Energia Solar

O artigo desta referência vem de uma discussão na plataforma online de compartilhamento de conhecimento Quora e, por isso, não foi formalmente revisado nem publicado em uma revista ou relatório científico. Ainda assim, foi muito citado, referenciado e republicado tanto na Forbes quanto no New York Times, e o autor o aponta como o primeiro caso em que uma solução de energia solar para as necessidades globais de energia foi proposta e a viabilidade, praticidade e os números de uma ‘Solução do Saara’ foram considerados. Ele foi rigorosamente criticado e defendido pelo autor, um especialista acadêmico e da indústria, e recebeu apoio informal de outros profissionais acadêmicos e da indústria. Partes da proposta e dos cálculos de apoio podem ser vistas como hipóteses, contas ‘de guardanapo’ ou uma base para cenários reais de solução no mundo, e são discutidas nos dois contextos, mas servem aqui como uma estimativa ilustrativa.

Em especial, a estimativa se baseia no consumo total de energia e supõe a eletrificação completa de todos os usos de energia, incluindo aquecimento, transporte e processos industriais. A possibilidade de eletrificar esses usos diretamente varia e, às vezes, é pouco prática ou impossível (embora alguns possam ser abastecidos por hidrogênio verde produzido por eletrólise movida a energia solar). Segundo uma estimativa agregada (produzida por IA), ~60-70% da demanda global de energia poderia ser eletrificada com as tecnologias atuais e de curto prazo, com base em dados setoriais da McKinsey, IRENA e das perspectivas globais de energia da IEA ^A,B,C, reconhecendo que há desafios práticos. A área necessária para usinas solares no Saara para atender à demanda global de eletricidade como ela é hoje seria bem menor.

A estimativa de 1,2% do deserto do Saara foi ajustada para 1,5% para considerar os recentes aumentos na demanda global de energia (aproximadamente 19,6 TW em 2023 ^D,E).

Vários estudos modelaram o potencial global da energia solar fotovoltaica (FV) em telhados, mas com resultados diferentes. Um estudo ^[19] estima que a área total de telhados adequada para FV poderia gerar 27 PWh por ano, superando a demanda mundial de eletricidade em 2018. Devido às variações geográficas e sazonais na luz solar e, portanto, no potencial FV, a contribuição das áreas de telhados regionais para esse potencial total não é uniforme, ou seja, a capacidade de uma região pode ficar bem abaixo da demanda regional, enquanto a de outra pode superar a demanda e contribuir de forma desproporcional para a oferta global. Os autores estimam que seria necessário um mínimo de 50% da área global de telhados para atender à demanda mundial anual de eletricidade somada entre as regiões.

Em 2023, a demanda mundial de eletricidade já tinha aumentado para pouco menos de 30 PWh ^F, superando o potencial global anterior de FV em telhados relatado em [19]. As demandas totais de energia (incluindo aquecimento, transporte e processos industriais, além da eletricidade), por sua vez, chegaram a aproximadamente 172 PWh ^D,E. Outro estudo ^[20] destaca inconsistências na metodologia de [19] e estima que o potencial global de FV em telhados poderia chegar a cerca de 30,5 TW de capacidade máxima instalável, o que equivale a mais de 267 PWh por ano, superando de longe até nossas demandas totais de energia. Um terceiro estudo ^[21] estima que o potencial global de FV em telhados chegaria a 175 TWh por ano até 2050, sujeito a mudanças conforme diferentes cenários de emissões em curso. Essa previsão envolve expandir os telhados para permitir uma área total de FV muito maior do que a relatada atualmente por [19]. Considerando essas descobertas e suas respectivas metodologias, chegamos à conclusão conservadora de que apenas metade dos telhados do mundo poderia bastar para atender às necessidades de eletricidade da humanidade.

Em um artigo ^[28], estima-se que a produção potencial de energia com cobertura de no máximo 30% da área de superfície por sistemas fotovoltaicos flutuantes (FPV) em todos os reservatórios do mundo (556.111 km² em 114.555 reservatórios) seja de 9.434 TWh por ano. Isso é uma estimativa conservadora, baseada na cobertura limitada da superfície por FPV (30%) devido a restrições técnicas e ambientais. Da mesma forma, outro artigo ^[29] informa que 25% da área de superfície dos reservatórios do mundo poderia produzir 8.000 TWh ano^-1. Segundo as projeções da IEA ^G, isso equivale a pelo menos um quarto da demanda global de eletricidade no futuro previsível (quase um terço da demanda, no fim de 2023 ^F), e a capacidade pode aumentar ainda mais à medida que novos reservatórios forem construídos.

Um artigo mais recente ^[30], porém, destaca avanços na tecnologia dos painéis solares que não foram considerados nesses estudos anteriores, incluindo sistemas de rastreamento solar e painéis solares bifaciais: “Embora os rastreadores possam aumentar as exigências de flutuação e ancoragem do sistema e elevar seus custos totais, seu ganho significativo de energia em comparação com sistemas de inclinação fixa, as tecnologias em evolução e a queda dos custos provavelmente farão com que sejam mais comuns nos próximos anos”. Para entender como essas novas tecnologias poderiam funcionar globalmente, eles “analisaram a capacidade instalada e o potencial de geração de energia de diferentes configurações de FPV, incluindo instalações de inclinação fixa com diferentes ângulos de inclinação, diferentes formas de rastreamento, além de diferentes tipos de painel (monofacial vs. bifacial) em 249.717 reservatórios interiores (artificiais e naturais) no mundo todo, com uma área total de 222.623 km² -cerca de quatro vezes maior que a analisada em” ^[28]. Com essas atualizações, os autores estimam uma capacidade instalada total de FPV de até 22 TWp (potência de pico), que poderia atender toda a demanda mundial de eletricidade.

Our World in Data ^[51] reúne dados de várias fontes, incluindo a IRENA 2024 ^H. Como informa a página, a IRENA apresenta preços de módulos solares fotovoltaicos para várias tecnologias diferentes. Os dados a partir do 4º trimestre de 2013 são o preço médio anual das tecnologias de ‘filme fino a-Si/u-Si’, ou o Índice Global de Preços como referência para todas as tecnologias solares, chegando a um preço global de US$ 0,31/W em 2023. Outras fontes ^I,J,K usam como referência principal a tecnologia mais comum de painéis monocristalinos monofaciais, cujos preços caíram ainda mais:

Em janeiro de 2024, o preço dos módulos de filme fino a-Si/u-Si vendidos na Europa caiu para cerca de US$ 0,16/W ^H. Em abril de 2024, o preço global à vista dos módulos monocristalinos monofaciais foi informado como US$ 0,11/W ^I. Em novembro de 2024, os painéis monocristalinos PERC dominantes no mercado e as tecnologias c-Si TOPCon de nova geração chegaram a US$ 0,087/W, US$ 0,1/W e US$ 0,29/W na China, Europa e EUA, respectivamente ^{J,K †}.

^†Os preços de exportação costumam ser mais altos nos mercados globais do que na China devido à logística, tarifas e fatores regionais de mercado, especialmente os Termos Comerciais Internacionais (FOB para exportações chinesas vs DDP para EUA e Europa ^J).

A Bloomberg ^[52] informa que o preço médio global dos módulos caiu para US$ 0,096/W. Em comparação com um preço médio global dos módulos de US$ 19,48/W em 1984 ^[51], os preços dos módulos caíram mais de 99% em 40 anos.

Para comparar melhor, o preço médio dos módulos nos EUA caiu para US$ 0,29/W até o 1º trimestre de 2024 ^I. Isso representa uma queda de 96% em 35 anos, desde 1989 ^L,M. Os preços mais altos nos EUA têm sido mantidos por tarifas sobre módulos chineses e outros fatores de importação ^I.

IRENA Renewable Power Generation Costs 2023 afirma que o Custo Nivelado de Eletricidade (LCOE) médio global ponderado da energia solar fotovoltaica foi de US$ 0,044/kWh. Entre 2010 e 2023, o LCOE médio global ponderado das usinas CSP caiu 70%, de US$ 0,393/kWh para US$ 0,117/kWh. Portanto, em 2023, o LCOE da energia solar fotovoltaica em grande escala era pouco mais de um terço do da CSP. Porém, os custos da energia solar fotovoltaica continuam caindo. Entre 2021 e 2023, apenas uma usina CSP entrou em operação por ano, então esses anos não são necessariamente representativos. Como a implantação de CSP desacelerou e a concorrência com a energia solar fotovoltaica é forte, é plausível que essas usinas fossem projetos avançados e muito otimizados, voltados a mostrar competitividade. Assim, o LCOE médio informado pode ser menor do que o que se poderia observar em um ano com projetos CSP mais típicos ou diversos.