5 décadas de pesquisas levam à ascensão solar como principal fonte de energia mundial.
Cinco décadas de pesquisas
integradas em sistemas de energia 100% renovável consolidaram a energia solar
fotovoltaica como a fonte dominante para o futuro sustentável global. Modelos
avançados desenvolvidos por instituições de referência, como a LUT University,
apontam que a tecnologia fotovoltaica tem o potencial de suprir entre 60% e 80%
de toda a demanda energética da humanidade.
Essa consolidação marca a
consolidação definitiva da chamada Era Solar.
Os Pilares da Liderança
Fotovoltaica
A ascensão meteórica da
energia solar decorre de uma evolução científica, técnica e econômica
estruturada em pilares fundamentais:
• Precisão de Modelagem:
Estudos modernos utilizam simulações de resolução horária. Eles abandonaram
curvas de custos antigas e pessimistas que historicamente subestimavam a fonte.
• Diversidade Tecnológica: A
análise contemporânea engloba um ecossistema variado de aplicações. Isso inclui
rastreamento de eixo único, módulos bifaciais, sistemas flutuantes,
agrivoltaica e presumidores de telhado.
• Surgimento do Power-to-X: A
integração com rotas Power-to-X e opções de flexibilidade otimiza o uso do
excedente de geração. O processo viabiliza o atendimento confiável de setores
complexos como a indústria e o transporte.
Dados Atuais do Mercado
Global
A realidade comercial da
transição energética confirma as projeções acadêmicas mais otimistas:
• Predomínio nas Instalações:
A energia solar fotovoltaica representou cerca de 70% de toda a nova capacidade
elétrica instalada globalmente.
• Geração Histórica: O volume
absoluto de expansão superou marcos significativos na história das matrizes
elétricas mundiais. A fonte já avança para superar barreiras tradicionais,
deixando para trás tecnologias como a eólica, nuclear e hidrelétrica.
• Crescimento Consistente: O
ritmo acelerado é impulsionado por lideranças globais de mercado, com destaque
para a massiva expansão na China, seguida por Estados Unidos, Índia e o próprio
Brasil.
A
energia solar fotovoltaica desponta como a espinha dorsal dos futuros sistemas
de energia, mas muitos modelos ainda subestimam seu papel. A fonte deverá
responder por cerca de 61% da geração de eletricidade até 2050 em todo o mundo.
Os marcos incluem diferentes categorias, como definição de visões, avanços nas
aplicações fotovoltaicas, ampliação do conhecimento econômico e aprimoramentos
metodológicos.
Participação global do solar
fotovoltaico na geração de eletricidade em 2050, derivada de uma relação
empírica entre as horas de carga plena e a participação da fotovoltaica em 60
estudos de transição.
Àmedida que o mundo busca
limitar o aquecimento global bem abaixo de 2°C, a desfossilização dos sistemas
energéticos depende de duas tecnologias acima de todas as outras: energia solar
fotovoltaica e energia eólica. A energia solar fotovoltaica entrou no sistema
energético mais rápido do que qualquer fonte de eletricidade na história da
humanidade, impulsionada pela queda despencada dos custos, disponibilidade
quase universal e aplicações diversificadas de sistemas. Ainda assim, uma
pergunta persiste na literatura de modelagem: quão dominante a energia solar
fotovoltaica se tornará e por que os estudos discordam tão fortemente da
resposta?
Um novo estudo de
pesquisadores da Universidade Leibniz de Hannover e da Universidade LUT,
“Prospects for solar photovoltaics in highly renewable energy transition
scenarios towards a dominant future energy source“, busca resolver essa
questão. A revisão sistemática abrange 60 estudos de transição energética
revisados por pares, cada um abrangendo pelo menos os setores de energia,
aquecimento e transporte, alcançando pelo menos 95% do fornecimento de energia
renovável até 2050. Além das conclusões tiradas pelos estudos revisados, a
ênfase está nas suposições que orientam seus resultados.
Segundo estudo realizado por
pesquisadores da Universidade LUT, Universidade Leibniz de Hannover, Centro
Conjunto de Pesquisa da Comissão Europeia e Universidade Técnica da Dinamarca,
“Review of the progressing role of solar photovoltaics in energy transition
scenarios over five decades of 100% renewable energy systems research“, os
autores investigaram a questão central de quais marcos importantes nos estudos
de sistemas de energia 100% renováveis permitiram a ascensão da energia solar
fotovoltaica a partir de um nicho de aplicação à fonte dominante de energia
para a humanidade ao longo das cinco décadas deste campo de pesquisa.
Principais fatores que
influenciam a participação do fornecimento de energia solar fotovoltaica
A constatação central combina
concordância ampla com variância marcante. A maioria dos estudos estima a
participação combinada da energia solar fotovoltaica e eólica na geração de
eletricidade entre 80% e 99% até 2050. Tal achado também é conhecido a partir
estudos sobre a transição energética global. Mas a participação da energia
solar fotovoltaica sozinha abrange uma ampla faixa de 5% a 98%. De acordo com o
estudo, essa dispersão é regida pelas horas de carga solar disponíveis em um
país, pelas suposições tecnoeconômicas embutidas em cada modelo e pela
complexidade da modelagem.
Suposições de custo
frequentemente estão desatualizadas. Nos estudos revisados, os números de
gastos de capital (capex) para energia solar fotovoltaica em escala de
utilidade em 2050 variam de €151 ($174,1) a €720 /kW. Cerca de 18% dos estudos
ainda assumem mais de €500/kW, um nível que a energia solar fotovoltaica já
superou no mundo real hoje. Como os custos da energia solar fotovoltaica caíram
mais rápido do que quase qualquer cenário esperado, modelos que carregam esses
números legados subestimam sistematicamente o papel futuro da energia solar
fotovoltaica.
A representação tecnológica
importa tanto quanto o custo. Cerca de um terço dos estudos modela uma única
tecnologia genérica de energia solar fotovoltaica, ignorando a caixa de
ferramentas crescente das aplicações de sistemas fotovoltaicos: rastreamento de
eixo único, módulos bifaciais, fotovoltaicos flutuantes, agrivoltaicos e
presumidores de telhados, para citar alguns.
As escolhas de modelagem
agravam o efeito: resolução temporal grosseira, como fatias de tempo
representativas em vez de simulação horária, pode distorcer significativamente
os resultados para um recurso tão variável quanto a energia solar fotovoltaica,
enquanto 80% de todos os estudos em campo são realizados em resolução horária.
O estudo mostra que modelos que combinam um conjunto rico de tecnologias
solares fotovoltaicas com acoplamento setorial completo relatam
consistentemente as maiores e, possivelmente, mais realistas participações de
energia solar fotovoltaica.
Com o acoplamento setorial, o
alcance da energia solar fotovoltaica vai muito além da rede elétrica. Rotas
power-to-X convertem eletricidade solar barata em hidrogênio, combustíveis
eletrônicos, e-químicos, e-materiais, e-alimentos, água potável e e-florestas,
atendendo os segmentos difíceis de eletrificar de transporte e indústria, que
de outra forma dependeriam de biocombustíveis ou importações de fósseis.
Normalmente, a remoção de dióxido de carbono dominada pela bioenergia apresenta
oportunidades sem precedentes para a restauração do clima. Pouco mais da metade
dos estudos revisados inclui pelo menos uma rota de e-combustível, e onde quer
que essas rotas apareçam, o valor da energia solar fotovoltaica para o sistema
aumenta. O efeito é tão pronunciado que os sistemas energéticos podem ser
descritos como uma Economia Potência a X emergente, em essência frequentemente
uma Economia Solar para-X.
A participação da energia
solar fotovoltaica em 2050 foi representada em relação às horas de carga total
nos estudos revisados; o ajuste empírico fundamenta a projeção global.
Participação da energia solar
fotovoltaica no fornecimento global de energia
O estudo estabelece uma
relação empírica entre as horas de carga solar total de um país e sua
participação esperada na energia solar fotovoltaica. Aplicada em todo o mundo e
ponderada pela população, essa relação resulta em uma estimativa cruzada de que
a energia solar fotovoltaica fornecerá cerca de 61% da eletricidade mundial até
2050. Crucialmente, esse número não é o resultado de um modelo único, mas uma
síntese de dezenas de equipes e metodologias independentes. Estudos individuais
podem alcançar 70% em escala global ou até mais, o que foi adotado pela
comunidade global de PV para uma meta de 75 TW até meados do século.
O resultado ecoa uma mudança
mais ampla. Projeções econômicas independentes sugerem que um “ponto de
inflexão” solar global pode já ter passado, com a energia solar gradualmente
dominando os mercados de eletricidade mesmo na ausência de mais políticas
climáticas. Com cerca de 3 TW de PV instalados mundialmente até 2025 e quase
700 GW adicionados nesse único ano, a trajetória já está bem encaminhada. Em
2025, cerca de 70% de toda a capacidade de energia recém-instalada globalmente
era energia solar fotovoltaica, finalmente o Amanhecer da Era Solar.
O papel futuro da energia
solar fotovoltaica é rotineiramente subestimado, como segundo a Agência
Internacional de Energia e os estudos usados para o Painel Intergovernamental
sobre Mudanças Climáticas, e corrigir custos desatualizados e modelagens
simplificadas revela que a energia solar fotovoltaica é a principal fonte de
energia das próximas décadas. Para os modeladores, a mensagem é abandonar
curvas de custo pessimistas e representar toda a amplitude das tecnologias
fotovoltaicas disponíveis. Para os formuladores de políticas, é um lembrete de
que planejar com base nas suposições de ontem corre o risco de construir o
sistema energético do passado, e não aquele que já está chegando.
Marcos em pesquisas de
sistemas de energia 100% renováveis revelam o papel da energia solar
fotovoltaica
Desde meados da década de
1970, estudos para sistemas 100% de energia renovável têm sido investigados,
com uma participação tipicamente negligenciável na energia solar fotovoltaica
nas pesquisas iniciais, enquanto em estudos recentes pode ser encontrada uma
faixa de 60-80% na oferta global de energia solar fotovoltaica. Baseado em um banco
de dados com mais de 1000 artigos sobre análises de sistemas de energia 100%
renovável, um novo estudo investigou quais marcos importantes levaram ao
desenvolvimento de uma tecnologia de nicho para dominar os mercados globais de
energia.
Dentro
do banco de dados, 29 artigos marcantes foram identificados que introduziram um
novo elemento para o papel da energia solar fotovoltaica no campo de pesquisa.
Esses marcos foram alcançados em todas as décadas, e os quatro maiores grupos
são (i) em torno do escopo visionário do papel da fotovoltaica, (ii) avanços
nas aplicações de sistemas fotovoltaicos, (iii) ampliação dos insights
econômicos e (iv) avanços metodológicos que levam a descrições mais realistas
da fotovoltaica em sistemas da indústria de energia. Na maioria das análises
avançadas de sistemas de energia 100% renovável, a energia solar fotovoltaica
pode ser descrita em até oito aplicações de sistemas fotovoltaicos, em
resolução horária e em projetos de estudo interconectados com múltiplos nós.
Além disso, tais análises podem abranger todos os setores, abrangendo energia,
calor, transporte, indústria, dessalinização e remoção de dióxido de carbono,
com rotas abrangentes de potência para X e amplos portfólios de flexibilidade,
como redes, armazenamento e resposta à demanda com acoplamento setorial
diversificado, e rotas de conversão de energia. No entanto, mesmo uma
diferenciação básica de sistemas fotovoltaicos entre fotovoltaicos montados no
solo, em escala de utilidade e fotovoltaicos em telhados está longe do padrão,
já que apenas 16% de todos os estudos incluem essa diferenciação. Em nível
global, estudos encontram cada vez mais uma participação fotovoltaica de
60%–80% no fornecimento total de energia por volta de meados do século ou mais,
com uma média projetada de 61% em estudos de transição.
Os 29 marcos são compostos
por 13 com escopo visionário, 16 com avanços em aplicações de sistemas
fotovoltaicos, 15 ampliando os insights econômicos, 13 com avanços
metodológicos e 4 com contribuições específicas de outras áreas, enquanto
artigos individuais podem abordar mais de uma categoria. Na década de 1970, o
escopo visionário dominava. As décadas de 1980 a 2000 enfrentaram atividades de
pesquisa limitadas na área, enquanto na década de 2010 uma ampla diversidade de
avanços metodológicos lançou as bases para as análises modernas de sistemas de
energia 100% renovável. Na década de 2020, quase todos os marcos expandiram os
métodos, os insights econômicos e a diversidade dos sistemas fotovoltaicos.
Artigos importantes ampliaram
a visão para participações muito altas de energia solar fotovoltaica, no final
dos anos 1970 em base conceitual e em meados dos anos 1990 em uma análise
quantitativa. O avanço rumo à resolução horária marca a possibilidade de
análises técnicas detalhadas de viabilidade. O valor do PV distribuído em
telhados foi identificado cedo e pôde finalmente ser quantificado como parte de
uma solução de sistema energético de menor custo, apesar de os sistemas
fotovoltaicos em escala de concessionária alcançarem custos de geração de
eletricidade mais baixos. A implementação de uma ampla diversidade de rotas
power-to-X e opções de flexibilidade, em combinação com modelos de otimização
que visam minimizar custos para determinadas restrições técnicas e sociais,
revelou o potencial de contribuição da energia solar fotovoltaica entre 60-80%
para toda a demanda energética da humanidade.
As últimas 5 décadas de
pesquisa 100% em sistemas de energia renovável lançaram as bases para os marcos
para análises abrangentes com uma projeção de participação fotovoltaica de 61%
ou mais, e para investigar o papel da energia solar fotovoltaica no
estabelecimento de uma civilização sustentável, a ascensão da Era Solar.
(pv-magazine-brasil)
