An. 4. Enc. Energ. Meio Rural 2002

 

Eletrificação rural fotovoltaica domiciliar no Brasil: uma proposta para implementação e operação considerando a universalização eqüitativa do atendimento

 

 

Rosana Rodrigues dos Santos; Roberto Zilles

Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia, PIPGE. Universidade de São Paulo - Instituto de Eletrotécnica e Energia/IEE. Av. Prof. Luciano Gualberto, 1289 - CEP 05508-900 - São Paulo - SP e-mail: rosana2@uol.com.br e zilles@iee.usp.br

 

 

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RESUMO

O artigo expõe um critério para decidir sobre a adequação de utilização da opção solar fotovoltaica de atendimento, uma proposta para minimizar o custo de operação de um programa de eletrificação rural com sistemas fotovoltaicos domiciliares e uma estrutura tarifária em três níveis de serviço fotovoltaico - NSF (5, 10 e 15kWh/mês). O ponto de partida da elaboração do trabalho foi uma hipotética concessão ao "consumidor fotovoltaico" de subsídio equivalente ao alocado a um consumidor de baixa renda e baixíssimo consumo (inferior a 30kWh/mês) atendido via rede.

Palavras chave: energia solar fotovoltaica, eletrificação rural, universalização do atendimento

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ABSTRACT

The paper presents a decision criterion to aid the planning of rural electricity supply, when it comes to choose among grid or PV off-grid supply alternatives. It also proposes an operational strategy to PV residential rural electrification programmes and defines a PV tariff structure considering three PV service levels (5, 10 and 15kWh/month). In order to get to the results it was assumed a concession of equivalent levels of subsidy both to the grid and off-grid supply options (in the case of consumers presenting low income and very low monthly demand consumers - lower than 30kWh/mês).

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INTRODUÇÃO

O programa nacional de eletrificação rural "Luz no Campo", financiado com recursos da RGR e gerenciado pela ELETROBRÁS, tem ampliado de forma significativa o atendimento elétrico rural no Brasil. No entanto, este programa não prevê em seu plano original o atendimento pleno em todos os estados brasileiros [1].

Paralelamente ao programa Luz no Campo, intensificou-se as discussões em torno da regulação da universalização do acesso à energia elétrica - com especial atenção às áreas rurais, a partir da Minuta de Resolução lançada pela ANEEL na última edição do AGRENER.

Pode-se dizer que parte do público não atingido pelo programa "Luz no Campo" deverá recorrer a outras alternativas para antecipar seu atendimento, dentre as quais está inclusa a solar fotovoltaica. Portanto, em um contexto de busca pela universalização do acesso à energia elétrica, os sistemas fotovoltaicos domiciliares (SFDs), apesar de oferecerem um serviço restrito devido aos preços de equipamento atualmente praticados no Brasil, podem fornecer os primeiros kWh elétricos para uma família, que, de outra forma, teria de aguardar cinco anos ou mais para ser atendida.

A questão que se coloca é que a eletrificação rural fotovoltaica domiciliar conduzida fora do marco regulatório do setor elétrico e sem contar com os mecanismos de financiamento e subsídios de que dispõe um atendimento via rede acaba resultando em valores de desembolso mensal muito acima da tarifa mínima paga por um consumidor rural de baixa renda e baixo consumo.

Para que a Eletrificação Rural Fotovoltaica Domiciliar (ERFD) seja inserida como opção de (pré)atendimento dentro do contexto de busca pelo acesso universal ao serviço de energia elétrica, esta questão da compatibilização do valor do "serviço fotovoltaico" com aquele praticado pela Rede precisa ser resolvida.

 

OPERAÇÃO [1]

A estratégia de operação sugerida por Santos [1], procura repartir a responsabilidade pela manutenção entre o "agente implementador"¹ e o "consumidor fotovoltaico" mimetizando o conceito de "padrão de entrada" da rede elétrica.

A partir da previsão de um limite de propriedade definido pelo "padrão de entrada fotovoltaico" pode-se imaginar que o "agente implementador" assume a troca dos equipamentos internos a ele (controladores, medidor de Ah e, eventualmente, conversor CC/CA) e do(s) módulo(s) e sua estrutura de sustentação. O "consumidor fotovoltaico" assume a troca dos elementos internos ao seu domicílio (reatores, lâmpadas, fusíveis, fiação e interruptores).

A responsabilidade sobre a troca trianual das baterias é compartilhada entre os dois: o "consumidor fotovoltaico" assume em parte (ou no todo) o custo de troca, dependendo do regime tarifário escolhido para o programa, e o "agente implementador" arca com a parte restante do custo da bateria e coordena seu processo de compra.

Dentro desta estratégia de operação, o "consumidor fotovoltaico" deve transportar a bateria "morta" para um ponto de troca determinado pelo "agente implementador", levar a bateria "nova" e instalá-la em seu SFD. Isto desonera o "agente implementador" do pesado custo de transporte de equipamento e pessoal até os SFDs dispersos no campo.

Esta estratégia de operação coloca a bateria como o único elemento do SFD que terá gestão compartilhada. Portanto, é razoável considerar que a contribuição financeira do "consumidor fotovoltaico" será em termos de uma percentagem do valor da bateria a ser pago no momento de sua troca trianual ou financiado de acordo com condições escolhida pelo "agente implementador".

O importante é que o cálculo do valor a ser pago pelo "consumidor fotovoltaico" seja resultado de uma equiparação de subsídios entre os atendimentos via rede ou via ERFD.

 

CRITÉRIO DE DECISÃO AUXILIAR NO PLANEJAMENTO DO ATENDIMENTO ELÉTRICO RURAL [1]

Utilizando-se dos dados de custo de atendimento praticado no âmbito do Programa "Luz do Campo" [2] e das tarifas praticadas pelas concessionárias de distribuição, calculou-se, através de metodologia de análise financeira [3], o subsídio alocado em 24 anos para cada novo consumidor rural agropecuário residencial pagando tarifa mínima.

Para os três níveis de serviço fotovoltaico - NSF (5, 10 e 15kWh/mês) e para quatro valores de irradiação solar (3.5, 4.0, 4.5 e 5.0kWh/m²), calculou-se o custo do ciclo de vida de 24 anos do SFD.

Supondo atribuição de subsídio equivalente, tem-se as expressões (1) e (2).

Onde:

C_{R Total}: Custo do ciclo de vida de uma ligação à rede (tx desc. 12%aa).

VP _{Tarifa Rede}: Valor presente da tarifa mínima.

C_{SFD Total}: Custo do ciclo de vida do SFD.

VP_{Desembolso PV}: Valor Presente do desembolso fotovoltaico necessário à equiparação de subsídios.

Portanto:

Onde:

S_{R Ligação}: Subsídio por ligação.

Conforme mencionado, a estrutura de cobrança da "tarifa fotovoltaica" será resultante da distribuição da responsabilidade sobre as baterias entre o "agente implementador" e o "consumidor fotovoltaico". Portanto vale a expressão (3):

Onde:

χ: Parcela a ser assumida pelo usuário.

VP_{BAT Total}: Valor presente das baterias para taxa de desconto de 12%aa.

Se χ < 0, então o SFD é a alternativa mais viável. Se 0 < χ < 1, então a aplicação do SFD depende de outro critério adotado pelo "agente implementador", senão a ligação à rede é a opção a ser considerada.

O método descrito oferece uma ferramenta de planejamento que pode ser regionalizada conforme necessidade e a tabela 1 mostra os resultados referentes à criação desta ferramenta de planejamento.

 

 

TARIFA FOTOVOLTAICA [1]

Após verificar a pertinência da utilização dos SFDs para diversos estados brasileiros, procurou-se desenvolver um método de cálculo de uma tarifa fotovoltaica para os três NSF e os três níveis de irradiação solar no plano do módulo.

Para os casos onde o SFD foi a alternativa considerada viável (vide tabela 1), tem-se que a tarifa fotovoltaica (TF) pode ser obtida pela expressão (4).

Onde:

A: Fator de correção para levar em conta a maior eficiência energética do uso final "iluminação" nos SFDs.

I: Parcela estimada do consumo destinada ao uso final "iluminação" (I = 0 caso queira-se desconsiderar A).

P_Li e P_Lf: Potência das lâmpadas incandescentes da rede e fluorestences dos SFDs.

NSF: 5, 10 ou 15kWh/mês

$kWh_Rede: Custo do kWh fornecido pela rede para a primeira faixa de consumo da sub-classe rural-agropecuário-residencial.

Para situações onde S_{R Ligação} - S_SFD < 0, a tarifa fotovoltaica é então calculada pelas expressões (6) e (7).

Onde:

VP_{Tarifa PV}: Valor presente da tarifa fotovoltaica

VP_{BAT Total}: Valor presente das baterias

S_SFD: C_{SFD Total} - VP_{Tarifa PV} (subsídio ao SFD)

Considerando P_Li = 60W e P_Lf = 20W e que todo o consumo seja destinado à iluminação (∴ I=1), os resultados de tarifas fotovoltaicas podem ser observados na tabela 2. Logicamente, outros valores para a potência das lâmpadas incandescentes e fluorescentes e uma estimativa mais apurada da percentagem do consumo dedicada à iluminação levarão a outros resultados de tarifas fotovoltaicas. No entanto, o método proposto continua válido e pode ser utilizado na realização dos cálculos necessários.

 

 

A tabela 3 apresenta os valores das tarifas fotovoltaicas em termos de percentagem do valor das baterias. Imagina-se que este percentual possa ser pago pelo "consumidor fotovoltaico' no momento da troca da bateria ou financiado conforme condição definida pelo "agente implementador".

 

 

COMENTARIOS FINAIS

A estratégia de operação proposta no trabalho permite contornar alguns dos problemas identificados como barreiras à implementação sustentável de programas de ERFD, tais como custo de transporte de material e pessoal para realizar manutenções de rotina, custo de emissão e recebimento de faturas mensais e definição clara do comprometimento dos participantes do programa para com a manutenção.

Para que esta estratégia funcione, os equipamentos empregados nos SFDs tem de ter sua qualidade testada antes de serem instalados no campo. O dimensionamento dos SFDs deve corresponder a uma expectativa realista de consumo [4] e garantir uma relação adequada entre geração, consumo e acumulação. As instalações devem obedecer a um padrão mínimo de qualidade a ser conferido pelo "agente implementador". O "consumidor fotovoltaico" tem de receber informações suficientes para que possa lidar com seu SFD sem "endeusar" a tecnologia. Estes itens são fundamentais e, caso não atendidos, não há possibilidade de conduzir um programa de ERFD de sucesso.

A ferramenta de planejamento apresentada permite locação mais eficiente dos SFDs na medida em que evita que esta tecnologia seja empregada quando a rede é a opção que exige menor esforço de financiamento (subsídio ao logo da vida útil), pois, reconhecidamente, dado os atuais preços dos SFDs, o serviço de energia elétrica que eles oferecem é mais restrito do que aquele da rede.

Finalmente, a estrutura tarifária apresentada, bem como as percentagens equivalentes do valor das baterias permitem conduzir o programa de ERFD dentro da legislação existente para o setor elétrico e considerar a alternativa solar fotovoltaica como participante do processo de universalização do acesso sendo provavelmente tomada como um pré-atendimento.

 

AGRADECIMENTOS

Este trabalho foi possível graças ao apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP.

 

REFERÊNCIAS

[1] SANTOS, Rosana R. Procedimentos para a Eletrificação Rural Fotovoltaica Domiciliar no Brasil: uma contribuição a partir de observações de campo Tese de Doutorado, USP. São Paulo: 2002 (no prelo).

[2] ELETROBRÁS Luz no Campo: Relatório Síntese 2000 Rio de Janeiro: ELETROBRÁS, 2001. 45p.

[3] DAMODARAN, A. Investment Valuation - Tools and techniques for determining the value of any asset Londres: John Wiley & Sons, 1996.

[4] MORANTE, Federico Demanda Energética em Solar Home Systems Dissertação de Mestrado, USP, Programa Interunidades de Pós-Graduação em Energia, São Paulo: Abril, 2000 (mimeo.).

 

 

1 O "agente implementador" pode ser uma concessionária de distribuição, permissionária, ONG, uma ESCO ou mesmo prefeituras.