CONCEITO LCOE – DEFINIÇÃO E APLICAÇÕES

Com o avanço da tecnologia, percebemos no mercado que os módulos fotovoltaicos estão dia após dia se tornando mais eficientes, com maiores potências Wp. A pouco tempo atrás, módulos de 250Wp, 270Wp eram os mais eficientes do mercado, e não se imaginava que em pouco tempo teríamos módulos chegando (e ultrapassando) os 500Wp. Com diversas tecnologias disponíveis e inúmeros fabricantes destes módulos fotovoltaicos adentrando no Brasil, fica difícil saber qual fornecedor de equipamentos FV escolher, né? Ainda devemos considerar:

• O fato de sermos um país novato quando falamos de energia fotovoltaica, com pouco conhecimento técnico agregado – E com isso tem-se a falsa sensação de que qualquer um pode instalar um sistema FV;
• Possuirmos excelente irradiação solar na grande maioria das regiões, favorecendo a geração solar;
• Grande número de profissionais desempregados;

Tudo isso faz com que tenhamos muitos profissionais entrando no mercado sem o devido conhecimento prévio, e muitos fabricantes se aproveitando disso para vender seus produtos, utilizando os mais diversos fatores para justificar sua “melhor” qualidade.

Mas o que de fato deve ser analisado na escolha dos equipamentos de geração fotovoltaica? O que se espera de um bom produto? Em um sistema de geração de energia, se espera que ele GERE ENERGIA. Simples, mas é importante salientar isso. Agora analise a ilustração abaixo, com diferentes tecnologias de módulos, todos com a mesma potência Wp. Qual seu principal fator para escolher qual comprar?

“Já que todos são de mesma potência, vou escolher o mais barato né? Todos irão gerar a mesma coisa”. ERRADO!!!

 

Infelizmente, no Brasil é muito comum que a escolha seja feita apenas considerando o preço do Wp do sistema. Mas o sistema fotovoltaico é dimensionado para gerar kWh (energia)! O cliente não está preocupado com a potência do sistema (kWp) que ele está comprando, e sim com o quanto ele irá economizar (R$).

Dois sistemas de mesma potência, no mesmo local, com diferentes tecnologias poderão gerar uma quantidade diferente de energia ao longo do tempo. Isso se deve ao fato de que novas tecnologias estão conseguindo melhorar a eficiência do módulo fotovoltaico. Trabalham com temperatura operacional da célula menor e sofrem menos com as variações dela, possuem melhores materiais aplicados a sua fabricação, e tudo isso melhora o rendimento e agrega confiabilidade na vida útil do modulo fotovoltaico, possibilitando que ele gere uma quantidade maior de energia comparado a outros módulos de mesma potência. O mesmo se aplica para os inversores, com os avanços na confiabilidade do produto, maior eficiência, maior resistência a temperaturas elevadas, múltiplas MPPTs ou mesmo a utilização de tecnologias MLPE, a análise da geração de energia ao longo da vida útil do projeto e sua rentabilidade se torna ainda mais importante do que simplesmente o preço do gerador fotovoltaico. E como é possível mensurar isso?

No mundo financeiro, há diversas métricas utilizadas para se avaliar um investimento e, quando falamos de sistemas fotovoltaicos, o cliente está fazendo um investimento inicial, buscando que seu custo fixo com a fatura de energia se reduza. Claro que, para convencê-lo disso, você precisará mostrar a ele que este é um investimento que trará um retorno financeiro, caso contrário não haveria por que fazer um investimento inicial alto em sistemas fotovoltaicos.

Entre as formas mais comuns de se avaliar um investimento de maneira geral, temos a taxa interna de retorno – TIR, o valor presente líquido – VPL, além do payback – bastante comum no meio fotovoltaico. Um outro índice já bastante utilizado, mas que só agora está ganhando conhecimento dos profissionais do setor FV e que possui uma métrica mais eficiente para avaliar um investimento no segmento de energia para um prazo de 25 anos, comparando diferentes tecnologias, é o LCOE – Levelized Cost of Energy (Custo nivelado da energia). Como cada um destes fatores funciona, e qual a diferença entre eles? Abaixo iremos defini-los.

 

METRICAS DE RETORNO DE UM INVESTIMENTO

VPL

O VPL (Valor Presente Líquido), também conhecido como valor líquido atual, consiste em trazer para a data zero todo o fluxo de caixa existente durante o período proposto, e então fazer uma análise sobre o investimento feito. De forma resumida, podemos considerar que em um sistema fotovoltaico, pegamos toda a receita durante o período e as trazemos para a data zero, com uma taxa mínima de atratividade definida (taxa de desconto) – Essa taxa consiste em determinar qual o mínimo percentual de lucro para que o investimento seja considerado viável. Conceito básico, mas verdadeiro: Um determinado valor monetário tem peso diferente em diferentes tempos. R$1.000,00 hoje não valerão o mesmo que R$1.000,00 daqui a 5 anos. O que este fator faz é colocar todos os investimentos e receitas numa mesma data (zero, atual). Caso o valor de VPL seja maior que zero, o investimento é considerado rentável (dentro da taxa mínima de atratividade definida anteriormente). Caso contrário, considera-se não rentável.

Onde:

VPL – Valor presente líquido;

Fc – Fluxo de caixa;

t – Momento em que o fluxo de caixa ocorreu;

i – taxa de desconto, ou taxa mínima de atratividade;

n – período de tempo.

Figura 1 - Ilustração de aplicação do VPL - Valor presente líquido (Fonte: Damasceno [1])

 

TIR

A TIR – Taxa interna de retorno pode ser definida como a taxa de desconto que faz com o que o valor presente líquido (VPL) seja igual a zero. Usada para se avaliar o percentual de retorno de um investimento, sendo comparada então a taxa mínima de atratividade. É utilizada muitas vezes para se analisar diferentes investimentos, onde ambos são viáveis. Em dois investimentos com VPL positivo, uma maior TIR indica que o investimento trará um retorno maior comparado a outro com menor TIR, ambos sendo rentáveis. Essa métrica deve ser sempre utilizada em conjunto com o VPL para uma maior clareza na análise do investimento citado.

Sua forma de cálculo é realizada igualando a fórmula do VPL acima a zero.

PAYBACK

Já o payback é uma métrica bastante utilizada no meio fotovoltaico, devido sua simplicidade de cálculo e também de entendimento pelo cliente final, que irá realizar o investimento. Resumindo, pode ser compreendido como o período de tempo necessário para que o investimento inicial realizado seja compensado pelo retorno financeiro (economia). Em outras palavras, em quanto tempo o investimento “se paga”.

Há duas formas básicas do payback ser calculado: payback simples, e payback descontado. No primeiro, dentro do cenário de sistemas fotovoltaicos, o que é feito é considerar a economia na fatura de energia ao longo do tempo (mensal, anual etc.) e dividir o capital investido por ela. Por exemplo, um investimento inicial de R$10.000,00 que gere uma economia de energia de R$210,00 mensais, possui um payback simples de aproximadamente 4 anos (R$10.000,00 / R$210,00 = 47,6 meses). Mas essa não é a melhor e mais precisa forma de se utilizar o payback como análise de sistemas fotovoltaicos. Devemos levar em conta, assim como no VPL, a diferença do dinheiro no tempo. Então, o recomendado é considerarmos também a taxa de juros de um possível financiamento, os reajustes médios que a energia elétrica terá com o passar do tempo (pode ser utilizado uma média histórica por exemplo), entre outras despesas com operação e manutenção.

LCOE

Há ainda um conceito importante utilizado a muitos anos no setor de investimentos em energia e que está, aos poucos, sendo conhecido no setor fotovoltaico, denominado LCOE – Levelized Cost of Energy, ou custo nivelado de energia. Sua definição, segundo a FGV Energia, diz que “representa o custo por megawatt-hora, em unidades monetárias descontadas, da construção e operação de uma usina geradora durante todo seu ciclo de vida útil econômica” [2]. Ou seja, é um parâmetro que considera qual o custo da energia gerada por um empreendimento, em R$/MWh. Assim, dois sistemas distintos, com diferentes tecnologias de inversores e módulos por exemplo, ou até mesmo diferentes tipos de sistemas (fotovoltaica, eólica, térmica, hidroelétrica, etc.) podem ser comparados de forma correta e equacionada. Como já citado, na visão de um investidor pouco importa a potência pico de um sistema, e sim quanto de energia ele irá produzir, ou em termos financeiros, qual o retorno sobre este investimento. E de que forma ele pode ser calculado?

De maneira geral, podemos representar a variação LCOE da seguinte forma [3]:

Onde:

It = Despesas de investimento no ano t (incluindo financiamento)

Mt = Despesas de operação e manutenção no ano t

Ft = Despesas com combustível no ano t

Et = Geração de eletricidade no ano t

r = taxa de desconto

n = Vida do sistema 

O cálculo também pode ser simplificada da seguinte maneira:

Onde:

CAPEX – Custos de capital investido

OPEX – Custos de operação e manutenção

PV – Energia gerada pelo sistema durante todo o ciclo da análise econômica (geralmente são 25 anos)

 

CAPEX

O CAPEX é, no geral, mas fácil de se estimar, pois são os valores investidos na aquisição da usina fotovoltaica, onde se inclui terreno, obras de rede, custos com projetos e, obviamente, todos os custos envolvidos na aquisição dos materiais (módulos fotovoltaicos, inversores, proteção, cabos, estruturas de fixação, transformadores, etc.). São valores conhecidos no início do projeto. Basicamente o que irá influenciar neste valor são a quantidade, qualidade e tecnologias dos materiais aplicados:

• Módulos FV mono ou bifaciais, mono ou policristalinos, PERC, half-cell, etc;
• Inversores com otimizador, microinversores, inversor string, inversor central;
• Estruturas de fixação em alumínio, aço inox ou aço galvanizado;
• Proteções incorporadas ao inversor ou externas;
• Sistemas mecânicos de rastreamento (trackers);
• Aquisição do terreno, obras de reforço, instalação do sistema.

Entre outras decisões que impactarão no valor de capital investido (CAPEX).

Pois então vamos escolher o sistema com o melhor preço por Wp, pois consequentemente o meu CAPEX será menor e com isso terei o melhor LCOE possível. Será?

 

OPEX

Já o OPEX complementa os custos não classificados como de capital para aquisição do empreendimento, sendo normalmente chamados de custos de O&M, operação e manutenção da usina fotovoltaica. Aqui englobam, entre outros:

• Manutenções preventivas e preditivas: Limpeza de módulos, reaperto de cabos, inspeções visuais e térmicas, etc.;
• Manutenções corretivas, oriundas de problemas na instalação que necessitem deslocamento e/ou substituição de peças;
• Substituição de inversores e demais equipamentos que possuem vida útil inferior ao da análise do projeto;
• Em sistemas maiores, é comum termos despesas com monitoramento e segurança na usina fotovoltaica;
• Em sistemas com rastreamento (trackers), deve ser levado em consideração também custos de manutenção nos motores (lubrificação, desgaste de peças, etc.).

 

Ao contrário do CAPEX, o OPEX é bem menos intuitivo de se calcular com precisão, pois há uma enormidade de fatores específicos de cada instalação que devem ser levados em consideração. Por exemplo, regiões de difícil acesso ou distantes da equipe de manutenção demandarão um maior custo com mão de obra, ou a contratação de uma equipe terceirizada local para um atendimento mais rápido. Ainda, usinas com MLPE, inversores string ou inversores centrais exigem uma qualificação diferente de mão de obra para atendimento de cada um, o que gera custos de O&M diferentes. Haverá peças de reposição na usina, para rápida substituição em casos de defeitos ou serão adquiridos conforme necessidade? Qual o custo do sistema fotovoltaico parado? Qual a vida útil do inversor utilizado?

Conforme citado por [3], para cálculos de OPEX em grandes usinas, tradicionalmente utiliza-se valores entre 0,8 a 1,2% do CAPEX (por ano). Para isso, é obtido informações com especialistas do setor, analisa-se a localização e tecnologia aplicada, e também é levado em conta outros empreendimentos similares para se chegar a esse valor estimado. Depende-se muito de dados históricos para este cálculo. Mas e em casos onde não haja um histórico para se considerar, ou onde estes dados são escassos? De que forma é possível se realizar essa análise de forma mais precisa, pois 0,4% ao ano, em uma grande usina, é um valor considerável. Ainda em [3], pesquisadores da USP propuseram uma outra forma de se definir o valor de OPEX de um sistema fotovoltaico: Utilizando confiabilidade.

Este termo diz respeito ao grau de confiança de um equipamento durante sua vida útil, ou em outras palavras, probabilidade de falha. São calculadas através de modelos matemáticos, que não vem ao caso neste artigo entrar em detalhes mas, resumindo, o trabalho proposto foi analisar a taxa de falha de equipamentos um uma usina fotovoltaica com diferentes topologias (inversores distribuídos e centralizados), considerando o tempo para manutenção, custos de deslocamento, nível da equipe necessária para prestar o serviço, peças de reposição local ou importada, entre diversos outros fatores. Novamente, a pergunta: Quanto custa a usina fotovoltaica parada? Manter uma peça de reposição para troca rápida é mais barato do que o risco da usina sem gerar por uma falha? Cada instalação pode ter uma reposta para essa pergunta.

Assim, eles verificaram uma diferença de até 10% entre essa metodologia probabilística e a convencional, estimada com dados históricos. Este método apresentado por [3] constitui uma ferramenta importante para um cálculo dos custos de geração, pois inclui custos de manutenção de maneira detalhada: considera a confiabilidade dos componentes, custos e tempos logísticos e o gerenciamento das equipes, permitindo determinar a melhor configuração e a melhor estratégia de gerenciamento de um empreendimento.

Figura 3 - Resumo dos dados obtidos no estudo, por topologia de inversor (Fonte: Estimativa do custo de geração de usinas fotovoltaicas usando confiabilidade. USP, 2016 [3]

 

Os dados não são tão atuais (2016), mas mostram que proporcionalmente, os valores obtidos para usinas com inversores centralizados estão mais próximos do estimado usualmente, enquanto para inversores distribuídos, que possuem maior quantidade de peças/acessórios, utilizar a confiabilidade pode nos trazer valores bem diferentes do previsto usualmente em grandes usinas.

 

ENERGIA PRODUZIDA (kWh OU MWh)

Por fim, o fator principal que contribui para um LCOE maior ou menor - a energia gerada ao longo do período de análise do sistema. E aqui entra o tema que mais precisamos ter atenção, mas que muitas vezes é negligenciada por muitas empresas: Dois sistemas com a mesma potência Wp (com diferentes tecnologias de inversores e módulos) não necessariamente irão gerar a mesma quantidade de energia. Se você orça com diversos distribuidores, utilizando somente a potência Wp do sistema, você estará comparando sistemas diferentes como se fossem gerar a mesma quantidade de energia. Um sistema pode gerar mais energia – e então você poderia ter comprado menos módulos, ou no pior caso, seu sistema não vai entregar o que você imaginava, deixando seu cliente insatisfeito, podendo até em casos mais graves te acusar de vender algo ilusório.

Há dois erros muito comuns quando se faz uma análise do investimento, seja com payback, seja com LCOE:

1. Utilizar a energia gerada apenas no primeiro ano como referência;
2. Considerar a degradação do sistema padrão para qualquer inversor e qualquer módulo fotovoltaico.

No primeiro caso, o principal problema é que não é levado em consideração toda a degradação natural do sistema, seja em módulos, inversores, etc. Além disso, normalmente quando se utiliza dessa forma, também não é considerado substituição dos equipamentos durante a vida útil do projeto. Inversores string possuem de 5 a 7 anos de garantia, sendo sugerido que se considerar ao menos uma troca destes equipamentos durante os 25 anos da análise, enquanto por outro lado, os microinversores podem chegar a uma vida útil superior a 25 anos, o que também influencia na análise de substituição e manutenção do equipamento.

Já o segundo ponto é menos conhecido e pouco analisado pela grande maioria das empresas no setor fotovoltaico. É bastante comum a utilização de tabelas em Excel para um cálculo de retorno do investimento, considerando uma degradação fixa por ano. Mas isso não está totalmente correto, e é justamente neste ponto que as novas tecnologias de módulos e produtos de qualidade fazem diferença.

Um módulo com tecnologias half-cell, PERC e multi busbar por exemplo, possuem melhor rendimento comparado aos que não possuem. Isso porque, de forma geral, são mais eficientes por trabalharem em temperaturas de operação menores. Como sabemos, a célula fotovoltaica perde rendimento com o aumento da temperatura. Assim, por trabalharem em condições melhores, se degradam menos ano após ano, e isso deve ser levado em conta na análise. Isto pode ser comprovado em [4], onde pesquisadores da Unicamp fizeram um levantamento da geração de energia ao longo da vida útil para diferentes tecnologias de módulos, em diversas potências. O que se observa é que os módulos com mais tecnologias aplicadas (half-cell, mono PERC, Multibusbar) possuem um performance ratio maior, ou seja, geram mais energia para uma mesma potência pico instalada. Isso também pode ser confirmado pela simulação abaixo, com auxilio do software PVSyst, onde utilizou-se diversas tecnologias de módulos (de um mesmo fabricante) com a mesma tecnologia de inversores, e obteve-se os seguintes ganhos, para uma usina de mesma potência de módulos: 6,5MWp (5MW em inversores):

Tabela 1 - Simulação PVSyst de uma usina 5MW com diferentes tecnologias de módulos fotovoltaicos

Obviamente cada caso precisa ser analisado de forma isolada. Acima, vemos que para uma mesma potência Wp de usina, módulos mais tecnológicos produzem mais energia ao longo da vida útil do sistema. Além disso, verifica-se uma redução em área necessária de até 16% - Isso significa menos custos com estrutura de fixação, com cabeamentos, menor custo com aquisição de terrenos e por que não, no O&M da planta. Tudo isso implicam num ganho financeiro (R$/kWh) no sistema fotovoltaico.

Em um outro estudo, realizado na Espanha [5], num sistema residencial de 6,4kWp, com módulos de 320W são avaliados o LCOE em três configurações: microinversores, inversor + otimizador e inversor string. Obviamente cada caso precisa ser analisado de forma isolada, este resultado não se aplica a qualquer situação, mas podemos observar que mesmo com um CAPEX (custo inicial) maior, um sistema com tecnologia MLPE pode possuir um LCOE menor, como neste caso analisado.

Neste caso especifico simulado acima, mesmo com um custo inicial até 37% maior, a instalação com microinversor apresentou um LCOE 14% mais baixo, considerando todos os custos envolvidos ao longo da vida útil do sistema e sua geração otimizada.

Então, faz-se novamente a pergunta do começo do artigo: Todos os módulos abaixo irão gerar a mesma quantidade de energia, simplesmente por terem a mesma potência Wp nas condições de laboratório (STC)?

Com certeza não. E é preciso termos conhecimento dessas diferenças, para apresentar o melhor produto para nosso cliente, com o melhor retorno financeiro possível. Hoje, com a normativa atual, praticamente qualquer sistema é viável, se analisarmos os 25 anos. Muitos se pagam com 3, 4, 5 anos de funcionamento. Mas como todos sabemos, muito em breve a normativa ANEEL irá ser atualizada, com uma menor parcela da energia sendo compensada, aumentando o tempo de retorno do investimento. Após as mudanças, o sistema que você está apresentando ao seu cliente continuará sendo viável de qualquer forma? Está preparado para essas mudanças que virão?

 

[1] DAMASCENO, Ada Patrícia de Alencar Beserra; et.al. Análise da Viabilidade Técnica e Econômica da Utilização de Óleo Residual de Cozinha, com Coletas em Estabelecimentos de Maceió-AL Para Geração De Biodiesel. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 03, Ed. 02, Vol. 01, pp. 150-159, Fevereiro de 2018. ISSN:2448-0959

[2] GUIMARAES, L. S. O custo nivelado da eletricidade e seu impacto na transição energética. Caderno Opinião, FGV Energia. 2019. Disponível em < https://fgvenergia.fgv.br/sites/fgvenergia.fgv.br/files/coluna_opiniao_-_transicao_energetica.pdf> Acesso em abril de 2020.

[3] SHIMURA, S.; SIMPLICIO, R.; HERRERO, R.; MOURA, C. B.; ZUFFO, M. K.; GRIMONI, J. A. B.; Estimativa do custo de geração de usinas fotovoltaicas usando confiabilidade. VI Congresso Brasileiro de Energia Solar, BH, 2016.

[4] D. d. B. Mesquita, J. Lucas de S. Silva, H. S. Moreira, M. Kitayama and M. G. Villalva, "A review and analysis of technologies applied in PV modules," 2019 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference - Latin America (ISGT Latin America), Gramado, Brazil, 2019.

[5] Ventaja competitiva de la solución energética de Enphase para su hogar: ¿ Qué beneficios aporta? Webinario online, nivel avançado