os sistemas de bombeamento de última geração, além de preservarem a robustez característica dos mais antigos, contam com aprimoramento da eletrônica de potência, embutindo no próprio motor, inversor CC/CA, seguidor do ponto de máxima potência, sensores de nível do poço e do depósito, além de outros dispositivos de proteção. Estes motores compactos são acoplados a bombas submersíveis, centrífugas e helicoidais, cobrindo, assim, as demandas de grandes vazões e grandes alturas manométricas.
A evolução dos equipamentos de bombeamento fotovoltaico, passou de um sistema no qual a bomba se encontrava em localização submersa e o motor e os demais componentes de acondicionamento de potência em superfície, acoplados através de um eixo (com reduzida eficiência), para um sistema compacto no qual todo o mecanismo encontra-se em localização submersa (maior flexibilidade de utilização e eficiência). Mas apesar das inúmeras variações possíveis, as configurações mais utilizadas são as que seguem as linhas grossas da figura 6.
Ainda que a tecnologia ofereça inúmeras possibilidades em termos de potência, a maioria dos sistemas de bombeamento fotovoltaico instalados não ultrapassa a potência de 2-kWp, com altura manométrica média por volta dos 60 m.c.a4. e vazão inferior a 40 m3/dia5. Neste intervalo se encontra o grande nicho para a aplicação da tecnologia no país.
HISTÓRICO E PRINCIPAIS PROJETOS
Apesar de ser uma tecnologia relativamente nova, foi graças a projetos de grande envergadura, na maioria das vezes implantados em zonas rurais de países em desenvolvimento, com o suporte dos países produtores dos equipamentos, que ganhos tecnológicos foram alcançados em função da necessidade de adaptação às condições de campo.
As primeiras aplicações comerciais do bombeamento fotovoltaico datam de 1978 [3]. Na ilha de Córsega, dando continuidade a sua tese de doutorado, Dominique Campana desenvolveu e instalou o primeiro sistema de utilização a campo de que se tem registro. Com módulos da empresa Philips e bomba em corrente contínua desenvolvida em conjunto com engenheiros da empresa Guinard, o sistema abastecia uma fazenda de criação de ovelhas. Após este primeiro sistema, alguns outros foram instalados na Europa. No entanto, o primeiro empreendimento em larga escala noticiado se deu no continente africano, mais especificamente em Mali [7].
Encabeçada pelo padre Bernard Vespieren, a entidade "Mali Acqua Viva", foi criada para aliviar os efeitos da seca que assolava vários países da África. Após inúmeras tentativas de abastecimento de água com bombas a Diesel, manual, a pedal, e até mesmo com um projeto piloto solar térmico, no final da década de 1970, a entidade conseguiu viabilizar a instalação das primeiras bombas fotovoltaicas no continente Africano. Entre 1977 e 1990 mais de 200 sistemas foram instalados em Mali, alavancando inúmeros outros projetos em países vizinhos [7].
Pouco depois desta primeira iniciativa, entre 1979 e 1981, o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (UNDP), com o apoio do Banco Mundial (WB) e participação do Intermediate Technology Development Group (ITDG), levou a cabo um projeto piloto que incluía teste e avaliação do funcionamento de sistemas de bombeamento fotovoltaico a campo. O principal objetivo foi a demonstração e avaliação do uso de pequenos sistemas de bombeamento fotovoltaico (de 100 a 300 Wp) para serem utilizados na irrigação de pequenas áreas em propriedades rurais de Mali, Filipinas e Sudão, tendo em vistas o aprimoramento da tecnologia para seu uso a campo. As conclusões do trabalho apontaram um grande potencial de utilização desta tecnologia no meio rural, mas nenhum dos produtos testados foi aprovado para a sua imediata difusão em larga escala. Como resultado, foi recomendado, dentre outras coisas, uma melhora na confiabilidade dos equipamentos e a redução de preços. [8]
Com a finalidade de demonstrar os custos reais de implementação e a maturidade da tecnologia de bombeamento fotovoltaico, entre 1990 e 1994, a agência de cooperação alemã, Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ), no âmbito do "Programa PVP", e em cooperação com as autoridades responsáveis pelo abastecimento de água dos países receptores (Argentina, Brasil, Indonésia, Jordânia, Filipinas, Tunísia e Zimbabwe), instalou 90 sistemas de bombeamento, totalizando cerca de 180 kWp. [9]
Com o intuito aliviar os efeitos de décadas de seca na África Saheliana, foi estruturado o Programa Regional Solar (PRS) para o abastecimento de água com energia fotovoltaica a populações rurais de oito países membros do Comité Permanent Inter-Etats des Pays en Lutte Contre la Sécheresse dans le Sahel (CILSS) (Burkina Faso, Cabo Verde, Gâmbia, Guiné-Bissau, Mauritânia, Nigéria, Senegal e Chad). Com 1.040 sistemas de bombeamento instalados, e perfazendo um total de 1,3 MWp, o projeto buscou para a população beneficiada, melhorar o acesso à água em quantidade e qualidade, além de melhorar suas condições econômicas propiciando recursos complementares através da irrigação de hortaliças e frutíferas. [10] [11]
O PRS representou um marco no que se refere a projetos dessa natureza, tendo em vista que seus procedimentos de implantação alcançaram cotas de confiabilidade muito superiores às que caracterizavam o estado da arte anterior. O programa prestou especial atenção ao quesito qualidade, mediante procedimentos que incluíram a definição de especificações técnicas, definição de testes, execução de testes de protótipos em laboratórios independentes e controle no recebimento dos equipamentos. Além da qualidade técnica, houve também uma preocupação com a estética (fiação, cercado, depósito, etc.), o que afeta positivamente no grau de aceitação e de satisfação dos usuários e dos demais agentes envolvidos. [12]
No entanto, a concepção de qualidade do PRS limitou-se somente até a entrada dos depósitos. A infra-estrutura de armazenamento e distribuição ficaram sob responsabilidade local e não foram objeto de procedimento algum, pressupondo sua qualidade técnica como algo óbvio. Porém, avaliações posteriores mostraram um enorme contraste entre a confiabilidade dos equipamentos de bombeamento propriamente dito e a confiabilidade da infra-estrutura local. Este resultado evidenciou a necessidade de que projetos de bombeamento contemplem o sistema de água como um todo, ou seja, desde o manancial até os pontos de coleta.
O "modelo PRS" incluía equipamentos que viabilizavam a execução de testes de funcionamento a campo, bem como da determinação do volume bombeado através de hidrômetro de uso permanente, além de outros dispositivos como receptor para manômetro e orifício na tampa do poço o qual possibilitava a inserção de sensor de nível utilizado para testes operacionais e de rendimento dos sistemas. Dentre outras questões, mesmo sendo os módulos e motobombas adequados tecnicamente, as falhas ocorridas nos testes iniciais refletiam a falta de padrão de qualidade nos equipamentos periféricos, tais como contatos, caixas de conexão, aterramentos, etc.
Os esforços empregados no PRS, no sentido de priorizar a qualidade da totalidade dos elementos de um sistema de bombeamento fotovoltaico foram aproveitados em inúmeros outros projetos em vários países, inclusive no Brasil.
No "Projeto Eldorado" realizado em cooperação entre Alemanha e Brasil, foi utilizado o padrão de qualidade PRS, proposto pela parte alemã, que havia participado do projeto na África.
Para ilustrar este fato, na figura 7 encontra-se detalhe da boca de poço de um dos sistemas instalados em Pernambuco, onde se observa alguns dos elementos idealizados para o PRS, tais como a boca do poço lacrada com o mesmo modelo de tampa, manômetro, hidrômetro, válvula de retorno e tubulação externa de alumínio. A figura 8 apresenta um croqui da boca do poço, pertencente ao projeto PRS, mostrando a semelhança entre os dois projetos. [12]
Apesar do Projeto Eldorado primar pela qualidade técnica e contar com grande parte da instrumentação necessária para a execução de testes de funcionamento em campo, constatou-se que somente alguns testes foram realizados [5], sem haver a incorporação deste procedimento na totalidade dos sistemas, com vistas a um acompanhamento de seu funcionamento ao longo do tempo. Constatou-se, também, que sequer o registro do consumo de água era efetuado, ainda que apresentassem hidrômetros em perfeito estado de funcionamento.
No momento atual existem dois grandes projetos de bombeamento fotovoltaico em andamento, ambos contando com apoio espanhol para países em desenvolvimento. O primeiro deles para as Filipinas, já se encontra no início de implantação, sendo que em sua primeira fase serão instalados 122 sistemas em comunidades rurais do programa de Reforma Agrária local [13]. O segundo, "Projeto MEDA", que beneficiará vários países no norte da África, encontra-se em fase de elaboração e negociação entre as partes e deverá contar com, pelo menos, 90 kWp de potência instalada em comunidades rurais de baixa renda.
Além dos inúmeros projetos implantados em países em desenvolvimento para abastecimento de comunidades rurais localizadas em zonas remotas, a Espanha se destaca ainda pela utilização do bombeamento fotovoltaico em seu território, para uso em propriedades particulares na produção agrícola. O governo de Andaluzia vem incentivando a aquisição de sistemas de bombeamento fotovoltaico para a irrigação de olivares, propiciando 40% do investimento a fundo perdido, sendo os 60% restantes pagos pelos proprietários em 5 anos. Com este programa de incentivo à indústria local, a irrigação permite um incremento de até 50% da produção de azeite de oliva, produto de grande consumo interno e de exportação, por excelência.
Diferentemente dos programas apresentados anteriormente, onde o objetivo é a energização fotovoltaica de comunidades rurais de baixo poder aquisitivo e localizadas em regiões remotas, na Espanha, onde a rede elétrica convencional cobre a totalidade do território, os sistemas de bombeamento estão sendo utilizados para evitar gastos com rebaixamento de tensão da rede convencional, acrescido da taxa de ligação e da tarifa elétrica, conforme ilustra a figura 9.
Mesmo que a tecnologia de bombeamento fotovoltaico no Brasil não esteja amplamente difundida na iniciativa privada, o país conta com uma expressiva quantidade de sistemas instalados via institucional e investimento a fundo perdido, para o abastecimento de comunidades rurais localizadas em zonas remotas e de baixo poder aquisitivo. A seguir são apresentados alguns destes projetos.
BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICO NO BRASIL
O Brasil, apesar de até pouco tempo não ter tido uma marcada importância na implantação de sistemas de bombeamento fotovoltaico, começa a tomar uma posição expressiva no cenário mundial, graças a projetos institucionais, com cerca de 3.260 sistemas e uma potência total de 1.7 MWp. Os primeiros sistemas instalados no país datam de 1981, e estima-se que até 1994 tenham sido instalados não mais do que 150 unidades6. Nos últimos oito anos, no entanto, este setor experimentou um considerável crescimento devido à atuação do Ministério de Minas e Energia com o Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios (PRODEEM). No âmbito deste programa foram adquiridos cerca de 2.500 sistemas, entre as fases I, II, III, emergencial e fase IV, com uma potência aproximada de 1,4 MWp [14]. As demais iniciativas totalizam 806 sistemas, com cerca de 361 kWp de potência instalada.
A tabela I apresenta um levantamento dos sistemas contemplados nestas iniciativas, devendo-se frisar que os números não representam os sistemas efetivamente instalados e/ou em funcionamento. Há uma grande dificuldade na obtenção de dados precisos, sendo que muitas das instituições responsáveis pela aquisição e instalação dos equipamentos desconhecem o real estado dos projetos em campo.
Apesar do visível crescimento do número de projetos de bombeamento fotovoltaico, a experiência no país vem mostrando que problemas ocorrem recorrentemente, podendo ser de caráter estrutural do próprio planejamento, das especificações técnicas dos equipamentos, das formas de introdução da tecnologia, da adaptação dos usuários à nova tecnologia, e da estrutura de operação e manutenção, dentre outros.
A seguir são apresentados os principais empreendimentos do setor no país, mostrando suas características e objetivos.
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA
O Programa de Desenvolvimento Energético dos Estados e Municípios, hoje com a denominação de Energia das Pequenas Comunidades, incorporado ao Projeto Alvorada, foi instituído por Decreto Presidencial em 27 de dezembro de 1994, sob a coordenação do Ministério de Minas e Energia, por intermédio do Departamento Nacional de Desenvolvimento Energético.
Conforme consta em seu "Documento Básico", visava mais do que o desenvolvimento energético. Em sua origem, buscava um resgate social, com vistas à "propiciar a cidadania para um grande número de habitantes do meio rural". O Documento Básico de concepção do PRODEEM toma a responsabilidade do abastecimento de energia elétrica para o Estado, afirmando que "...a ausência de energia não pode ser isentada de responsabilidade na formação destes problemas (os problemas sociais de comunidades rurais isoladas)". [15]
O Programa, explicitamente, chamava à responsabilidade dos governantes para o solução de inúmeros problemas sociais através da eletrificação rural, reconhecendo as dificuldades em levar energia através de rede elétrica convencional para todos os rincões do país. Propunha viabilizar "os energéticos de produção local" não convencionais, como pode-se observar no seguinte texto: "... o subdesenvolvimento encontrado (no meio rural) é um problema afeto também à área energética e da responsabilidade de seus dirigentes, que precisa ser percebido e valorizado antes de tudo pelo seu aspecto sociológico. Isto significa repensar o projeto energético nacional e se começar, para estas localidades, a prestar um serviço que foge às possibilidades do sistema energético convencional...". [15]
Inicialmente o PRODEEM tinha os seguintes objetivos: "I - viabilizar a instalação de microssistemas energéticos de produção e uso locais, em comunidades carentes isoladas não servidas por rede elétrica, destinados a apoiar o atendimento das demandas sociais básicas; II - promover o aproveitamento das fontes de energia descentralizadas no suprimento de energéticos aos pequenos produtores, aos núcleos de colonização e às populações isoladas; III - complementar a oferta de energia dos sistemas convencionais com a utilização de fontes de energia renováveis descentralizadas; IV - promover a capacidade de recursos humanos e o desenvolvimento da tecnologia e da industria nacionais, imprescindíveis à implantação e à continuidade operacional dos sistemas a serem implantados." [16]
Após algumas mudanças o Programa centrou-se nos seguintes objetivos:
"Atender comunidades carentes isoladas, não supridas de energia elétrica pela rede convencional, utilizando fontes renováveis locais em base auto-sustentável, de modo a promover o desenvolvimento social e econômico dessas localidades. A ação é direcionada para o atendimento energético de escolas, postos de saúde, centros comunitários, bombeamento d'água, etc." [14]
Desde sua instituição, o PRODEEM tem utilizado a energia solar fotovoltaica para a energização de edificações comunitárias (escolas, postos de saúde, etc.) e acionamento de sistemas de bombeamento de água, sendo a aquisição dos equipamentos efetuada via licitação internacional. Até o momento foram adquiridos 2.449 sistemas de bombeamento, perfazendo 1,36 MWp de potência, com um investimento de US$ 10.078.000,00, entrando para rol dos maiores programas de difusão da tecnologia fotovoltaica para o meio rural, em escala mundial. [14]
Os benefícios do PRODEEM chegam às comunidades com o apoio dos Estados e Municípios, por meio da elaboração de convênios entre o Ministério de Minas e Energia e as Secretarias Estaduais e Municipais. Com o objetivo de ampliar o atendimento do programa, passando do uso exclusivamente comunitário ao uso privado, o PRODEEM vem empenhando-se em criar "mecanismos de desenvolvimento de mercados de serviços de energia" em comunidades rurais isoladas. Para isso, está sendo desenvolvido o conceito de "Gerência Regional de Mercado" (GRM), com o apoio do Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID), por meio de fundos provenientes de contribuições não reembolsáveis do Japan Special Fund (JSF) e do Multilateral Investiment Fund (MIF).
Como pode-se ver, os objetivos atuais diferem do Documento Básico, uma vez que há a indicação da entrada do mercado para o abastecimento de energia elétrica às comunidades rurais remotas. No entanto, a Gerência Regional de Mercado não foi implementada até o momento, e os mecanismos de aquisição dos equipamentos seguem sendo os de então.
Por mais expressivos que sejam os números do PRODEEM, não somente no que se refere ao bombeamento mas nos sistemas de energização em geral, alguns problemas estruturais existem e devem ser equacionados sob risco de que se torne mais um dos grandes programas brasileiros de assistência social que, apesar das boas intenções, não proporcionaram os benefícios almejados. Os principais problemas detectados estão relacionados com a demora na efetiva implantação dos equipamentos16, a deficiente assistência técnica em função dos custos e/ou da organização de algumas instituições para a prestação deste serviço17 e a falta de participação dos usuários no processo de introdução da nova tecnologia, o que é fundamental para que possa haver sua aceitação e adoção, com vistas à efetiva operação e manutenção dos sistemas ao longo do tempo.
MINISTÉRIO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
O "Programa Trópico Úmido" (PTU), idealizado pelo Ministério de Ciência e Tecnologia, sob a coordenação do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, em sua vertente energética tem como objetivo "...coordenar a contribuição da Ciência e Tecnologia para aprimoramento das condições de vida e da adaptação do ser humano às peculiaridades do Trópico Úmido e à preservação ecológica da Região Amazônica". [17]
Utilizando-se da concepção de "projetos piloto" como forma de estudar as opções tecnológicas adaptadas à região, o PTU viabilizou, dentre outras tecnologias, a implantação de sistemas de bombeamento fotovoltaico em 12 comunidades ribeirinhas (indígenas e tradicionais) no estado do Amazonas. As regiões beneficiadas foram o Alto Solimões, município de Benjamin Constant, com 7 sistemas, e o Médio Solimões, mais precisamente na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDS), localizada nas proximidades de Tefé, com 5 sistemas.
O sub-projeto entitulado "Energização solar fotovoltaica de quatro comunidades isoladas na região do Alto Solimões", inseriu-se em uma ação maior, o Programa de Desenvolvimento Sustentável do Alto Solimões18 (PRODESAS), o qual tem por objetivo a estruturação de uma proposta de desenvolvimento para a região. Apesar de ser a agricultura familiar o foco central do programa, o PTU-Energia foi incorporado visando a redução do consumo de combustíveis fósseis pelas comunidades ribeirinhas.
Com uma proposta de participação dos usuários em todas as etapas do processo, o projeto busca aprimorar conhecimentos práticos na introdução da nova tecnologia em comunidades rurais tradicionais e indígenas, além de propor um rompimento na perniciosa relação de dependência dos ribeirinhos com relação ao poder político local, para o abastecimento de energia elétrica através de grupos eletrógenos19.
Previamente à implantação do projeto foi feita uma avaliação dos sistemas energéticos e de abastecimento de água pré-existentes em cada comunidade, buscando uma melhor adequação da nova tecnologia as necessidades locais e a redução de possíveis impactos negativos.
O segundo sub-projeto, entitulado "Projeto para a implantação de sistemas fotovoltaicos para uso comunitário na Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá", apesar de também ter contado com a participação dos usuários, apresenta algumas diferenças com relação ao primeiro. A Reserva de Desenvolvimento Sustentável (RDS) é gerenciada por uma administração central, a qual busca pôr em prática um modelo de desenvolvimento compatível com as restrições ambientais vigentes. Dentro desta ótica, a opção fotovoltaica para o abastecimento de água conta com o apoio incondicional da administração da Reserva, visando à redução do consumo de combustíveis fósseis, uma vez que outras fontes renováveis de energia, como eólica e hidráulica, não são viáveis na região.
Com uma experiência anterior de 17 sistemas de bombeamento fotovoltaico instalados em flutuantes utilizados por pesquisadores, fiscais e visitantes, o projeto propiciou a implantação desse tipo de sistema em 5 comunidades de várzea. Objetivando a incorporação dos usuários às atividades da RDS, os mesmos participaram da instalação dos sistemas, bem como de atividades de capacitação para a sua operação e manutenção.
Os principais problemas encontrados em ambos projetos estão relacionados à manutenção dos sistemas ao longo do tempo pois, apesar de haver a capacitação das comunidades para a reparação de pequenas avarias, e de a equipe do projeto prestar assistência técnica durante seu período de duração (projeto piloto tem a duração de 3 a 4 anos), quando houver a necessidade de reposição de um equipamento mais oneroso, como pode ser uma bomba ou inversor, as mesmas não terão condições financeiras para adquiri-los.
MINISTÉRIO DA SAÚDE
A Fundação Nacional de Saúde (FUNASA) em seu Distrito Sanitário Especial Indígena, começou a utilizar sistemas de bombeamento fotovoltaico, em 1995, em aldeias indígenas não atendidas pela rede elétrica convencional. Mas apesar dos sete anos passados, e da ampla atuação da FUNASA no território nacional, principalmente em localidades remotas que carecem de rede elétrica convencional, ainda são restritas as iniciativas de utilização da tecnologia de bombeamento fotovoltaico, pôde-se catalogar 39 sistemas. Os poucos projetos instalados em aldeias indígenas nos estado do Pará, Piauí, Tocantins, Mato Grosso, Bahia e Rondônia, as informações que se tem através de seus responsáveis técnicos, de modo geral, encontram em bom estado de funcionamento. Mas apesar da confiabilidade técnica comprovada, e da grande vantagem de prescindir de combustível fóssil, que dificulta e encarece a prestação do serviço para a FUNASA, a falta de uma rede de assistência técnica regional, a qual recorrer em casos de avarias, é o grande impedimento para a sua disseminação em larga escala nas aldeias indígenas não contempladas pela rede elétrica convencional20.
PROGRAMAS ESTADUAIS E MUNICIPAIS
Além dos programas mencionados, viabilizados pelo governo federal, governos estaduais e municipais vem tendo algumas iniciativas de abastecimento de água com a tecnologia fotovoltaica, ainda que sejam casos isolados, como a Bahia, Minas Gerais e Pará.
O estado da Bahia, através da Secretaria de Infra-estrutura e da Secretaria de Recursos Hídricos, Saneamento e Habitação, esta por meio da Companhia de Engenharia Rural (CERB), viabilizou com recursos próprios 62 sistemas de bombeamento em comunidades rurais, totalizando 35 kWp de potência.
Sob o mesmo modelo, em Minas Gerais, por iniciativa do Governo Estadual e sob a coordenação da Companhia de Saneamento de Minas Gerais (COPASA), outras 168 unidades foram instaladas, com uma potência total de 125,5.kWp.
O modelo de abastecimento de água para comunidades rurais praticado pelos governos estaduais se assemelha ao urbano, no sentido de que visa o abastecimento de água a uma determinada população, sem maiores participações desta no processo. Diferencia-se, no entanto, por não haver cobrança pelo uso de água como ocorre na cidade.
Com relação aos governos municipais, se tem notícia de duas iniciativas de pequena monta, sendo a primeira delas no Tocantins, no município de Rio do Soto com um único sistema de bombeamento de 450 Wp. A segunda encontra-se no município de Belém do Pará, contando com 5 sistemas com uma potência total de cerca de 5 kWp. Contando com o apoio de especialistas da Universidade Federal do Pará para determinação das especificações técnicas e instalação dos sistemas, foi possibilitada a participação dos usuários interessados.
COOPERAÇÃO INTERNACIONAL ORGANIZAÇÕES NÃO GOVERNAMENTAIS
Neste item são apresentados quatro programas de abastecimento de água a comunidades rurais, viabilizados pela cooperação internacional, através das Relações Internacionais Oficiais e pelo Terceiro Setor, via entidades locais, alguns deles já mencionados anteriormente.
Com o intuito de melhorar a disseminação da tecnologia fotovoltaica, o governo alemão criou o "Programa PVP" de cooperação internacional, do qual participaram sete países, Brasil, Argentina, Indonésia, Jordânia, Filipinas, Tunísia e Zimbabwe. No Brasil o convênio entre governos se deu por intermédio da Sociedade Alemã de Cooperação Técnica (GTZ) e o governo do estado do Ceará, via Companhia de Eletricidade do Ceará (COELCE), instalando, entre os anos de 1990 e 1994, 15 sistemas, com uma potência total de 16 kWp. [9] [18] [19]
Na instalação houve participação dos usuários, principalmente no que se refere à infra-estrutura, como construção dos depósitos de água. Os serviços de manutenção ficaram sob a responsabilidade da concessionária de energia elétrica local.
O "Projeto Eldorado", entre 1994 e 1997, foi financiado pelo Ministério de Pesquisa e Tecnologia da Alemanha (BMFT), e implementado através de acordos diretos com a indústria alemã. Com o objetivo de impulsionar o desenvolvimento das energias renováveis, buscou testar novas tecnologias em condições reais de operação, e demonstrar em campo a utilização das tecnologias eólica (Eldorado Wind) e fotovoltaica (Eldorado Sun). Participaram do programa países em desenvolvimento, localizados em regiões de clima tropical, sendo que no Brasil o estado agraciado foi Pernambuco com 15 sistemas de bombeamento fotovoltaico. Estes sistemas, com uma potência total de 16 kWp, foram instalados sob coordenação local da Companhia de Eletricidade de Pernambuco (CELPE). [20]
Um outro empreendimento do gênero ocorreu através de um acordo de colaboração entre o National Renewable Energy Laboratory (NREL), do Department of Energy (DOE) dos Estados Unidos, e o Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL), representando o Brasil. O "Programa NREL-CEPEL" teve como finalidade demonstrar a efetividade das tecnologias eólica e solar fotovoltaica para satisfazer as necessidades da eletrificação rural, estabelecer relações institucionais e comerciais entre os dois países, e formular as bases do desenvolvimento de um amplo programa de eletrificação rural com energias renováveis de geração autônoma, no Brasil. [20]
No que concerne ao bombeamento fotovoltaico, o programa contou com 17 sistemas no estado da Bahia e 6 em Alagoas, num total de 17,7 kWp de potência instalada. Com a participação da Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia e da Companhia Energética de Alagoas, o CEPEL coordenou os trabalhos de implantação e monitoramento da operação nos primeiros quatro anos.[20]
Entre os anos de 1997 e 2000, foi implementado o "Projeto piloto de abastecimento de água com sistemas de bombeamento fotovoltaico às comunidades do Retiro e Varadouro". Como primeira iniciativa do gênero no estado de São Paulo, contou com financiamento espanhol, a fundo perdido, através da Organização Não Governamental ERA-AEDENAT e teve coordenação técnica do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo. Apesar de apresentar algumas diferenças no que se refere ao serviço prestado às comunidades, como por exemplo a construção de lavanderias coletivas, o projeto teve o mesmo tipo de implementação do projeto PTU-Alto Solimões, sendo que parte da equipe técnica participou de ambos projetos.
A participação dos usuários ocorreu em todas as etapas do processo, havendo uma contrapartida da comunidade na forma de mão-de-obra para o transporte dos equipamentos, perfuração dos poços, corte de madeira para a construção das edificações necessárias, e instalação dos equipamentos.
Ainda por iniciativa do Terceiro Setor, outros dois projetos foram implantados nos estado de Pernambuco e Rio Grande do Norte. O primeiro deles, financiado pelas ONG's Diaconia e Caatinga, instalou 12 sistemas de pequenos porte (total de 1,2.kWp) para consumo familiar e criação de animais domésticos. O segundo, financiado pela Universidade Solidária, contou com outros dois sistemas para fins de irrigação de agricultura familiar (total de 240 Wp). Ambos contaram com a participação da ONG Naper Solar, a qual propiciou a capacitação técnica preventiva e corretiva dos usuários.
Observou-se nos projetos de cooperação em que, por se tratar de iniciativas pontuais do tipo "projeto piloto", a principal debilidade é a reposição dos equipamentos ao término de sua vida útil, uma vez que as instituições costumam viabilizam o investimento inicial e, no melhor dos casos, a reposição de alguns equipamentos somente num primeiro momento.
INICIATIVA PRIVADA
A determinação do número de sistemas de bombeamento adquiridos pela iniciativa privada é duplamente difícil. Em primeiro lugar, não há veiculação a respeito em eventos científicos, e a associação que congrega as empresas do setor não possui publicação regular e sistemática. Adiciona-se a essa dificuldade o fato de que, salvo honrosas exceções, as empresas distribuidoras dos equipamentos relutam em fornecer informações a respeito, alegando sigilo profissional. Tendo em vista esta problemática, a estimativa do número sistemas instalados fica prejudicada. Os poucos dados obtidos registram 298 sistemas, perfazendo uma potência instalada de 28 kWp, sendo que cerca de 80 % são de pequeno porte, até 150 Wp, e os 20 % restantes não ultrapassam a 1.200 Wp.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O bombeamento fotovoltaico já é uma opção economicamente competitiva para o abastecimento de água a populações localizadas em áreas remotas. Além da competitividade econômica, esta aplicação obteve grandes avanços tecnológicos nos últimos anos, sendo a aplicação que mais se desenvolveu no âmbito da utilização rural da tecnologia fotovoltaica. Este fato é comprovado pelos diversos projetos mencionados anteriormente. Seguindo esta tendência, o Brasil conta com mais de três mil sistemas de bombeamento fotovoltaico e tem um potencial de utilização imensamente maior, tendo em vista a grande dispersão geográfica dos domicílios rurais incorrendo em déficit de abastecimento de água e de energia elétrica convencional.
É oportuno mencionar que as experiências de implementação desta tecnologia no país, apesar de escassamente analisadas e divulgadas, estão gerando resultados positivos. Isto já pode ser constatado nos procedimentos adotados pelo PRODEEM no último processo licitatório para a compra de sistemas fotovoltaicos para o abastecimento energético de escolas rurais, o qual contou com a exigência de execução de testes de qualidade dos equipamentos no seu recebimento, garantia e manutenção dos equipamentos pela empresa vencedora, num período de dois anos após a instalação. Espera-se que medidas e procedimentos semelhantes sejam adotados nas futuras aquisições de sistemas de bombeamento fotovoltaico.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho conta com o apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, através de bolsa DR.
REFERÊNCIAS
[1] LORENZO, E., et al., Electricidad solar, ingenieria de los sistemas fotovoltaicos, Progensa, Sevilha, Espanha, 1994.
[2] EPIA, Photovoltaics in 2010, Commission of the European Communities - Directorate General for Energy, Summary Report, 1996.
[3] BARLOW, R., et al., Status and experience of solar PV pumping in developing countries, 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Lisboa, Portugal, 1991.
[4] DUZAT, R.M., Analytical and experimental investigation of photovoltaic pumping systems, Tese de doutoramento submetida ao Physics Department of the Carl von Ossietzky da Universidade de Oldenburg, Alemanha, 2000.
[5] VILELA, O.C., Caracterização, simulação e dimensionamento de sistemas fotovoltaicos de abastecimento de água, Tese doutoral submetida ao Departamento de Energia Nuclear da Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2001.
[6] ALONSO-ABELLA, et al., Use of standard frequency convertes in PV pumping systems, 2nd World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Viena, Austria, 1998.
[7] PERLIN, J., From space to earth: the story of solar electricity, Hardcopy, cidade,1999
[8] HALCROW, W., et al., Small-scale solar-powered irrigation pumping systems,Phase I Project Report, UNDP Project-GLO/78/004, Intermediate Technology Development Group, Londres, 1981.
[9] ANHALT, J. Introdução de sistemas de bombas fotovoltaicas - Relatório final sobre a realização de um projeto, GTZ, Fortaleza, 1995.
[10] RSP-Regional Solar Programme, Lessons and perspectives, European Commission (DG VII), Foudation Energies pour le Monde, Bruxelas, 1999.
[11] HÄNEL, A., et al., The performance of PV pumping systems in the CILSS - Regional Solar Programme: one year of monitoring results on 10 systems, 13th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Nice, França, 1995.
[12] LORENZO, E., et al.,Evaluación de un proyecto de bombeo fotovoltaico en el sur marroqui, Instituto de Energía Solar-Universidad Politécnica de Madrid, Madrid, Espanha, abril 1999.
[13] ERA SOLAR, SAPT - Publicaciones Técnicas, Madrid, Espanha, março-abril 2001.
[14] PRODEEM - Energia das Pequenas Comunidades, Relatório de Atividades (agosto 2000-março 2001), Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios, Ministério de Minas e Energia, Brasília, 2001.
[15] LOREIRO FILHO, I., PRODEEM Documento Básico, Ministério de Minas e Energia, Brasília, 1993.
[16] PRESIDÊNCIA DA REPÚBLICA Decreto Lei de 27 de dezembro de 1994.
[17] PTU-Programa Trópico Úmido, Alternativas energéticas e uso econômico da biodiversidade, Edital 01/97, Ministério de Ciência e Tecnologia, Brasília, 1997.
[18] ARAGÃO, C.A., et al., Photovoltaic water pumps for small communities in the semi-arid northeastern region of Brazil, 15th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Amsterdam, 1994.
[19] CHACON, S.S., Avaliação da sustentabilidade sócio-econômica e financeira do Projeto PVP no Ceará - Brasil, GTZ, Fortaleza, 1995.
[20] GALDINO, M.A.., LIMA, J.H.G., PRODEEM - programa nacional de eletrificação rural baseado em energia solar fotovoltaica, IX Congresso Brasileiro de Energia, Rio de Janeiro, 2002.
1 Energia radiante do sol, transformada em potência hidráulica útil.
2 CC - Corrente Contínua.
3 CA - Corrente Alternada.
4 m.c.a. - metro de coluna de água.
5 Média obtida nos projetos que consta da tabela 1 e do Projeto PRS.
6 Estimativa baseada em informação de profissionais da área que trabalharam no referido período.
7 Estimativa.
8 Ministério de Minas e Energia - PRODEEM.
9 Ministério de Ciência e Tecnologia - PTU.
10 Ministério da Saúde - FUNASA.
11 Cooperação alemã, Projeto Eldorado e Projeto PVP, cooperação espanhola Projeto ERA-AEDENAT, cooperação norte americana Projeto NREL-CEPEL, ONG's Diaconia, Caatinga e Naper Solar.
12 Companhia de Engenharia Rural da Bahia - CERB, Companhia de Eletricidade da Bahia - COELBA.
13 Companhia de Saneamento de Minas Gerais - COPASA, Companhia Energética de Minas Gerais - CEMIG.
14 Prefeituras de Rio do Soto - TO e de Belém do Pará - PA.
15 Adquiridos pela iniciativa privada, informação de empresas distribuidoras de equipamentos.
16 Foi detectado uma grande quantidade de equipamentos adquiridos e armazenados há mais de dois anos, muitos dos quais começam a ter seu funcionamento comprometido, como é o caso das bombas helicoidais.
17 Há casos nos quais que o tempo entre a ocorrência do problema e sua reparação é superior a 1 ano.
18 PRODESAS, Programa de Desenvolvimento Sustentável do Alto Solimões, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia.
19 É de amplo conhecimento na região a "compra de votos" em troca da doação de "motores de luz" em época de eleição, e de combustível para seu funcionamento, no restante do tempo.
20 Informações obtidas através de coordenadores da FUNASA nos estados.