Sistemas fotovoltaicos híbridos em sistemas isolados: alternativas com células integradas em telhas e baterias de segunda vida no Brasil

Abstract

A transição para fontes renováveis de energia é um desafio crucial do século XXI, especialmente em regiões de difícil acesso, como a Amazônia. No Brasil, o Sistema Interligado Nacional (SIN) atende a maior parte do país com energia predominantemente renovável, mas áreas remotas ainda dependem de sistemas isolados (SISOL) alimentados por geradores a diesel. Esses sistemas, localizados majoritariamente na Amazônia, representam um elevado custo de geração e são responsáveis por emissões significativas de gases de efeito estufa (GEE). A Conta de Consumo de Combustíveis (CCC) destinou mais de 13 bilhões de reais em 2022 para subsidiar o uso de combustíveis fósseis nesses sistemas, o que reflete tanto os desafios econômicos quanto os ambientais que envolvem essa dependência. Diante desse cenário, a adoção de fontes renováveis, como a energia solar fotovoltaica, associada a sistemas de armazenamento em baterias, apresenta-se como uma solução viável e sustentável para reduzir os impactos ambientais e os custos de geração. Este estudo de caso focou na comunidade de Jordão, no estado do Acre, uma localidade típica de sistemas isolados, que depende exclusivamente de geradores a diesel. A análise avaliou a efetividade de sistemas fotovoltaicos combinados com baterias, considerando a abundância de radiação solar na região e os avanços tecnológicos que tornaram essa solução mais acessível. Foram exploradas alternativas tecnológicas que se adequam aos sistemas isolados, como as telhas solares e as baterias de segunda vida. As telhas solares, integradas diretamente às estruturas residenciais, demonstraram potencial para suprir a carga local, oferecendo uma alternativa aos módulos fotovoltaicos convencionais. Já as baterias de segunda vida representam uma opção de armazenamento mais acessível, que não só amplia a viabilidade econômica do sistema híbrido, mas também contribui para a redução das emissões de GEE associadas à produção de energia elétrica. A viabilidade dos sistemas fotovoltaicos híbridos foi comprovada, com os resultados das simulações indicando uma redução no custo de produção de energia de R$ 5,85/kWh para R$ 2,82/kWh com telha fotovoltaica e R$ 2,50/kWh com módulo fotovoltaico. Quando combinados com baterias de segunda vida, os custos foram ainda menores, alcançando R$ 2,71/kWh para o sistema com telhas fotovoltaicas e R$ 2,40/kWh para o sistema com módulos fotovoltaicos. Embora se espere uma queda nos preços das tecnologias emergentes, como as telhas solares, o custo atual ainda limita sua aplicação em larga escala. O estudo fornece contribuições valiosas para a promoção de soluções híbridas e para a substituição de combustíveis fósseis na Amazônia.

The transition to renewable energy sources is a critical challenge of the 21st century, especially in remote areas such as the Amazon. In Brazil, the National Interconnected System (SIN) supplies most of the country with predominantly renewable energy, but remote areas still depend on isolated systems (SISOL) powered by diesel generators. These systems, primarily located in the Amazon, represent high generation costs and are responsible for significant greenhouse gas (GHG) emissions. In 2022, the Fuel Consumption Account (CCC) allocated more than 13 billion reais to subsidize the use of fossil fuels in these systems, reflecting both the economic and environmental challenges of this dependence. Against this backdrop, the adoption of renewable sources, such as solar photovoltaic energy, combined with battery storage systems, emerges as a viable and sustainable solution to reduce environmental impacts and generation costs. This case study focused on the community of Jordão, in the state of Acre, a typical location of isolated systems that relies exclusively on diesel generators. The analysis evaluated the effectiveness of photovoltaic systems combined with batteries, considering the abundance of solar radiation in the region and technological advances that have made this solution more accessible. Technological alternatives suitable for isolated systems were explored, such as solar tiles and second-life batteries. Solar tiles, integrated directly into residential structures, showed potential to meet local demand, offering an alternative to conventional photovoltaic modules. Second-life batteries represent a more affordable storage option, which not only increases the economic viability of the hybrid system but also helps reduce GHG emissions associated with electricity production. The feasibility of hybrid photovoltaic systems was proven, with simulation results showing a reduction in energy production costs from R$ 5.85/kWh to R$ 2.82/kWh using solar roof tiles and R$ 2.50/kWh with photovoltaic modules. When combined with second-life batteries, the costs were further reduced to R$ 2.71/kWh for systems with solar roof tiles and R$ 2.40/kWh for systems with photovoltaic modules. Although the costs of emerging technologies such as solar roof tiles are expected to decline, their current cost still limits large-scale application. The study provides valuable contributions to promoting hybrid solutions and replacing fossil fuels in the Amazon.