A Era Solar – Um Futuro Brilhante Para a Humanidade

Do Combustível Queimado à Transformação da Luz em Relâmpago

Desde o alvorecer dos tempos, a energia tem sido o epicentro da civilização. Durante a maior parte da história, queimar materiais foi a principal fonte de energia, excluindo o simples esforço muscular (humano ou animal).

De forjas primitivas que derretiam bronze para criar as primeiras armaduras e espadas até as modernas usinas que queimam carvão, petróleo e gás, avançamos em complexidade. Ainda assim, a ideia básica permaneceu a mesma: o calor era usado para transformar material (como fundir minério em metal), inclusive transformar água em vapor para gerar eletricidade.

A tecnologia fotovoltaica mudou isso, permitindo, pela primeira vez, a produção de energia em larga escala sem partes móveis (o que também exclui a energia eólica).

Um design como esse tem vantagens tremendas, pois a ausência de partes móveis significa muito mais durabilidade da maquinaria associada. É também um sistema de geração de energia que cria eletricidade diretamente, ao invés de outra forma de energia que precisa ser convertida em eletricidade, como combustíveis fósseis e usinas nucleares, que operam no ciclo calor → vapor → energia.

Um Crescimento Tremendo

O mercado de energia solar cresceu massivamente nos últimos anos e ainda se espera que cresça a 15,4% CAGR nos EUA até 2030.

Fonte: Grand View Research

A adoção de energia solar no Ocidente é, na verdade, ofuscada pelo crescimento global da energia solar, com a China liderando a corrida, sendo responsável por mais projetos de energia solar do que o resto do mundo combinado.

China tem aumentado sua capacidade de energia renovável ano após ano, instalando mais energia solar entre 2023 e 2024 do que nos três anos anteriores combinados, e mais do que a capacidade total global instalada em 2023.

Isso coloca o gigante asiático no caminho para alcançar uma capacidade instalada de energia eólica e solar de 1.200 GW até o final do ano, seis anos à frente da meta governamental.

Fonte: Energy Wind Down Media

Isso levou publicações importantes como The Economist a literalmente chamar isso de uma nova era:

Fonte: The Economist

Claro, a capa da Economist pode ser um pouco prematura, já que tem um longo histórico de estar errada, também conhecida como a “maldição da capa de revista”.

Entretanto, a longo prazo, pode se provar profética.

Solar Térmico versus Fotovoltaico

Na verdade existem duas maneiras de produzir energia solar. A que domina atualmente é a fotovoltaica, que depende da capacidade do material semicondutor de gerar eletricidade quando atingido por fótons.

Fonte: EIA

Outra abordagem é usar espelhos para concentrar os raios solares em um ponto e aquecê‑lo a centenas de graus. Na maioria das vezes, a luz converge sobre uma torre que converte esse calor em eletricidade.

Fonte: University Of Maine

Projetos de energia solar térmica foram populares no passado, mas encontraram problemas de rentabilidade, pois o calor intenso pode causar falhas técnicas. Os perigos para a vida selvagem, especialmente aves, também são uma questão.

Enquanto isso, o avanço na fabricação de semicondutores e a economia de escala crescente na produção de painéis solares levaram a uma queda constante nos custos fotovoltaicos, que se tornaram 30 vezes mais baratos desde 1990.

Fonte: EIA

Como resultado, a tecnologia fotovoltaica está agora dominando a indústria solar.

Do Polissilício aos Painéis Solares Avançados

Hoje, os painéis solares são feitos de mais de 90% de tecnologia baseada em silício.

Fonte: EIA

Esta tecnologia, especialmente o silício policristalino, tem estado na vanguarda do desenvolvimento da indústria solar e da recente queda de custos (o silício monocristalino é mais durável, mas também menos eficiente em termos de custo).

No entanto, a P&D do polissilício também está começando a atingir um ponto de retornos decrescentes. Assim, a indústria busca múltiplas formas de aumentar a eficiência dos painéis solares.

Fonte: Clean Energy Review

Filme Fino de Telureto de Cádmio

Uma alternativa ao silício mono ou policristalino é o telureto de cádmio. Devido à sua alta eficiência, é a única tecnologia fotovoltaica de filme fino que compete em custo com o polissilício.

A tecnologia tem algumas vantagens chave, mas também apresenta alguns problemas.

Seus principais benefícios são:

• Processo de fabricação mais simples, permitindo produção rápida com menor investimento de capital.
• Menor peso que o silício.
• De acordo com o Departamento de Energia, sua fabricação produz 6 vezes menos carbono que a do silício.
• A luz é absorvida de forma mais eficiente, utilizando maior parte do espectro solar.

Entretanto, a tecnologia depende do uso de grandes quantidades de cádmio e telureto, ambos materiais tóxicos. Isso levanta questões sobre seu custo ecológico, considerando o impacto da mineração e a poluição por metais pesados a ser equilibrada com a redução de emissões de carbono.

Outro problema é a disponibilidade de recursos. O telúrio é um mineral relativamente raro, quase tão raro quanto o platina. Portanto, pode ser difícil ampliar a produção de painéis de filme fino de telureto de cádmio e substituir totalmente a produção atual de silício, ainda mais diante da expectativa de maior produção de painéis no futuro.

Em ambos os casos de raridade de recursos e risco de poluição, será necessário um manejo adequado da reciclagem e de todo o ciclo de vida do produto.

Devido a essas limitações, essa tecnologia provavelmente permanecerá confinada a aplicações específicas, especialmente onde o peso da célula solar é um fator crítico, por exemplo, dispositivos vestíveis, mas também mobilidade, espaço, etc.

Perovskita

A perovskita, um mineral de óxido de cálcio e titânio, é outro material investigado por seu potencial em energia fotovoltaica.

A tecnologia fez progressos massivos nos últimos anos, com eficiência (quantidade de luz convertida em eletricidade) de protótipos de laboratório passando de 3,8% em 2009 para 33,9% em 2024 em um design da LONGi Green Energy Technology.

A vantagem da perovskita é seu baixo custo e a possibilidade de “impressão” da célula solar. Um grande impulsionador do menor custo é que pode ser produzida à temperatura ambiente, ao contrário do silício, que requer centenas de graus.

As células de perovskita também são flexíveis, abrindo novas aplicações como tetos de carros e drones. Também absorvem grande parte da luz solar, levando a maior eficiência teórica.

O principal fator que limitou a adoção da perovskita é sua durabilidade. A maioria das células solares de perovskita dura apenas alguns anos. O potencial vazamento de metais pesados, notadamente chumbo, também é uma preocupação.

No geral, as células solares de perovskita são uma tecnologia muito promissora, mas ainda pouco inserida na fase comercial. Uma forma de acelerar sua adoção é provavelmente olhar para células tandem de silício‑perovskita, como a desenvolvida pela LONGi.

Pontos Quânticos e Outros Efeitos Quânticos

A chave para melhorar a eficiência dos painéis solares é aumentar a quantidade de luz absorvida. O policristalino atualmente usado absorve apenas parte da luz visível, deixando de fora tanto o infravermelho (a maior parte da emissão solar) quanto os UVs.

Fonte: QD Solar

Uma opção é usar pontos quânticos, nanopartículas com diferentes absorções de luz dependendo do seu tamanho, a descoberta dos quais recebeu o Prêmio Nobel em 2023 (clique para ler nosso artigo sobre pontos quânticos).

Os pontos quânticos podem ser especialmente eficientes na absorção da luz atualmente não capturada pelos painéis solares de silício.

Portanto, enquanto as células solares convencionais provavelmente progredirão até um máximo de 30‑35% de eficiência de conversão, as células solares de pontos quânticos têm um máximo teórico de 66% de eficiência.

Outros designs avançados podem aproveitar outros efeitos quânticos para aumentar a eficiência solar, por exemplo, resonadores em forma de gravata‑borboleta usando o efeito Casimir & forças de Van der Waals para capturar luz.

Revestimento Avançado

A maior parte do esforço para melhorar a eficiência dos painéis solares tem se concentrado em química alternativa ao silício. Pequenas mudanças de design também podem desempenhar um papel.

Por exemplo, a empresa canadense SunDensity usa nano‑revestimentos especiais para proteger os painéis solares da degradação induzida por UV, ao invés de converter luz UV em mais eletricidade. A SunDensity também adquiriu recentemente a desenvolvedora de painéis solares de pontos quânticos QD Solar.

Fonte: QD Solar

Painéis Bifaciais & Suportes Móveis

A maioria dos painéis solares é projetada para absorver luz apenas de um lado, tornando crucial que estejam perfeitamente inclinados em direção ao Sol.

Painéis solares bifaciais, por outro lado, são projetados para captar luz tanto da frente quanto da parte traseira do painel. Isso pode aumentar, no geral, sua produção de energia. Também pode viabilizar novos tipos de instalação, como, por exemplo, colocar os painéis verticalmente, em um eixo Leste‑Oeste.

Tal instalação pode trazer muitas vantagens:

• Em muitos climas, o Sol ao meio‑dia “satura” a capacidade de absorção do painel, reduzindo o interesse de estar voltado totalmente ao Sul.
• Melhor circulação de ar reduz a temperatura do painel, diminuindo perdas de rendimento por superaquecimento.
• Os painéis podem absorver luz refletida, como de superfícies de concreto ou neve.
• O eixo Leste‑Oeste maximiza a produção pela manhã e à noite, quando a demanda de energia é maior e a produção solar “faltante”.

Fonte: Wikipedia

Embora não seja uma revolução, os painéis bifaciais podem se tornar muito mais comuns no futuro. Especialmente à medida que a “curva do pato” dos preços da eletricidade reduz a rentabilidade de maximizar a produção ao meio‑dia, e a produção no inverno se torna necessária.

Fonte: Visual Capitalist

Outra opção para maximizar a orientação ao Sol são suportes móveis ou “rastreadores solares”, que seguem a direção do Sol ao longo do dia. Isso pode melhorar o rendimento, especialmente em climas setentrionais onde a posição do Sol varia bastante ao longo do ano, embora seja complexo e mova parte da instalação solar.

Fonte: Nickel Energy Solution

Calor & Termofotovoltaico

O gerenciamento de calor é um problema sério para painéis fotovoltaicos. Isso ocorre porque a física estipula que a produção de energia diminuirá à medida que os materiais semicondutores aquecem.

Isso significa que manter os painéis frios é importante. A maioria das instalações usa fluxo de ar, especialmente vento, mas outros sistemas agora integram água circulante na parte traseira do painel para mantê‑lo frio.

Fonte: Sustainable Energy Research

Outra coisa que os painéis solares podem fazer é absorver calor emitido na forma de luz infravermelha. Nesse caso, são chamados de painéis termofotovoltaicos.

Eles podem ser usados em combinação com baterias de calor para produzir eletricidade a partir de calor armazenado.

Floatovoltaics

Fonte: RWE

Como a terra pode ser um recurso escasso para aplicações solares em grande escala, surgiu a ideia de usar corpos d’água. Esse método, chamado floatovoltaics, faz os painéis flutuarem ao invés de serem montados no solo ou em telhados.

Isso não só economiza uso de terra para agricultura, como também ajuda a manter os painéis frios, tornando‑os uma boa opção para climas tropicais quentes.

Agrivoltaics

Mesmo quando perfeitamente alinhados, os painéis solares ainda absorvem apenas parte da luz do Sol, com suas sombras não totalmente escuras. Agrivoltaics é o conceito de usar essa luz residual para cultivar plantas ao mesmo tempo que os painéis produzem eletricidade.

Quando feito corretamente, pode proporcionar múltiplas vantagens:

• Proteção das culturas contra luz solar excessiva e UVs.
• Redução da evaporação e das necessidades de irrigação.
• Uso duplo da terra reduz a pressão que projetos solares em escala utilitária exercem sobre áreas agrícolas disponíveis.
• Fornece sombra para animais de fazenda.
• A evaporação das folhas das plantas resfria os painéis.

Fonte: Dezeen

Esses efeitos podem ser especialmente benéficos em regiões desérticas, onde a sombra adicional ajuda o crescimento da vegetação. Isso, por sua vez, reduz a poeira e a necessidade de limpar os painéis. A água usada para limpar os painéis também pode irrigar as plantas abaixo deles.

Entretanto, isso pode ser difícil de colocar em prática, pois requer treinamento adicional e novas práticas tanto para o agricultor quanto para o instalador solar.

Solar Espacial

Não importa quão eficiente ou otimizada a instalação seja, a energia solar cai a zero durante a noite. Também tende a declinar severamente durante os meses de inverno em regiões distantes do equador.

Para resolver esse problema, alguns propõem colocar arranjos solares diretamente no espaço, orbitando a Terra.

Isso forneceria energia solar 24/7 que poderia até ser distribuída para diferentes antenas de coleta ao redor do globo, dependendo de onde for mais necessária.

Fonte: ESA – European Space Agency

Um fator chave para tornar isso realidade será a queda dos custos de lançamento para enviar materiais ao espaço, e/ou a produção de painéis solares diretamente no espaço, a partir de asteroides ou materiais lunares.

Discutimos como isso funcionaria em detalhes, os desafios técnicos, e as empresas na vanguarda dessa ideia em “Space-Based Energy Solutions For Endless Clean Energy”.

Os Limites da Energia Solar

Apesar da queda vertiginosa dos custos da energia solar, ainda há algumas limitações que até agora impediram sua adoção para substituir totalmente outras fontes de energia.

Intermitência & Estações

A produção solar pode variar de dia para dia (com ou sem nuvens) e de mês para mês de forma considerável. Também para completamente à noite.

Existem apenas algumas soluções para resolver esse problema, quase todas exigindo nova tecnologia e/ou investimento massivo:

• Produção de energia no espaço para transformar a solar em uma fonte de eletricidade de base verdadeira.
• Conectores de longa distância ligando redes elétricas entre regiões muito distantes através de cabos HDVC, como Austrália a Singapura (4.300 km), ou Marrocos ao Reino Unido (4.000 km).
• Grandes bancos de baterias para armazenar energia para as noites e invernos (veja “The Future Of Energy Storage – Utility-Scale Batteries Tech”).

Fonte: Canadian Solar

Limites à Eletrificação

A eletricidade representa apenas 20% do consumo de energia da nossa civilização, sendo muito mais usado para transporte (carros, aviões, transporte marítimo de longa distância), aquecimento/refrigeração e processos industriais (produção de aço & alumínio, fertilizantes, etc.).

Portanto, embora a energia solar possa, em teoria, suprir a maior parte de nossas necessidades energéticas, será necessário combiná‑la com outras tecnologias e infraestruturas para descarbonizar totalmente e migrar para sistemas de energia renovável.

Isso pode incluir hidrogênio ou amônia, bem como talvez algum nível de energia nuclear ou geotérmica para fornecer energia extra no inverno. Então, no futuro mais provável nosso mix energético não será 100% baseado em energia solar.

Geopolítica e Dependência da China

A maior parte da cadeia de suprimentos solar (e energia verde em geral) é atualmente dominada pela China.

O país produz 80% dos painéis solares do mundo, 60% dos veículos elétricos e mais de 80% das baterias de veículos elétricos.

Fonte: Medium

Essa produção da China também não é tão baixa em carbono quanto se pensa, já que a maioria das fábricas de painéis solares e refinarias de silício são alimentadas diretamente por usinas a carvão.

Fonte: Brian Pittock

Combinado ao crescimento constante das tensões internacionais e conflitos, isso pode dificultar a adoção de energia solar no Ocidente. Especialmente à medida que painéis fabricados na China mais baratos são atingidos por tarifas.

Limitações de Recursos

Embora o silício seja muito abundante na Terra, não é o único material que as células solares requerem. Por exemplo, a indústria solar consumiu 193 milhões de onças de prata em 2023, um aumento de 64% em relação a 2022. Assim, a energia solar consome mais de 10% da produção global de prata.

Fonte: Medium

Afortunadamente, a indústria solar depende menos de metais de terras raras do que a energia eólica. Ainda assim, consome quantidades significativas de índio, gálio e selênio, todos materiais de oferta limitada e cuja extração tem custo ambiental.

Se a perovskita for amplamente adotada, a mesma limitação relacionada à produção de titânio poderia se tornar um problema também.

Consequências da Energia Barata

Os limites potenciais da energia solar podem provavelmente ser superados principalmente por meio de um mix de investimento, aprimoramento tecnológico e melhor utilização e reciclagem de recursos.

E as vantagens de uma energia abundante e livre de combustíveis são realmente colossais.

Produção de Energia Descentralizada.

Ao contrário das usinas tradicionais e até da energia nuclear, a energia solar é descentralizada por natureza.

Embora isso possa ser alvo de críticas (mais uso de terra que outras fontes de energia), também significa que cada telhado, lago ou campo pode se tornar uma usina.

Isso pode reduzir a necessidade de uma rede elétrica massiva e aumentar a resiliência geral da produção de energia. Isso é especialmente verdadeiro se os preços das baterias continuarem a cair, permitindo armazenamento de energia igualmente descentralizado.

Desenvolvimento de Países Pobres

A maioria dos países mais pobres do mundo está localizada em regiões tropicais, que recebem a maior radiação solar da Terra.

Fonte: Allegra Spender

Até recentemente, essas regiões preferiam depender de combustíveis fósseis mais baratos e biomassa para suas necessidades energéticas. Com a queda dos custos solares, isso está mudando rapidamente.

Isso deve acelerar o desenvolvimento desses países, ao trazer para sua população e empresas impulsionadores de produtividade como iluminação artificial, tratamento de água, transporte, refrigeração, digitalização, etc.

Como esses países não investiram em tecnologias legadas como grandes redes elétricas ou usinas massivas e duradouras, eles poderiam passar diretamente para um sistema de energia totalmente descentralizado baseado em solar.

Dessa forma, poderia imitar como esses países agora estão quase totalmente conectados por redes móveis & sem fio, contornando totalmente a fase de investimento em linhas fixas.

Energia Ultra‑abundante & Barata

Água, Deserto & Agricultura

Se o custo da energia solar continuar a cair, poderemos de repente ter muito mais energia do que usamos atualmente. Isso abre caminho para inúmeras inovações que mudam a civilização.

Por exemplo, poderia alimentar estações massivas de dessalinização, fornecendo água doce abundante para regiões desérticas, que representam impressionantes 1/3^rd da superfície da Terra.

Mineração & Metais

Outra aplicação de energia abundante está na mineração. Uma razão pela qual muitos metais e minerais são raros hoje é que a maioria dos depósitos é de baixa qualidade para ser economicamente viável de minerar.

Energia abundante poderia permitir a fusão “força bruta” de toda a rocha, extraindo os minerais presos no minério. Isso poderia tornar materiais como lítio, titânio ou tungstênio tão abundantes no futuro quanto o aço e o alumínio são hoje.

Fertilizantes

A maioria dos fertilizantes à base de nitrogênio é produzida hoje com gás natural. Energia mais barata poderia criar produção maior e mais verde, impulsionando o rendimento agrícola globalmente enquanto diminui os preços dos alimentos.

Captura de Carbono

Não só energia solar abundante reduziria as emissões de carbono, como também nos daria meios de resolver totalmente qualquer crise climática.

Isso porque, embora já tenhamos a tecnologia para capturar carbono, ela é muito intensiva em energia.

Se a energia se tornar muito mais barata, poderíamos operar soluções de captura de carbono para reduzir a concentração de CO₂, e trancá‑lo permanentemente fora da atmosfera seja na forma de combustíveis líquidos ou grafite sólido.

Investindo em Energia Solar

A produção de energia solar está crescendo constantemente em taxa de dois dígitos e será um motor chave para descarbonizar a economia. Ainda tem um longo caminho a percorrer, já que a imensa maioria da nossa produção global de eletricidade, e ainda mais energia total, vem de combustíveis fósseis.

Ao longo dos anos, o setor evoluiu para recompensar as maiores empresas, com economias de escala sendo um fator chave para gerar lucro em um ambiente muito competitivo. Claro que novas tecnologias podem ser um potencial disruptor dos fabricantes estabelecidos de painéis de polissilício.

Você pode investir em empresas solares através de muitas corretoras, e aqui, no securities.io, nossas recomendações para as melhores corretoras nos Estados‑Unidos, Canadá, Austrália, Reino Unido, e em muitos outros países.

Se não se interessa em escolher empresas solares específicas, pode também olhar para ETFs como Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), ou Global X China Clean Energy ETF (2809.HK) que proporcionarão uma exposição mais diversificada para capitalizar sobre a indústria solar e de energia limpa.

Você também pode ler nosso artigo sobre o “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Empresas Solares

1. Daqo New Energy Corp.

Esta empresa chinesa é uma das líderes mundiais na produção de polissilício, o componente central para a fabricação de painéis solares. Isso também faz da Daqo um dos pilares fundadores da dominação da China sobre o setor de fabricação solar.

A empresa tem aumentado sua capacidade de produção muito rapidamente, mais de 8 vezes desde 2019.

Fonte: Daqo

A posição da Daqo no centro da cadeia de suprimentos de painéis solares permitiu que se beneficiasse enormemente do crescimento do setor, com receitas crescendo de US$0,68 bilhão em 2020 para US$4,6 bilhão em 2022. Após um salto em 2022, os preços do polissilício esfriaram, fazendo o preço das ações despencar de seu pico de 2021.

A comunicação e o site da empresa são um pouco fracos, mas não fora do comum para uma empresa industrial B2B, mais focada em sua imagem dentro da indústria do que no grande público ou investidores estrangeiros.

Em 2023, a ação negociava muito barata em relação ao P/L ou fluxo de caixa. Isso se deve parcialmente a controvérsias, com a empresa ligada ao uso de trabalho forçado em Xinjiang e discussões em Washington DC sobre sanções adicionais contra empresas que operam na região.

Investidores devem estar cientes de que a ação da Daqo carrega um risco geopolítico muito real e um grande potencial financeiro devido aos seus múltiplos de avaliação baixos.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko é um dos maiores fabricantes de painéis solares do mundo, e está baseada principalmente na China. Para evitar tarifas, a empresa está diversificando sua base de fabricação, com produção de wafers de silício no Vietnã e fabricação de células solares na Malásia e nos EUA.

Fonte: Jinko Solar

De qualquer forma, a empresa não está excessivamente exposta aos mercados ocidentais, com China, Ásia‑Pacífico (APAC) e mercados emergentes representando a maior parte dos negócios da empresa.

Fonte: Jinko Solar

Jinko entregou 230 GW de células solares ao longo da história da empresa e 20 GW no 1º trimestre de 2024, acima dos 14,5 GW de um ano atrás.

Isso torna a Jinko a número 1 na indústria fotovoltaica.

A célula solar mais avançada da Jinko, a N‑type, atinge uma eficiência energética notavelmente alta de 25,8%. Ela também oferece painéis bifaciais.

Em 2023, a N‑type representou a maior parte das vendas da Jinko, correspondendo a 80% de todas as remessas, com mais capacidade vindo de uma instalação de produção de 56 GW que deve atingir plena velocidade até o final de 2024 para compor 90% das entregas até o fim do ano.

A capacidade total de produção deve alcançar 120‑130 GW, ou quase metade da produção cumulativa da empresa em toda a sua história.

Buscando tornar seu perfil mais verde, a Jinko Solar também lançou a NeoGreen, o primeiro painel solar N‑type produzido inteiramente com energia renovável (em vez do carvão, comumente usado na China).

O crescimento ultra‑agressivo da Jinko em capacidade de produção reflete a confiança da empresa em sua tecnologia N‑type e a ambição de conquistar os mercados de exportação da Ásia, África e América do Sul. E a perspectiva geral de que a energia solar dominará os sistemas energéticos do mundo.