Histórico da Energia Solar

De acordo com KALOGIROU (2009), o uso da energia solar em grande porte mais antigo é creditado, embora não comprovado, a Arquimedes (282 a 212 a.C.), que teria queimado a frota romana na Baía de Syracuse (hoje pertencente a Itália) concentrando raios solares em um foco a ponto de aquece-los até pegarem fogo. O fato foi referenciado por diversos autores entre 100 a.C. e 1.100 d.C. e no livro Optics Vitelio, do matemático polonês Vitelio. O aparelho usado por Arquimedes foi descrito como um vidro composto com 24 espelhos que convergiam para um único ponto focal, enquanto alguns historiadores acreditam que Arquimedes teria utilizado escudos de soldados ao invés de espelhos em função da tecnologia de manufatura de vidros creditada àquela época. Há relatos de que Arquimedes teria escrito um livro (On Burning Mirrors), mas nenhuma cópia sobreviveu. Durante o período Bizantino, Proclus repetiu o suposto experimento de Arquimedes e queimou a frota inimiga em Constantinopla.

Já no século XVIII, na Europa e Oriente Médio, começou a ser desenvolvidas fornalhas solares, cuja aplicação era a fundição de metais, principalmente ferro e cobre (LODI, 2011). De acordo com KALOGIROU (2009), uma das primeiras aplicações em larga escala foi a fornalha solar desenvolvida por Lavoisier em 1774 (Figura 1). Esta fornalha possuía uma lente de 1,32m e outra secundária de 0,2m e foi capaz de atingir temperaturas de 1.750°C.

Figura 1 – Fornalha solar de Lavoisier (1774)

Durante o século XIX surgiram as primeiras tentativas de gerar vapor (à baixa pressão) a partir da radiação solar. As primeiras máquinas a vapor movidas à energia solar teriam sido construídas por Augusto Mouchot de 1864 a 1878 na Europa e norte da África (RAGHEB, 2011 apud LODI, 2011).

Uma de suas máquinas, uma impressora movida à energia solar foi apresentada em uma exposição internacional em Paris em 1882 e imprimia 500 cópias por hora (Figura 2), mas foi considerada pelo governo francês cara demais para ser fabricada em larga escala (RAGHEB, 2011 apud LODI, 2011).

Figura 2 – Coletor parabólico de uma impressora à energia solar (Paris, 1882)

De acordo com JORDAN e IBELE (1956) apud KALOGIROU (2009), o desenvolvimento de novos sistemas teve continuidade nos EUA, onde um engenheiro, Capitão John Ericsson, construiu o primeiro motor a vapor movido diretamente à energia solar. O Capitão construiu ao todo oito sistemas de aquecimento direto de água ou ar como fluidos de trabalho em cilindros-parabólicos (Figura 3).

Figura 3 – Concentrador parabólico de John Ericsson (1870)

O século XX apresentou uma continuidade na evolução do uso da energia solar em concentradores. Em 1901, A. G. Eneas instalou um coletor solar para bombeamento de água em uma fazenda da Califórnia. Segundo KREITH e KREIDER (1978) apud KALOGIROU (2009), o sistema consistia de uma estrutura similar a um guarda-chuva invertido, composto por 1788 espelhos alinhados em sua parte interna. Os raios do sol eram concentrados em uma caldeira localizada em seu ponto focal. Na caldeira, água era vaporizada e utilizada para operar uma centrífuga.

Em 1912, Frank Shuman e Charles Vernon Boys construíram uma planta de bombeamento de água próximo ao Rio Nilo, no Egito (à época a maior do mundo) (uma foto da planta é apresentada na Figura 4). O campo solar da planta ocupava cerca de 1.200m², era composta por cilindros parabólicos de 62m de comprimento e 4,5m de largura, a água era aquecida até virar vapor diretamente nos receptores e operava uma bomba com vazão máxima de 22,7m³ de água por minuto (potência de 75kW) (RAGHEB, 2011 apud LODI, 2011).

Frank Shuman, inventor e empresário americano, é apresentado por RAGHEB (2011) apud LODI (2011) como um visionário da energia solar e pioneiro da geração de energia em larga escala proveniente de energia solar.

Apesar de o projeto ter sido bem sucedido, a planta foi desativada em 1915 em função da 1ª Guerra Mundial, que se apropriou do material da planta. Ademais, após a guerra, grandes descobertas de campos de petróleo no Oriente Médio e na Venezuela, contribuíram para a expansão do setor petrolífero e em paralelo para um esquecimento da energia solar (LODI, 2011).

Figura 4 – Planta de bombeamento de águas do Nilo (Egito, 1913)

Durante a década de 1970, ocorreram o primeiro e o segundo choques do petróleo, em 1973 e 1978 respectivamente (YERGIN e HOBBS, 2005). Essa crise de abastecimento estimulou no mundo o incentivo de diversas fontes alternativas de energia e não por coincidência, o desenvolvimento dos atuais modelos de coletores solares começou nos EUA na década de 1970 coordenados pelo DOE.

A primeira planta solar comercial foi instalada no Novo México em 1979 pelo laboratório Sandia (Sandia National Laboratory), composta por coletores cilindro parabólicos que atingiam temperaturas de até 500°C e utilizada inicialmente para calor de processos industriais (RAGHEB, 2011 apud LODI, 2011).

Os grandes investimentos em P&D no setor na Europa também surgiram na década de 1970. A Plataforma Solar de Almería (PSA), vide Figura 5, pertencente ao CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas) sob o Ministerio de Ciencia e Innovación, é o maior centro de P&D em concentradores solares da Europa e situa-se no Deserto de Tabernas, em Almería, Espanha. A PSA foi fundada em 1977 e em 1981 forneceu pela 1ª vez à rede energia elétrica proveniente de energia solar térmica através do projeto de demonstração chamado SSPS/DCS (Small Solar Power Systems/Distributed Collector System) constituído de dois campos solares de cilindro parabólicos com uma área de absorção de 7.602m². Em 1987, o centro de pesquisa assinou uma parceria com o governo Alemão (RAGHEB, 2011 apud LODI, 2011 e MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACIÓN, 2011).

O CIEMAT participa em parcerias dos consórcios de plantas solares na Espanha, como no caso da PS10[1], a primeira planta de torre de concentração a operar comercialmente no mundo (em 2007) (MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACIÓN, 2011).

Figura 5 – Planta Solar de Almería (PSA)

Em 1982 a companhia Luz International Limited (Luz) desenvolveu coletores solares cilindro parabólicos e foi responsável pela primeira planta comercial de eletricidade do mundo, a SEGS I (de 14MW), que entrou com operação em 1983. Em seguida foram mais oito plantas, as SEGS II a IX, com capacidades de 30 a 80MW cada (LODI, 2011). Entretanto, em 1991 a Luz faliu e as plantas foram revendidas separadamente para diferentes grupos de investidores e todas elas continuam em operação (RAGHEB, 2011 apud LODI, 2011).

Em 1986, o excesso de capacidade ociosa da indústria petrolífera levou ao contra-choque do petróleo, quando o preço do barril de petróleo despencou a menos de 10US$ (MAUGERI, 2004). A abundância de petróleo barato diminuiu o investimento e o ritmo de desenvolvimento de diversas fontes alternativas de energia.

Assim, nos EUA, a década de 1990 apresentou uma queda de investimentos no setor, o modelo federal que incentivou o surgimento das SEGS na Califórnia, o PURPA, entrou em decadência e o cenário nos EUA só voltou a ficar favorável à energia solar com a adoção de novas políticas de incentivo em diversos Estados do país adotadas nos anos 2000, em sua maioria RPS (Renewable Portfolio Standard). No caso da Califórnia, o modelo foi adotado a partir de 2002 (TAYLOR, 2008). O RPS é um modelo que se baseia em um mecanismo econômico no qual é determinada uma cota de energia renovável (ou de uma fonte específica) e assim o equilíbrio de mercado levaria ao preço de equilíbrio (DUTRA, 2007).  

Outro marco para o setor no mundo foram as leis de incentivo espanholas, iniciadas em 1998 a partir do Decreto Real D.R. 2818/1998 que propôs os procedimentos administrativos e as condições para beneficiar plantas de energias renováveis e fontes alternativas, que passaram a receber tarifação diferenciada e acima do valor de mercado (tarifação feed-in) como forma de incentivo (MINISTERIO DE INDUSTRIA Y ENERGÍA, 1998 e GONZÁLEZ, 2008).

O conhecimento adquirido em P&D ao longo destes anos e o aprimoramento da tecnologia, bem como incentivos econômicos, contribuem para que EUA e Espanha sejam hoje em dia os países referências no setor de energia solar térmica de alta potência. (cresesb.cepel.br)