Energia solar e produção de leite: combinação sustentável e competitiva

O aumento do custo produtivo na pecuária leiteira vem tornando-se um grande desafio para os produtores. Dentro deste contexto, temos o custo com a energia elétrica que tem seu valor aumentado em épocas de crise hídrica em alguns estados brasileiros (exemplo: primeiro semestre de 2022 nos estados de São Paulo, Paraná, Rio Grande do Sul, Pernambuco e Rio Grande do Norte).

O uso de energia em fazendas leiteiras cresceu consideravelmente nos últimos 20 anos. Esse aumento no uso de energia deve-se ao incremento do número e tamanho das fazendas, bem como da intensificação no uso de equipamentos automatizados (exemplo: ordenha robotizada, ventiladores, sistema de aspersão); muitos os quais permanecem em operação 24 horas por dia (Neto et al., 2022).

Portanto, a baixa eficiência da energia elétrica que chega até as fazendas para atender as demandas da atividade leiteira e a elevação considerada no custo da energia elétrica nos últimos anos têm motivado produtores a procurarem a implementação do sistema de energia solar fotovoltaica (placas solares).

Atualmente, diversos setores da sociedade estão comentando sobre o uso do sistema fotovoltaico e no desenvolvimento sustentável que esse sistema agrega. Mas afinal de contas, como esse sistema funciona e têm evoluído ao longo dos anos?
 

Como funciona o sistema de energia solar em fazendas leiteiras?

O sistema fotovoltaico funciona utilizando os painéis solares (Figura 1), que ao captarem luz solar geram correntes elétricas. Os raios solares são compostos de partículas de luz chamados fótons, que ao atingirem os painéis solares fazem com que os elétrons das células fotovoltaicas se movimentem migrando para a célula de silício, criando assim uma corrente elétrica (Ferreira et al., 2018).

Desta forma, a eletricidade estará pronta para ser distribuída na propriedade, contribuir na geração de energia ou até mesmo ser comercializada.

Figura 1. Uso do sistema fotovoltaico em propriedade leiteira.

Fonte: G1-Globo.

A energia gerada pelos painéis fotovoltaicos que não é utilizada na fazenda, é chamada de excedente, e pode ser enviada para a rede elétrica da empresa fornecedora de energia local, resultando em crédito aos produtores.

Quando o inverso ocorre, ou seja, quando a eletricidade gerada pelos painéis fotovoltaicos não é suficiente para suprir a demanda da fazenda, a energia proveniente da rede da empresa fornecedora de energia local é utilizada (Neto e Lopes, 2021).

Já em relação a orientação dos painéis fotovoltaicos, a recomendação é instalar na orientação na qual se atinge a máxima produção de energia elétrica (Ziraat e Dergisi, 2021). Assim, como estamos no hemisfério sul do planeta, os sistemas fotovoltaicos devem ficar orientados ao norte. Ziraat e Dergisi. (2021), observaram que a maior produção de energia pelos painéis foi na direção norte-sul (Tabela 1).

Tabela1. A quantidade de energia consumida anualmente e produzida nos painéis.

Fonte: Ziraat e Dergisi. (2021)
 

Manutenção dos painéis solares

Como todo sistema, necessita de cuidados, por isso é importante destacar a manutenção e a durabilidade das placas. A durabilidade de um painel solar é de aproximadamente 25 anos e com eficiência mínima de 80% em relação ao original, mas pode chegar a 30 anos se a manutenção for adequada. 

A manutenção dos painéis solares baseia-se na limpeza periódica das placas e na conferência do sistema por um profissional capacitado em média a cada seis meses.

A limpeza das placas deve ser realizada utilizando água e vassoura de cerdas macias para remoção da sujeira. A garantia contra defeitos de fabricação varia conforme a marca das placas fotovoltaicas e da empresa prestadora de serviço (variando de 5 a 10 anos). É extremamente importante a contratação de empresas de energia solar que utilizem painéis fotovoltaicos de alta qualidade.

O retorno do investimento do sistema fotovoltaico na propriedade leiteira é variado. Alguns fatores podem impactar no retorno do investimento, como a tarifa de energia elétrica, inflação energética, bandeiras tarifárias e a potência do seu sistema de energia solar.

Evolução da utilização de energia solar 

No Brasil, o mercado de energia solar começou de fato no ano de 2012 (Figura 2) com a publicação da Resolução Normativa nº 482 de 2012 que regulamentou a geração e distribuição da energia elétrica.

Essa resolução permitiu que quem adotasse o sistema fotovoltaico conecta-se à rede de distribuição e a geração de créditos solares a partir do excedente de energia. No entanto, o segmento de geração centralizada começou a operar no país em 2017.

Figura 2. Evolução da fonte solar fotovoltaica no Brasil.

Fonte: ANEEL/ABSOLAR (2022)

Diferença da geração de energia solar distribuída e centralizada

Na geração de energia solar distribuída, os painéis solares são instalados na própria unidade consumidora ou em pontos próximos. De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR), as três maiores potências de usinas de energia solar instalada (MW) são nos estados de Minas Gerais (14,8%), São Paulo (12,8%) e no Rio Grande do Sul (10,9%) (Figura 3).

Figura 3. Ranking estadual da potência instalada da geração distribuída de energia solar.

Fonte: ANEEL/ABSOLAR (2022)

Na geração de energia solar centralizada, grandes usinas produzem a energia, que é enviada aos centros urbanos por redes de transmissão e entregue aos consumidores por meio das distribuidoras de energia. De acordo com a ANEEL e ABSOLAR (2022), as três maiores potências de usinas de energia solar instalada (MW) são nos estados de Minas Gerais, Bahia e no Piauí (Figura 4).

Figura 4. Ranking estadual da potência instalada da geração centralizada de energia solar.

Fonte: ANEEL/ABSOLAR (2022).
 

O Brasil possui grande potencial de aproveitamento da energia solar durante todo o ano, por ser um país localizado majoritariamente em região intertropical (Ferreira et al., 2018).

Em 2022, a instalação de painéis fotovoltaicos no país teve um salto. Entre janeiro e outubro, a geração de energia solar cresceu 44,4%, com potência instalada avançando de 13,8 gigawatts (GW) para 20 GW. 

O mercado de energia solar corresponde atualmente a 8% de toda a matriz elétrica, o que reflete como a terceira maior fonte de energia do país (ABSOLAR, 2022).

No campo, o número de sistemas de energia solar corresponde a 8%, enquanto a potência instalada corresponde a 14% do total de sistema fotovoltaico instalado no Brasil (ABSOLAR, 2022).

Sustentabilidade

A tecnologia de geração de energia fotovoltaica se enquadra no contexto de sustentabilidade nos dias atuais, porque é uma tecnologia econômica, renovável, que pode ser usado de forma abundante e tem a capacidade de mitigar a emissão de CO₂ para a atmosfera. Das energias renováveis (exemplo: eólica), a energia solar é a fonte mais abundante e disponível no ecossistema.

De acordo com Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR), desde 2012, o uso da energia solar mitigou a emissão de 13,6 milhões de toneladas de CO₂ na geração de energia no Brasil.

Sandro et al. (2020), em um estudo utilizando painéis fotovoltaicos para a geração de energia elétrica no estado de São Paulo, observaram que durante o período de um ano o sistema fotovoltaico gerou 5,19 MWh de energia elétrica (média mensal de 432,33 kWh) e 2,77 toneladas de CO ₂ não foram emitidas para a atmosfera.

Exemplos de implementação de sistema fotovoltaico em áreas agropecuárias:

Nas propriedades leiteiras, os painéis solares são instalados na grande maioria sob os telhados de instalações (Figura 1) ou diretamente ao solo (Figura 5).

Figura 5. Vacas leiteiras em pastejo com acesso a sombra do sistema solar fotovoltaico em Minnesota (EUA).

Fonte: Sharpe et al. (2021).
 

Em alguns casos, os painéis fotovoltaicos podem ser implantados em estruturas flutuantes na água (Figura 6). As usinas solares flutuantes existentes estão principalmente em lagos e reservatórios (Kim et al., 2019, Vaughan, 2016, Liu et al., 2020). Este modelo de usina apresenta em média 13% de eficiência maior do que as usinas de energia solar instaladas sobre telhados ou no solo. Isto ocorre devido ao resfriamento dos painéis fotovoltaicos (Kjeldstad et al., 2021). Outra vantagem dessa tecnologia inclui a redução da evaporação natural dos reservatórios de água (Santafé et al., 2014). Além disso, esse sistema possibilita o uso eficiente da água para a geração de alimentos (aquicultura) e energia (Pringle et al., 2017).

Figura 6. Sistema fotovoltaico em estrutura flutuante na Fazenda Figueiredo em Cristalina (GO).

Fonte: VegaSolar (2022).

Vale ressaltar também, a possibilidade do armazenamento da água da chuva com os painéis solares implantados no chão (Figura 7). Para que posteriormente, culturas possam ser irrigadas.

Figura 7. Captação e armazenamento da água por meio de painéis fotovoltaicos.

Fonte: Jain et al. (2021).
 

Como podemos observar, a adoção de painéis fotovoltaicos é promissora no Brasil. O planeta terra está sofrendo alterações climáticas, e com isso nós também temos que mudar nossas fontes energéticas e adotar métodos sustentáveis para as cadeias produtivas, e assim reduzir os custos da produção e mitigar a emissão de CO₂ para a atmosfera. Além da geração de energia, os painéis solares oferecem outros benefícios, como o fornecimento de sombra para os animais e captação da água da chuva.
 

Autores

Karen Dal Magro Frigeri;
Matheus Deniz;
Karolini Tenffen De-Sousa;
Frederico Márcio Corrêa Vieira
 

Referências

Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR). Disponível em: https://www.absolar.org.br/noticia/brasil-ultrapassa-marca-historica-de-12-gw-em-geracao-solar-diz-absolar/. Acesso em: 13/11/2022.

Ferreira, A., S.S. Kunh, K.C. Fagnani, T.A. De Souza, C. Tonezer, G. Rodrigues, D. Santos, and C.H. Coimbra-araújo. 2018. Economic overview of the use and production of photovoltaic solar energy in brazil. Renew. Sustain. Energy Rev. 81:181–191.

Jain, P., G. Raina, S. Sinha, P. Malik, and S. Mathur. 2021. Bioresource Technology Reports Agrovoltaics?: Step towards sustainable energy-food combination. Bioresour. Technol. Reports 15.

Kim, M. Oh, H.D. Park. 2019. Analysis and Prioritization of the Floating Photovoltaic System Potential for Reservoirs in Korea Appl. Sci.

Kjeldstad, T. D. Lindholm, E. Marstein, J. Selj. 2021. Cooling of floating photovoltaics and the importance of water temperature. Sol. Energy, 218, pp. 544-551

Liu, H. Liu, A. Kumar, T. Reindl. 2020. The Dawn of Floating Solar—Technology, Benefits, and Challenges. Proceedings of the World Conference on Floating Solutions (WCFS) 2019, pp. 373-383.

Neto, A., and D. Lopes. 2021. Technical analysis of photovoltaic energy generation for supplying the elelctricity demand in Brazilian dairy farms. Environ. Dev. Sustain.

Neto, A., D. Lopes, and S. Nascimento. 2022. Potential of Grid-Connected Photovoltaic Systems in Brazilian Dairy Farms. AgriEngineering.

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Sandro, A., C. Maia, E. De Andrade, H. Fernando, M. Milan, V. De França, and C. Fons. 2020. Photovoltaic panels as shading resources for livestock. J. Clean. Prod. 258.

Santafé, M.R. Ferrer, P.S. Gisbert, F.J. Sánchez Romero, J.B. Torregrosa Soler, J.J. Ferrán Gozálvez, C.M. Ferrer Gisbert. 2014. Implementation of a photovoltaic floating cover for irrigation reservoirs. J. Clean. Prod., 66, pp. 568-570, 10.1016/j.jclepro.2013.11.006

Sharpe, K.T., B.J. Heins, E.S. Buchanan, and M.H. Reese. 2021. Evaluation of solar photovoltaic systems to shade cows in a pasture-based dairy herd. J. Dairy Sci. 104:2794–2806. doi:10.3168/jds.2020-18821.

Vaughan, A. Vaughan. 2016.  Japan Begins Work on ‘World’s Largest’ Floating Solar Farm. The Guardian.

Ziraat, T., and F. Dergisi. 2021. The Effect of Building Orientation on Utilization of Solar Energy in Dairy Cattle Barns Süt Sıgırı Barınaklarında Günes Enerjisinden Yararlanmada Yönlendirmenin Etkisi Öz. J. Tekirdag Agric. Fac. 18:419–427. doi:10.33462/jotaf.799558.
 

*Fonte da foto de capa: Fazenda Figueiredo.