BOMBEAMENTO SOLAR FOTOVOLTAICO, HISTÓRICO,CARACTERÍSTICAS E PROJETOS
Maria Cristina Fedrizzi, Ildo Luis Sauer
Universidade de São PauloPrograma Interunidades de Pós-Graduação em Energia
Av. prof. Luciano Gualberto, 1289 - CEP 05508-900, São Paulo – [email protected]
RESUMO
O artigo apresenta uma revisão sucinta do estado daarte da tecnologia de bombeamento fotovoltaico, umhistórico dos principais projetos fotovoltaicoscomunitários de abastecimento de água no mundo eno Brasil, e faz uma análise da atual situação nopaís.
ABSTRACT
In this work the state-of-the-art of photovoltaicpumping technology is briefly reviewed, the historyof maim photovoltaic pumping community watersupply projects, in Brazil end world wide, arepresented, and, the current status on evaluated isassessed.
INTRODUÇÃO
Tendo em vista o avanço tecnológico experimentadonos últimos anos pela tecnologia de bombeamento eo decorrente crescimento de sua aplicação para oabastecimento de água a comunidades rurais remotasno Brasil e no mundo, busca-se com este trabalho,recuperar as informações mais relevantes relativasao estado da arte da tecnologia e ao histórico dodesenvolvimento de projetos desta natureza.
Apesar de o efeito fotovoltaico ter sido observadopela primeira vez pelo físico francês EdmundBecquerel, em 1839 [1], e as primeiras aplicaçõesdatarem da década de 1950, o bombeamentofotovoltaico somente se deu de forma comercial nofinal da década de 1970. Até 1990 não mais de10.000 sistemas haviam sido instalados em todo omundo. Na última década, no entanto, seu númeroaumentou sensivelmente e, ainda que não se tenhacontabilizado com precisão, o último estudo deprevisão da expansão realizado pela União Européia,mostra cifras da ordem de 150.000 sistemas debombeamento fotovoltaico instalados até o ano de2010 [2].
Um dos fatores que contribuiu para a disseminaçãoda opção de bombeamento fotovoltaico foi a reduçãodos preços de seus componentes. A evolução dopreço do módulo fotovoltaico no mercadointernacional foi de US$ 20,00/Wp, em 1970 [3],para US$ 3,50/Wp atualmente, e para sistema debombeamento fotovoltaico como um todo (módulos,acondicionamento de potência e conjuntomotobomba), passou de US$ 50,00/Wp [3], em1970, para menos de US$ 9,00/Wp, atualmente. NoBrasil, no entanto, estes valores estão por volta deUS$ 6,00/Wp, para o módulo fotovoltaico, e de US$18,00/Wp, para o sistema de bombeamentocompleto.
Outro fator decisivo foi a viabilização de projetospiloto implantados em condições reais de operação,proporcionando o aprimoramento tecnológiconecessário para sua expansão em larga escala.
O ESTADO DA ARTE
Adicionalmente ao avanço tecnológico, primandopela confiabilidade, houve uma melhorasignificativa na eficiência dos elementos dossistemas de bombeamento fotovoltaico. No início dadécada de 1980, a eficiência média total1 de umsistema era de 2% [3]. No entanto, graças aoaumento das eficiências individuais dosequipamentos, atualmente encontram-se sistemascom eficiência média total acima de 5% [4]. Emlinhas gerais, um bom sistema comercial conta comeficiência dos módulos fotovoltaicos entre 12% e15%, e eficiência do restante do sistema entre 30% e40%. Estas cifras podem parecer pequenas, mas nãosão considerando-se que se trata de bombaspequenas, geralmente abaixo de 2 HP.
Um sistema de bombeamento fotovoltaico éconstituído por um gerador fotovoltaico, mecanismode acondicionamento de potência, conjunto
1 Energia radiante do sol, transformada em potênciahidráulica útil.
motobomba e equipamentos complementares, comohidrômetro e sensor de nível. Como regra geral, nãosão utilizadas baterias pois o depósito de águadesempenha a função de armazenamento, exceçãofeita nos casos em que a bomba é uma carga a maisde um sistema fotovoltaico autônomo.
Em utilizações comerciais, o gerador fotovoltaicocostuma ser fixo, ainda que haja a comprovação deque a utilização de rastreador solar, o chamadotraking, otimize a incidência da irradiação solarsobre a superfície do gerador, aumentando assim aenergia útil, com o conseqüente incremento dovolume bombeado. Estudo comparativo de sistemasde bombeamento com e sem rastreador, sobdeterminadas condições de funcionamento obteveaté 41% a mais de água bombeada com o primeirocaso. [5]
O conceito básico para a utilização de rastreadoresreside na vantagem de adquirir uma menor potênciaem módulos fotovoltaicos, para uma mesmaquantidade de água bombeada, implicando em ummenor gasto com os módulos e uma menornecessidade de superfície livre para a instalação dosmesmos. Entretanto, a aquisição do mecanismorastreador, sua colocação em funcionamento, suamanutenção e reposição ao longo da vida útil doprojeto, pode não compensar a menor utilização demódulos e de superfície. Por este motivo, autilização de rastreador deve ser analisada emfunção das especificidades locais.
Com relação à origem da água, o estado da arte dobombeamento fotovoltaico busca substituir os poçostipo cacimba, por poços do tipo tubular de pequenodiâmetro, com o conjunto motobomba de localizaçãosubmersa e de fabricação especial para utilizaçãofotovoltaica, ou seja, bombas mais eficientes e commenor torque de arranque do motor. Esta opção visaa redução da contaminação do recurso hídrico e aotimização energética.
Bombeamento de água superficial, de rios e açudes,com sistemas de superfície ou flutuantes, são maisutilizados para irrigação e dessedentação de animaisdomésticos. Contudo, este tipo de solução é utilizadapara o abastecimento humano quando há algumimpedimento para a utilização de água, por exemplo,quando as características da água subterrânea sãoimpróprias para o consumo humano, ou quando háalgum impedimento para a perfuração de poços.
A primeira geração de sistemas de bombeamentofotovoltaico, particularmente os utilizados parapequenas e médias alturas manométricas, utilizavammotor CC2 com magneto permanente. Na últimadécada, esta configuração deu lugar a motores CA3
assíncronos, mais simples, robustos e de menorcusto, que são acoplados ao gerador fotovoltaico
2 CC – Corrente Contínua.3 CA – Corrente Alternada.
através de um inversor CC/CA. [4]
Objetivando a otimização (técnica e econômica) deum sistema de bombeamento, pode-se dizer que paraaumentar a eficiência média de funcionamento, alémde um bom dimensionamento, deve-se buscar aredução do torque de arranque do motor e amanutenção do funcionamento no seu ponto demáxima potência. Para tanto, vem sendo utilizadovariadores de freqüência, compatíveis com qualquertipo de bomba CA, que incluem seguidores demáxima potência. Apesar de se tratar de umdispositivo a mais a ser adquirido, estudoscomprovam que pode haver uma redução no custofinal do volume bombeado ao utilizar-se bombasmais baratas e facilmente encontradas no comérciolocal, o que favorece também a manutenção ereposição de peças. [6]
De um modo geral, para aplicações de baixapotência (< 200Wp) predominam as bombas dedeslocamento positivo, principalmente do tipodiafragma. Já para aplicações maiores a orientaçãodo mercado vem sendo no sentido das bombascentrífugas multiestágios, no entanto, para alturasmanométricas elevadas este tipo de bomba apresentaredução na eficiência. A figura 1 apresenta umdiagrama indicativo de utilização de bombas dedeslocamento positivo, região A, e bombascentrífugas, região B. Por esta razão, bombassubmersíveis de deslocamento positivo de eixocentral do tipo helicoidal e as de superfície compistão, chamadas de cavalete, começam a ter umincremento na sua aplicação. As figuras 2, 3, 4 e 5ilustram os mecanismos internos dos quatro tiposmencionados.
Figura 1. Curvas indicativas de utilização de bombas:de deslocamento positivo (A) e centrífugas (B).
Os sistemas de bombeamento de última geração,além de preservarem a robustez característica dosmais antigos, contam com aprimoramento daeletrônica de potência, embutindo no próprio motor,inversor CC/CA, seguidor do ponto de máximapotência, sensores de nível do poço e do depósito,além de outros dispositivos de proteção. Estesmotores compactos são acoplados a bombassubmersíveis, centrífugas e helicoidais, cobrindo,assim, as demandas de grandes vazões e grandesalturas manométricas.
GERADOR ACOND. POTÊNCIA MOTOR BOMBA
ACOPLAMENTODIRETO
CONTROLADOR
CONVERSORCC-CC
INVERSORCC-CA
BATERIA
MOTORCA
MOTORCC
ASSÍNCRONO
EXCITÇÃOINDEPENDENTE
CONEX.SERIES
CONEX.PARALELO
SÍNCRONO
CENTRÍFUGA
VOLUMÉTRICA
Figura 2. Bomba dedeslocamento positivo com
diafragma.
Figura 3. Bomba dedeslocamento positivo de
cavalete. (Fonte: Catálogo comercial.)
Figura 4. Bomba centrífugamultiestágio.
Figura 5. Bomba de deslocamentopositivo helicoidal.
(Fonte: Catálogo comercial.)
A evolução dos equipamentos de bombeamentofotovoltaico, passou de um sistema no qual a bombase encontrava em localização submersa e o motor eos demais componentes de acondicionamento depotência em superfície, acoplados através de umeixo (com reduzida eficiência), para um sistemacompacto no qual todo o mecanismo encontra-se emlocalização submersa (maior flexibilidade deutilização e eficiência). Mas apesar das inúmerasvariações possíveis, as configurações mais utilizadassão as que seguem as linhas grossas da figura 6.
Figura 6. Configurações de sistemas de bombeamentofotovoltaico mais utilizadas.
(Fonte: Modificado de LORENZO, 1999.)
Ainda que a tecnologia ofereça inúmeraspossibilidades em termos de potência, a maioria dossistemas de bombeamento fotovoltaico instaladosnão ultrapassa a potência de 2-kWp, com alturamanométrica média por volta dos 60 m.c.a4. e vazãoinferior a 40 m3/dia5. Neste intervalo se encontra ogrande 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, namaioria das vezes implantados em zonas rurais depaíses em desenvolvimento, com o suporte dospaíses produtores dos equipamentos, que ganhostecnológicos foram alcançados em função danecessidade de adaptação às condições de campo.
As primeiras aplicações comerciais dobombeamento fotovoltaico datam de 1978 [3]. Nailha de Córsega, dando continuidade a sua tese dedoutorado, Dominique Campana desenvolveu einstalou o primeiro sistema de utilização a campo deque se tem registro. Com módulos da empresaPhilips e bomba em corrente contínua desenvolvidaem conjunto com engenheiros da empresa Guinard,o sistema abastecia uma fazenda de criação deovelhas. Após este primeiro sistema, alguns outrosforam instalados na Europa. No entanto, o primeiroempreendimento em larga escala noticiado se deu nocontinente africano, mais especificamente em Mali[7].
Encabeçada pelo padre Bernard Vespieren, aentidade “Mali Acqua Viva”, foi criada para aliviaros efeitos da seca que assolava vários países daÁfrica. Após inúmeras tentativas de abastecimentode água com bombas a Diesel, manual, a pedal, e atémesmo com um projeto piloto solar térmico, no finalda década de 1970, a entidade conseguiu viabilizar ainstalação das primeiras bombas fotovoltaicas nocontinente Africano. Entre 1977 e 1990 mais de 200sistemas foram instalados em Mali, alavancandoinúmeros outros projetos em países vizinhos [7].
Pouco depois desta primeira iniciativa, entre 1979 e1981, o Programa das Nações Unidas para oDesenvolvimento (UNDP), com o apoio do BancoMundial (WB) e participação do IntermediateTechnology Development Group (ITDG), levou acabo um projeto piloto que incluía teste e avaliaçãodo funcionamento de sistemas de bombeamentofotovoltaico a campo. O principal objetivo foi ademonstração e avaliação do uso de pequenossistemas de bombeamento fotovoltaico (de 100 a300 Wp) para serem utilizados na irrigação de
4 m.c.a. – metro de coluna de água.5 Média obtida nos projetos que consta da tabela 1 e doProjeto PRS.
pequenas áreas em propriedades rurais de Mali,Filipinas e Sudão, tendo em vistas o aprimoramentoda tecnologia para seu uso a campo. As conclusõesdo trabalho apontaram um grande potencial deutilização desta tecnologia no meio rural, masnenhum dos produtos testados foi aprovado para asua imediata difusão em larga escala. Comoresultado, foi recomendado, dentre outras coisas,uma melhora na confiabilidade dos equipamentos e aredução de preços. [8]
Com a finalidade de demonstrar os custos reais deimplementação e a maturidade da tecnologia debombeamento fotovoltaico, entre 1990 e 1994, aagência de cooperação alemã, Deutsche Gesellschaftfür Technische Zusammenarbeit (GTZ), no âmbitodo “Programa PVP”, e em cooperação com asautoridades responsáveis pelo abastecimento de águados países receptores (Argentina, Brasil, Indonésia,Jordânia, Filipinas, Tunísia e Zimbabwe), instalou90 sistemas de bombeamento, totalizando cerca de180 kWp. [9]
Com o intuito aliviar os efeitos de décadas de secana África Saheliana, foi estruturado o ProgramaRegional Solar (PRS) para o abastecimento de águacom energia fotovoltaica a populações rurais de oitopaíses membros do Comité Permanent Inter-Etatsdes Pays en Lutte Contre la Sécheresse dans leSahel (CILSS) (Burkina Faso, Cabo Verde, Gâmbia,Guiné-Bissau, Mauritânia, Nigéria, Senegal e Chad).Com 1.040 sistemas de bombeamento instalados, eperfazendo um total de 1,3 MWp, o projeto buscoupara a população beneficiada, melhorar o acesso àágua em quantidade e qualidade, além de melhorarsuas condições econômicas propiciando recursoscomplementares através da irrigação de hortaliças efrutíferas. [10] [11]
O PRS representou um marco no que se refere aprojetos dessa natureza, tendo em vista que seusprocedimentos de implantação alcançaram cotas deconfiabilidade muito superiores às quecaracterizavam o estado da arte anterior. O programaprestou especial atenção ao quesito qualidade,mediante procedimentos que incluíram a definiçãode especificações técnicas, definição de testes,execução de testes de protótipos em laboratóriosindependentes e controle no recebimento dosequipamentos. Além da qualidade técnica, houvetambém uma preocupação com a estética (fiação,cercado, depósito, etc.), o que afeta positivamente nograu de aceitação e de satisfação dos usuários e dosdemais agentes envolvidos. [12]
No entanto, a concepção de qualidade do PRSlimitou-se somente até a entrada dos depósitos. Ainfra-estrutura de armazenamento e distribuiçãoficaram sob responsabilidade local e não foramobjeto de procedimento algum, pressupondo suaqualidade técnica como algo óbvio. Porém,avaliações posteriores mostraram um enorme
contraste entre a confiabilidade dos equipamentos debombeamento propriamente dito e a confiabilidadeda infra-estrutura local. Este resultado evidenciou anecessidade de que projetos de bombeamentocontemplem o sistema de água como um todo, ouseja, desde o manancial até os pontos de coleta.
O “modelo PRS” incluía equipamentos queviabilizavam a execução de testes de funcionamentoa campo, bem como da determinação do volumebombeado através de hidrômetro de uso permanente,além de outros dispositivos como receptor paramanômetro e orifício na tampa do poço o qualpossibilitava a inserção de sensor de nível utilizadopara testes operacionais e de rendimento dossistemas. Dentre outras questões, mesmo sendo osmódulos e motobombas adequados tecnicamente, asfalhas ocorridas nos testes iniciais refletiam a faltade padrão de qualidade nos equipamentosperiféricos, tais como contatos, caixas de conexão,aterramentos, etc.
Os esforços empregados no PRS, no sentido depriorizar a qualidade da totalidade dos elementos deum sistema de bombeamento fotovoltaico foramaproveitados em inúmeros outros projetos em váriospaíses, inclusive no Brasil.
No “Projeto Eldorado” realizado em cooperaçãoentre Alemanha e Brasil, foi utilizado o padrão dequalidade PRS, proposto pela parte alemã, que haviaparticipado do projeto na África.
Para ilustrar este fato, na figura 7 encontra-sedetalhe da boca de poço de um dos sistemasinstalados em Pernambuco, onde se observa algunsdos elementos idealizados para o PRS, tais como aboca do poço lacrada com o mesmo modelo detampa, manômetro, hidrômetro, válvula de retorno etubulação externa de alumínio. A figura 8 apresentaum croqui da boca do poço, pertencente ao projetoPRS, mostrando a semelhança entre os dois projetos.[12]
Figura 7. Boca do poço de um sistema doProjeto Eldorado em Inajá, PE.
Figura 8. Boca do poço, croqui do projeto PRS.(Fonte: LORENZO, 1999)
Apesar do Projeto Eldorado primar pela qualidadetécnica e contar com grande parte da instrumentaçãonecessária para a execução de testes defuncionamento em campo, constatou-se que somentealguns testes foram realizados [5], sem haver aincorporação deste procedimento na totalidade dossistemas, com vistas a um acompanhamento de seufuncionamento ao longo do tempo. Constatou-se,também, que sequer o registro do consumo de águaera efetuado, ainda que apresentassem hidrômetrosem perfeito estado de funcionamento.
No momento atual existem dois grandes projetos debombeamento fotovoltaico em andamento, amboscontando com apoio espanhol para países emdesenvolvimento. O primeiro deles para as Filipinas,já se encontra no início de implantação, sendo queem sua primeira fase serão instalados 122 sistemasem comunidades rurais do programa de ReformaAgrária local [13]. O segundo, “Projeto MEDA”,que beneficiará vários países no norte da África,encontra-se em fase de elaboração e negociaçãoentre as partes e deverá contar com, pelo menos, 90kWp de potência instalada em comunidades ruraisde baixa renda.
Além dos inúmeros projetos implantados em paísesem desenvolvimento para abastecimento decomunidades rurais localizadas em zonas remotas, aEspanha se destaca ainda pela utilização dobombeamento fotovoltaico em seu território, parauso em propriedades particulares na produçãoagrícola. O governo de Andaluzia vem incentivandoa aquisição de sistemas de bombeamentofotovoltaico para a irrigação de olivares, propiciando40% do investimento a fundo perdido, sendo os 60%restantes pagos pelos proprietários em 5 anos. Comeste programa de incentivo à indústria local, airrigação permite um incremento de até 50% daprodução de azeite de oliva, produto de grandeconsumo interno e de exportação, por excelência.
Diferentemente dos programas apresentadosanteriormente, onde o objetivo é a energizaçãofotovoltaica de comunidades rurais de baixo poderaquisitivo e localizadas em regiões remotas, naEspanha, onde a rede elétrica convencional cobre atotalidade do território, os sistemas de bombeamentoestão sendo utilizados para evitar gastos comrebaixamento de tensão da rede convencional,acrescido da taxa de ligação e da tarifa elétrica,conforme ilustra a figura 9.
Mesmo que a tecnologia de bombeamentofotovoltaico no Brasil não esteja amplamentedifundida na iniciativa privada, o país conta comuma expressiva quantidade de sistemas instaladosvia institucional e investimento a fundo perdido,para o abastecimento de comunidades ruraislocalizadas em zonas remotas e de baixo poder
aquisitivo. A seguir são apresentados alguns destesprojetos.
Figura 9. Sistema de bombeamento fotovoltaico instalado nasproximidades de uma rede de transmissão de energia elétrica em
Jaén, Espanha.
BOMBEAMENTO FOTOVOLTAICONO BRASIL
O Brasil, apesar de até pouco tempo não ter tido umamarcada importância na implantação de sistemas debombeamento fotovoltaico, começa a tomar umaposição expressiva no cenário mundial, graças aprojetos institucionais, com cerca de 3.260 sistemase uma potência total de 1.7 MWp. Os primeirossistemas instalados no país datam de 1981, e estima-se que até 1994 tenham sido instalados não mais doque 150 unidades6. Nos últimos oito anos, noentanto, este setor experimentou um considerávelcrescimento devido à atuação do Ministério deMinas e Energia com o Programa deDesenvolvimento Energético de Estados eMunicípios (PRODEEM). No âmbito desteprograma foram adquiridos cerca de 2.500 sistemas,entre as fases I, II, III, emergencial e fase IV, comuma potência aproximada de 1,4 MWp [14]. Asdemais iniciativas totalizam 806 sistemas, com cercade 361 kWp de potência instalada.
A tabela I apresenta um levantamento dos sistemascontemplados nestas iniciativas, devendo-se frisarque os números não representam os sistemasefetivamente instalados e/ou em funcionamento. Háuma grande dificuldade na obtenção de dadosprecisos, sendo que muitas das instituiçõesresponsáveis pela aquisição e instalação dosequipamentos desconhecem o real estado dosprojetos em campo.
Apesar do visível crescimento do número deprojetos de bombeamento fotovoltaico, a experiênciano país vem mostrando que problemas ocorremrecorrentemente, podendo ser de caráter estruturaldo próprio planejamento, das especificações técnicas
6 Estimativa baseada em informação de profissionais daárea que trabalharam no referido período.
dos equipamentos, das formas de introdução datecnologia, da adaptação dos usuários à novatecnologia, e da estrutura de operação e manutenção,dentre outros.
Tabela 1 – Levantamento dos sistemas de bombeamentofotovoltaico adquiridos para serem instalados em comunidadesrurais no Brasil.
Sistemas de bombeamento fotovoltaico contempladosem projetos no Brasil entre 1981 e 2002.
Programa/Estado Unidade PotênciakWp
de 1981 a 1984 7 150 93MME-PRODEEM Fase I 8 54 78MME-PRODEEM Fase II 8 179 211MME-PRODEEM Fase III 8 176 135MME--PRODEEM Fase IV 8 1.240 696MME-PRODEEM Emerg. 8 800 235MCT-PTU/Mamirauá 9 29 4,5MS-FUNASA 10 39 31,1Cooperação Internacional 11 54 38,4Gov. Bahia 12 62 34,8Gov. Minas Gerais 13 168 125,5Pref. Rio do Soto e Belém 14 6 5,4Uso privado 15 298 28,3Total 3.255 1.716
Fonte: GALDINO et al., 1995; PRODEEM, 2001; GALDINO &LIMA, 2002; e contato pessoal com as instituições.
A seguir são apresentados os principaisempreendimentos do setor no país, mostrando suascaracterísticas e objetivos.
MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA
O Programa de Desenvolvimento Energético dosEstados e Municípios, hoje com a denominação deEnergia das Pequenas Comunidades, incorporado aoProjeto Alvorada, foi instituído por DecretoPresidencial em 27 de dezembro de 1994, sob acoordenação do Ministério de Minas e Energia, porintermédio do Departamento Nacional deDesenvolvimento Energético.
Conforme consta em seu “Documento Básico”,visava mais do que o desenvolvimento energético.
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 deempresas distribuidoras de equipamentos.
Em sua origem, buscava um resgate social, comvistas à “propiciar a cidadania para um grandenúmero de habitantes do meio rural”. O DocumentoBásico de concepção do PRODEEM toma aresponsabilidade do abastecimento de energiaelétrica para o Estado, afirmando que “...a ausênciade energia não pode ser isentada deresponsabilidade na formação destes problemas (osproblemas sociais de comunidades rurais isoladas)”.[15]
O Programa, explicitamente, chamava àresponsabilidade dos governantes para o solução deinúmeros problemas sociais através da eletrificaçãorural, reconhecendo as dificuldades em levar energiaatravés de rede elétrica convencional para todos osrincões do país. Propunha viabilizar “os energéticosde produção local” não convencionais, como pode-se observar no seguinte texto: “... osubdesenvolvimento encontrado (no meio rural) éum problema afeto também à área energética e daresponsabilidade de seus dirigentes, que precisa serpercebido e valorizado antes de tudo pelo seuaspecto sociológico. Isto significa repensar oprojeto energético nacional e se começar, para estaslocalidades, a prestar um serviço que foge àspossibilidades do sistema energéticoconvencional...”. [15]
Inicialmente o PRODEEM tinha os seguintesobjetivos: “I – viabilizar a instalação demicrossistemas energéticos de produção e usolocais, em comunidades carentes isoladas nãoservidas por rede elétrica, destinados a apoiar oatendimento das demandas sociais básicas; II –promover o aproveitamento das fontes de energiadescentralizadas no suprimento de energéticos aospequenos produtores, aos núcleos de colonização eàs populações isoladas; III – complementar a ofertade energia dos sistemas convencionais com autilização de fontes de energia renováveisdescentralizadas; IV – promover a capacidade derecursos humanos e o desenvolvimento datecnologia e da industria nacionais, imprescindíveisà implantação e à continuidade operacional dossistemas a serem implantados.” [16]
Após algumas mudanças o Programa centrou-se nosseguintes objetivos:“Atender comunidades carentes isoladas, nãosupridas de energia elétrica pela rede convencional,utilizando fontes renováveis locais em base auto-sustentável, de modo a promover o desenvolvimentosocial e econômico dessas localidades. A ação édirecionada para o atendimento energético deescolas, postos de saúde, centros comunitários,bombeamento d’água, etc.” [14]
Desde sua instituição, o PRODEEM tem utilizado aenergia solar fotovoltaica para a energização deedificações comunitárias (escolas, postos de saúde,etc.) e acionamento de sistemas de bombeamento de
água, sendo a aquisição dos equipamentos efetuadavia licitação internacional. Até o momento foramadquiridos 2.449 sistemas de bombeamento,perfazendo 1,36 MWp de potência, com uminvestimento de US$ 10.078.000,00, entrando pararol dos maiores programas de difusão da tecnologiafotovoltaica para o meio rural, em escala mundial.[14]
Os benefícios do PRODEEM chegam àscomunidades com o apoio dos Estados e Municípios,por meio da elaboração de convênios entre oMinistério de Minas e Energia e as SecretariasEstaduais e Municipais. Com o objetivo de ampliar oatendimento do programa, passando do usoexclusivamente comunitário ao uso privado, oPRODEEM vem empenhando-se em criar“mecanismos de desenvolvimento de mercados deserviços de energia” em comunidades ruraisisoladas. Para isso, está sendo desenvolvido oconceito de “Gerência Regional de Mercado”(GRM), com o apoio do Banco Interamericano deDesenvolvimento (BID), por meio de fundosprovenientes de contribuições não reembolsáveis doJapan Special Fund (JSF) e do MultilateralInvestiment Fund (MIF).
Como pode-se ver, os objetivos atuais diferem doDocumento Básico, uma vez que há a indicação daentrada do mercado para o abastecimento de energiaelétrica às comunidades rurais remotas. No entanto,a Gerência Regional de Mercado não foiimplementada até o momento, e os mecanismos deaquisição dos equipamentos seguem sendo os deentão.
Por mais expressivos que sejam os números doPRODEEM, não somente no que se refere aobombeamento mas nos sistemas de energização emgeral, alguns problemas estruturais existem e devemser equacionados sob risco de que se torne mais umdos grandes programas brasileiros de assistênciasocial que, apesar das boas intenções, nãoproporcionaram os benefícios almejados. Osprincipais problemas detectados estão relacionadoscom a demora na efetiva implantação dosequipamentos9, a deficiente assistência técnica emfunção dos custos e/ou da organização de algumasinstituições para a prestação deste serviço10 e a faltade participação dos usuários no processo deintrodução da nova tecnologia, o que é fundamentalpara que possa haver sua aceitação e adoção, comvistas à efetiva operação e manutenção dos sistemasao longo do tempo.
9 Foi detectado uma grande quantidade de equipamentosadquiridos e armazenados há mais de dois anos, muitos dos quaiscomeçam a ter seu funcionamento comprometido, como é o casodas bombas helicoidais.10 Há casos nos quais que o tempo entre a ocorrência do problemae sua reparação é superior a 1 ano.
MINISTÉRIO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA
O “Programa Trópico Úmido” (PTU), idealizadopelo Ministério de Ciência e Tecnologia, sob acoordenação do Conselho Nacional deDesenvolvimento Científico e Tecnológico, em suavertente energética tem como objetivo “...coordenara contribuição da Ciência e Tecnologia paraaprimoramento das condições de vida e daadaptação do ser humano às peculiaridades doTrópico Úmido e à preservação ecológica da RegiãoAmazônica”. [17]
Utilizando-se da concepção de “projetos piloto”como forma de estudar as opções tecnológicasadaptadas à região, o PTU viabilizou, dentre outrastecnologias, a implantação de sistemas debombeamento fotovoltaico em 12 comunidadesribeirinhas (indígenas e tradicionais) no estado doAmazonas. As regiões beneficiadas foram o AltoSolimões, município de Benjamin Constant, com 7sistemas, e o Médio Solimões, mais precisamente naReserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá(RDS), localizada nas proximidades de Tefé, com 5sistemas.
O sub-projeto entitulado “Energização solarfotovoltaica de quatro comunidades isoladas naregião do Alto Solimões”, inseriu-se em uma açãomaior, o Programa de Desenvolvimento Sustentáveldo Alto Solimões11 (PRODESAS), o qual tem porobjetivo a estruturação de uma proposta dedesenvolvimento para a região. Apesar de ser aagricultura familiar o foco central do programa, oPTU-Energia foi incorporado visando a redução doconsumo de combustíveis fósseis pelas comunidadesribeirinhas.
Com uma proposta de participação dos usuários emtodas as etapas do processo, o projeto buscaaprimorar conhecimentos práticos na introdução danova tecnologia em comunidades rurais tradicionaise indígenas, além de propor um rompimento naperniciosa relação de dependência dos ribeirinhoscom relação ao poder político local, para oabastecimento de energia elétrica através de gruposeletrógenos12.
Previamente à implantação do projeto foi feita umaavaliação dos sistemas energéticos e deabastecimento de água pré-existentes em cadacomunidade, buscando uma melhor adequação danova tecnologia as necessidades locais e a reduçãode possíveis impactos negativos.
O segundo sub-projeto, entitulado “Projeto para aimplantação de sistemas fotovoltaicos para usocomunitário na Reserva de Desenvolvimento 11 PRODESAS, Programa de Desenvolvimento Sustentável doAlto Solimões, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia.12 É de amplo conhecimento na região a “compra de votos” emtroca da doação de “motores de luz” em época de eleição, e decombustível para seu funcionamento, no restante do tempo.
Sustentável Mamirauá”, apesar de também tercontado com a participação dos usuários, apresentaalgumas diferenças com relação ao primeiro. AReserva de Desenvolvimento Sustentável (RDS) égerenciada por uma administração central, a qualbusca pôr em prática um modelo dedesenvolvimento compatível com as restriçõesambientais vigentes. Dentro desta ótica, a opçãofotovoltaica para o abastecimento de água conta como apoio incondicional da administração da Reserva,visando à redução do consumo de combustíveisfósseis, uma vez que outras fontes renováveis deenergia, como eólica e hidráulica, não são viáveis naregião.
Com uma experiência anterior de 17 sistemas debombeamento fotovoltaico instalados em flutuantesutilizados por pesquisadores, fiscais e visitantes, oprojeto propiciou a implantação desse tipo desistema em 5 comunidades de várzea. Objetivando aincorporação dos usuários às atividades da RDS, osmesmos participaram da instalação dos sistemas,bem como de atividades de capacitação para a suaoperação e manutenção.
Os principais problemas encontrados em ambosprojetos estão relacionados à manutenção dossistemas ao longo do tempo pois, apesar de haver acapacitação das comunidades para a reparação depequenas avarias, e de a equipe do projeto prestarassistência técnica durante seu período de duração(projeto piloto tem a duração de 3 a 4 anos), quandohouver a necessidade de reposição de umequipamento mais oneroso, como pode ser umabomba ou inversor, as mesmas não terão condiçõesfinanceiras para adquiri-los.
MINISTÉRIO DA SAÚDE
A Fundação Nacional de Saúde (FUNASA) em seuDistrito Sanitário Especial Indígena, começou autilizar sistemas de bombeamento fotovoltaico, em1995, em aldeias indígenas não atendidas pela redeelétrica convencional. Mas apesar dos sete anospassados, e da ampla atuação da FUNASA noterritório nacional, principalmente em localidadesremotas que carecem de rede elétrica convencional,ainda são restritas as iniciativas de utilização datecnologia de bombeamento fotovoltaico, pôde-secatalogar 39 sistemas. Os poucos projetos instaladosem aldeias indígenas nos estado do Pará, Piauí,Tocantins, Mato Grosso, Bahia e Rondônia, asinformações que se tem através de seus responsáveistécnicos, de modo geral, encontram em bom estadode funcionamento. Mas apesar da confiabilidadetécnica comprovada, e da grande vantagem deprescindir de combustível fóssil, que dificulta eencarece a prestação do serviço para a FUNASA, afalta de uma rede de assistência técnica regional, aqual recorrer em casos de avarias, é o grandeimpedimento para a sua disseminação em larga
escala nas aldeias indígenas não contempladas pelarede elétrica convencional13.
PROGRAMAS ESTADUAIS E MUNICIPAIS
Além dos programas mencionados, viabilizados pelogoverno federal, governos estaduais e municipaisvem tendo algumas iniciativas de abastecimento deágua com a tecnologia fotovoltaica, ainda que sejamcasos 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 daCompanhia de Engenharia Rural (CERB), viabilizoucom recursos próprios 62 sistemas de bombeamentoem comunidades rurais, totalizando 35 kWp depotência.
Sob o mesmo modelo, em Minas Gerais, poriniciativa do Governo Estadual e sob a coordenaçãoda 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 paracomunidades rurais praticado pelos governosestaduais se assemelha ao urbano, no sentido de quevisa o abastecimento de água a uma determinadapopulação, sem maiores participações desta noprocesso. Diferencia-se, no entanto, por não havercobrança pelo uso de água como ocorre na cidade.
Com relação aos governos municipais, se temnotícia de duas iniciativas de pequena monta, sendoa primeira delas no Tocantins, no município de Riodo Soto com um único sistema de bombeamento de450 Wp. A segunda encontra-se no município deBelém do Pará, contando com 5 sistemas com umapotência total de cerca de 5 kWp. Contando com oapoio de especialistas da Universidade Federal doPará para determinação das especificações técnicas einstalação dos sistemas, foi possibilitada aparticipação dos usuários interessados.
COOPERAÇÃO INTERNACIONALORGANIZAÇÕES NÃO GOVERNAMENTAIS
Neste item são apresentados quatro programas deabastecimento de água a comunidades rurais,viabilizados pela cooperação internacional, atravésdas Relações Internacionais Oficiais e pelo TerceiroSetor, via entidades locais, alguns deles jámencionados anteriormente.
Com o intuito de melhorar a disseminação datecnologia fotovoltaica, o governo alemão criou o“Programa PVP” de cooperação internacional, doqual participaram sete países, Brasil, Argentina, 13 Informações obtidas através de coordenadores daFUNASA nos estados.
Indonésia, Jordânia, Filipinas, Tunísia e Zimbabwe.No Brasil o convênio entre governos se deu porintermédio da Sociedade Alemã de CooperaçãoTécnica (GTZ) e o governo do estado do Ceará, viaCompanhia de Eletricidade do Ceará (COELCE),instalando, entre os anos de 1990 e 1994, 15sistemas, 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 serviçosde manutenção ficaram sob a responsabilidade daconcessionária de energia elétrica local.
O “Projeto Eldorado”, entre 1994 e 1997, foifinanciado pelo Ministério de Pesquisa e Tecnologiada Alemanha (BMFT), e implementado através deacordos diretos com a indústria alemã. Com oobjetivo de impulsionar o desenvolvimento dasenergias renováveis, buscou testar novas tecnologiasem condições reais de operação, e demonstrar emcampo a utilização das tecnologias eólica (EldoradoWind) e fotovoltaica (Eldorado Sun). Participaramdo programa países em desenvolvimento,localizados em regiões de clima tropical, sendo queno Brasil o estado agraciado foi Pernambuco com 15sistemas de bombeamento fotovoltaico. Estessistemas, com uma potência total de 16 kWp, foraminstalados sob coordenação local da Companhia deEletricidade de Pernambuco (CELPE). [20]
Um outro empreendimento do gênero ocorreuatravés de um acordo de colaboração entre oNational Renewable Energy Laboratory (NREL), doDepartment of Energy (DOE) dos Estados Unidos, eo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL),representando o Brasil. O “Programa NREL–CEPEL” teve como finalidade demonstrar aefetividade das tecnologias eólica e solarfotovoltaica para satisfazer as necessidades daeletrificação rural, estabelecer relações institucionaise comerciais entre os dois países, e formular as basesdo desenvolvimento de um amplo programa deeletrificação rural com energias renováveis degeração autônoma, no Brasil. [20]
No que concerne ao bombeamento fotovoltaico, oprograma contou com 17 sistemas no estado daBahia e 6 em Alagoas, num total de 17,7 kWp depotência instalada. Com a participação daCompanhia de Eletricidade do Estado da Bahia e daCompanhia Energética de Alagoas, o CEPELcoordenou os trabalhos de implantação emonitoramento da operação nos primeiros quatroanos.[20]
Entre os anos de 1997 e 2000, foi implementado o“Projeto piloto de abastecimento de água comsistemas de bombeamento fotovoltaico àscomunidades do Retiro e Varadouro”. Comoprimeira iniciativa do gênero no estado de SãoPaulo, contou com financiamento espanhol, a fundo
perdido, através da Organização Não GovernamentalERA-AEDENAT e teve coordenação técnica doInstituto de Eletrotécnica e Energia da Universidadede São Paulo. Apesar de apresentar algumasdiferenças no que se refere ao serviço prestado àscomunidades, como por exemplo a construção delavanderias coletivas, o projeto teve o mesmo tipo deimplementação do projeto PTU-Alto Solimões,sendo que parte da equipe técnica participou deambos projetos.
A participação dos usuários ocorreu em todas asetapas do processo, havendo uma contrapartida dacomunidade na forma de mão-de-obra para otransporte dos equipamentos, perfuração dos poços,corte de madeira para a construção das edificaçõesnecessárias, e instalação dos equipamentos.
Ainda por iniciativa do Terceiro Setor, outros doisprojetos foram implantados nos estado dePernambuco e Rio Grande do Norte. O primeirodeles, financiado pelas ONG’s Diaconia e Caatinga,instalou 12 sistemas de pequenos porte (total de1,2.kWp) para consumo familiar e criação deanimais domésticos. O segundo, financiado pelaUniversidade Solidária, contou com outros doissistemas para fins de irrigação de agriculturafamiliar (total de 240 Wp). Ambos contaram com aparticipação da ONG Naper Solar, a qual propiciou acapacitação técnica preventiva e corretiva dosusuários.
Observou-se nos projetos de cooperação em que, porse tratar de iniciativas pontuais do tipo “projetopiloto”, a principal debilidade é a reposição dosequipamentos ao término de sua vida útil, uma vezque as instituições costumam viabilizam oinvestimento inicial e, no melhor dos casos, areposição de alguns equipamentos somente numprimeiro momento.
INICIATIVA PRIVADA
A determinação do número de sistemas debombeamento adquiridos pela iniciativa privada éduplamente difícil. Em primeiro lugar, não háveiculação a respeito em eventos científicos, e aassociação que congrega as empresas do setor nãopossui publicação regular e sistemática. Adiciona-sea essa dificuldade o fato de que, salvo honrosasexceções, as empresas distribuidoras dosequipamentos relutam em fornecer informações arespeito, alegando sigilo profissional. Tendo emvista esta problemática, a estimativa do númerosistemas instalados fica prejudicada. Os poucosdados obtidos registram 298 sistemas, perfazendouma potência instalada de 28 kWp, sendo que cercade 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 opçãoeconomicamente competitiva para o abastecimentode água a populações localizadas em áreas remotas.Além da competitividade econômica, esta aplicaçãoobteve grandes avanços tecnológicos nos últimosanos, sendo a aplicação que mais se desenvolveu noâmbito da utilização rural da tecnologia fotovoltaica.Este fato é comprovado pelos diversos projetosmencionados anteriormente. Seguindo estatendência, o Brasil conta com mais de três milsistemas de bombeamento fotovoltaico e tem umpotencial de utilização imensamente maior, tendoem vista a grande dispersão geográfica dosdomicílios rurais incorrendo em déficit deabastecimento de água e de energia elétricaconvencional.
É oportuno mencionar que as experiências deimplementação desta tecnologia no país, apesar deescassamente analisadas e divulgadas, estão gerandoresultados positivos. Isto já pode ser constatado nosprocedimentos adotados pelo PRODEEM no últimoprocesso licitatório para a compra de sistemasfotovoltaicos para o abastecimento energético deescolas rurais, o qual contou com a exigência deexecução de testes de qualidade dos equipamentosno seu recebimento, garantia e manutenção dosequipamentos pela empresa vencedora, num períodode dois anos após a instalação. Espera-se quemedidas e procedimentos semelhantes sejamadotados nas futuras aquisições de sistemas debombeamento fotovoltaico.
PALAVRAS CHAVE
Bombeamento fotovoltaico; energização rural;sistemas fotovoltaicos.
AGRADECIMENTOS
Este trabalho conta com o apoio da Fundação deAmparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, atravésde bolsa DR.
REFERÊNCIAS
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European Photovoltaic Solar Energy Conference,Lisboa, Portugal, 1991.[4] DUZAT, R.M., Analytical and experimentalinvestigation of photovoltaic pumping systems,Tese de doutoramento submetida ao PhysicsDepartment of the Carl von Ossietzky da
Universidade de Oldenburg, Alemanha, 2000.[5] VILELA, O.C., Caracterização, simulação edimensionamento de sistemas fotovoltaicos deabastecimento de água, Tese doutoral submetida aoDepartamento de Energia Nuclear da UniversidadeFederal de Pernambuco, Recife, 2001.[6] ALONSO-ABELLA, et al., Use of standardfrequency convertes in PV pumping systems, 2nd
World Conference on Photovoltaic Solar EnergyConversion, Viena, Austria, 1998.[7] PERLIN, J., From space to earth: the story ofsolar electricity, Hardcopy, cidade, 1999[8] HALCROW, W., et al., Small-scale solar-powered irrigation pumping systems, Phase IProject Report, UNDP Project-GLO/78/004,Intermediate Technology Development Group,Londres, 1981.[9] ANHALT, J. Introdução de sistemas debombas fotovoltaicas - Relatório final sobre arealização de um projeto, GTZ, Fortaleza, 1995.[10] RSP-Regional Solar Programme, Lessons andperspectives, European Commission (DG VII),Foudation Energies pour le Monde, Bruxelas, 1999.[11] HÄNEL, A., et al., The performance of PVpumping systems in the CILSS – Regional SolarProgramme: one year of monitoring results on 10systems, 13th European Photovoltaic Solar EnergyConference, Nice, França, 1995.[12] LORENZO, E., et al.,Evaluación de unproyecto de bombeo fotovoltaico en el surmarroqui, Instituto de Energía Solar-UniversidadPolitécnica de Madrid, Madrid, Espanha, abril 1999.[13] ERA SOLAR, SAPT - Publicaciones Técnicas,Madrid, Espanha, março-abril 2001.[14] PRODEEM - Energia das PequenasComunidades, Relatório de Atividades (agosto2000-março 2001), Programa de DesenvolvimentoEnergético de Estados e Municípios, Ministério deMinas e Energia, Brasília, 2001.[15] LOREIRO FILHO, I., PRODEEMDocumento Básico, Ministério de Minas e Energia,Brasília, 1993.[16] PRESIDÊNCIA DA REPÚBLICA Decreto Leide 27 de dezembro de 1994.[17] PTU-Programa Trópico Úmido, Alternativasenergéticas e uso econômico da biodiversidade,Edital 01/97, Ministério de Ciência e Tecnologia,Brasília, 1997.[18] ARAGÃO, C.A., et al., Photovoltaic waterpumps for small communities in the semi-aridnortheastern region of Brazil, 15th EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference, Amsterdam,1994.[19] CHACON, S.S., Avaliação dasustentabilidade sócio-econômica e financeira doProjeto PVP no Ceará – Brasil, GTZ, Fortaleza,1995.[20] GALDINO, M.A.., LIMA, J.H.G., PRODEEM– programa nacional de eletrificação ruralbaseado em energia solar fotovoltaica, IX
Congresso Brasileiro de Energia, Rio de Janeiro,2002.
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