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O que é o LCOE e como utilizar nos projetos fotovoltaicos?

Neste artigo, discutiremos o que é o LCOE, como é calculado e como é utilizado

Autor: 22 de setembro de 2020janeiro 13th, 2021Artigos técnicos
O que é o LCOE e como utilizar nos projetos fotovoltaicos?

O Custo Nivelado de Energia, ou simplesmente LCOE (Levelized Cost of Energy), é um termo que vem sendo amplamente utilizado no mercado de energia solar fotovoltaica.

Tal parâmetro é apontado como a nova métrica, ou a métrica mais efetiva, para a avaliação da viabilidade de um sistema fotovoltaico, em detrimento do tradicional custo do sistema por watt.

Como é calculado e como deve ser utilizado o LCOE? É puramente uma métrica de marketing, utilizada por fabricantes de equipamentos para argumentar que a sua solução é melhor que outra? É algo que os projetistas devem olhar para escolher as melhores soluções para o seu projeto? É algo que os investidores devem olhar para tomarem as melhores decisões?

Neste artigo, discutiremos o que é o LCOE, como é calculado e como é utilizado. Também serão mostradas algumas limitações e erros de análise associados a essa métrica.

Vale salientar que o objetivo do artigo é apresentar de uma forma clara, direta e simplificada o que é o LCOE, não incluindo análises com indicadores financeiros mais específicos como TIR, VPL, TMA, etc. Guardaremos para futuros artigos a exploração destes conceitos em análises de LCOE.

Ao final, mostraremos um estudo de caso aplicado a uma usina solar fotovoltaica de 5 MW em GD (geração distribuída), avaliando a solução mais viável dentre as várias soluções apresentadas.

O que é LCOE?

Em sua essência, o LCOE foi criado e idealizado para comparar o custo relativo da energia produzida por diferentes fontes de geração de energia.

O intuito de sua criação era entender qual fonte energética seria mais competitiva em um determinado projeto de geração: hídrica, térmica, eólica ou solar, por exemplo.

Cálculo do LCOE

O LCOE é definido como a divisão dos custos totais do projeto, incluindo não somente o capital investido (Capex) mas também os custos operacionais (Opex), pela energia gerada ao longo de toda a operação da usina.

O cálculo deve incluir também eventuais custos residuais como, por exemplo, o valor dos equipamentos no final da vida do projeto. De uma forma simplificada podemos equacionar o LCOE da seguinte forma:

LCOE = CT / EP

Onde:

  • CT = Custo total da usina, incluindo Capex, Opex e residual [R$];
  • EP = Energia total produzida ao longo da vida útil da usina [kWh].

O custo total da usina (CT) pode ser calculado como:

CT = Capex + Opex – Residual

Onde:

  • Capex = Custo de construção da usina [R$];
  • Opex = Custo de operação da usina ao longo de sua vida útil [R$];
  • Residual = Valor dos equipamentos ao final da vida útil [R$].

É possível identificarmos que o LCOE retorna um valor em R$/kWh, que é um valor mais palpável ao consumidor de energia, que está acostumado a ver este valor em sua fatura de energia todos os meses.

Além disso, representa o real valor para este consumidor que está investindo seu dinheiro para economizar na conta de energia, e não para ter um parque solar mais ou menos potente.

LCOE na energia solar

Como mencionado acima, o LCOE nasceu de uma necessidade inicial de se comparar diferentes fontes de energia, mas e se já temos definido que a tecnologia de energia solar já é a escolhida, ainda faz sentido utilizar este indicador?

A resposta é sim, faz todo o sentido. O LCOE permitirá comparar diferentes produtos, tecnologias, arquiteturas e soluções e concluir quais delas entregam o menor custo pela energia.

Alguns fatores que impactam o LCOE de um sistema fotovoltaico:

  • Condições climáticas (temperatura, radiação solar, incidência de vento etc);
  • Condições do local (custo da propriedade, irregularidades do terreno, proximidade de subestações, infraestrutura, exposição a deposição de sujeira, licenças ambientais);
  • Módulos fotovoltaicos (monocristalinos ou policristalinos, bifaciais ou monofaciais, PERC, MBB, tipo N ou tipo P);
  • Inversores (inversor string ou central, com múltiplos MPPTs ou não, com ventilação forçada ou natural, inversores convencionais ou otimizadores, overload);
  • Estruturas (fixa ou móvel – rastreadores solares, mono-poste ou bi-poste, material construtivo, tipo de tratamento superficial);
  • Questões operacionais (periodicidade de manutenção, mão de obra necessária, acesso à planta etc.)
  • Custos diversos (monitoramento do parque, seguros etc).

A utilização do LCOE ajuda a identificar as melhores oportunidades para uma determinada aplicação, permitindo avaliar especificamente se uma determinada mudança de arquitetura, conceito ou componente tem uma implicação de custo benéfica ou não.

O cálculo do LCOE permite, por exemplo, avaliar se vale a pena utilizar módulos fotovoltaicos com maior potência e maior eficiência, mas com um preço em R$/Wp superior, ou comprar módulos com uma taxa menor de degradação, mas com preço superior. Ou ainda testar a viabilidade de se aplicarem rastreadores solares ou de se adotar uma solução de eixo fixo.

Vale ressaltar que em algumas situações, uma mudança pode afetar outra escolha. Neste caso, todas as alterações devem ser levadas em conta.

Por exemplo, supondo que em um determinado caso a equipe de projetos é questionada pelo proprietário da usina sobre se vale a pena utilizar uma topologia de inversor central ou distribuída.

A escolha por uma ou outra não irá impactar somente o custo dos inversores, mas também de cabos e conexões elétricas, frete, mão de obra para a instalação, operação e manutenção e outros mais. Desta forma, todas as mudanças que cada opção carrega precisam ser levadas em conta para se calcular o LCOE.

Limitações do LCOE

Um equívoco comum é que o projeto com o LCOE mais baixo é sempre o objetivo a ser buscado. O LCOE é uma boa ferramenta para estudar opções dentro de um projeto e guiar decisões em uma perspectiva macro.

No entanto, nem sempre é a métrica mais útil na tomada de decisões sobre projetos, principalmente em casos específicos. Por exemplo, em uma análise de LCOE, uma determinada solução de um determinado fornecedor pode se apresentar como a mais competitiva, com menor relação R$/kWh.

Entretanto, essa solução pode não ser uma solução completamente validada tecnicamente, ou este fornecedor pode não ter uma participação sólida no mercado, havendo o risco de o mesmo deixar de operar no mercado local por uma decisão estratégica e colocar em risco o atendimento a possíveis falhas previstas em garantia.

Outro bom exemplo diz respeito à confiabilidade do sistema e de seus componentes. Uma determinada solução pode ter melhor LCOE, porém pode ter maior susceptibilidade a falhas. O LCOE não leva em conta a confiabilidade da energia produzida por um projeto.

Em suma, embora o LCOE seja valioso em muitas situações, dada a variabilidade das situações e a complexidade do setor de energia em geral, LCOE é apenas um entre muitos fatores que devem ser considerados na tomada de decisões nos projetos fotovoltaicos.

Estudo de caso: análise de LCOE de uma usina de minigeração de 5 MW

No exemplo a seguir iremos explorar algumas questões comuns nos projetos de energia solar de minigeração:

  • Overload ótimo para os inversores;
  • Uso de módulos de maior ou menor potência.

Ressaltamos que não é o objetivo dos exemplos dizer que uma opção é melhor que a outra, mas sim direcionar os leitores quanto à realização das análises de LCOE.

Destaca-se ainda que os valores utilizados podem não representar a realidade em um dado momento, dada a dinâmica de preços do mercado, que varia de acordo com disponibilidade, situação cambial, políticas econômicas (como ex-tarifários), entre outras coisas.

Para os dois exemplos utilizaremos como referência a composição de custos e os valores encontrados na Figura 1.

Figura 1 Composição de custos de um sistema fotovoltaico de 5 MW e valores considerados neste estudo.

Figura 1: Composição de custos de um sistema fotovoltaico de 5 MW e valores considerados neste estudo. Fonte: Bernardo Marangon

A usina analisada neste exemplo encontra-se no norte de Minas Gerais, utiliza trackers e possui 5 MW de potência CA.

Adicionando os custos de operação anual desta planta, podemos montar uma tabela relacionando os itens que têm custo proporcional ao número de módulos, custos que são fixos e custos recorrentes:

Fonte material extraído do Curso de Projeto de Usinas de Minigeração até 5 MW produzido por Eng. Mateus Vinturini Engenheiro Canal Solar.

Fonte: Curso de Projeto de Usinas de Minigeração até 5 MW, produzido pelo engenheiro Mateus Vinturini

Para se obter o valor do LCOE, será utilizado o software PVSyst, que leva em consideração a geração total do sistema, perdas modeladas e o decaimento de rendimento dos módulos e dos inversores ao longo dos 25 anos de operação da usina.

Exemplo 1: Módulos policristalinos de de 330 W ou mono-PERC de 440 W?

Os custos considerados dos painéis fotovoltaicos são mostrados abaixo:

Módulos 330 e 440

O módulo de 330 Wp aparenta ser uma boa solução, já que possui menor custo total, porém, devem ser levados em conta também os custos dos itens que são proporcionais ao número de módulos, como estrutura, mão de obra, aluguel da área e O&M (operação e manutenção).

Com isso temos:

LCOE

Como o LCOE depende diretamente da quantidade de energia gerada, é importante destacar o papel das perdas da geração para os dois módulos.

O módulo de 330 Wp apresenta um coeficiente de perdas de potência por temperatura de -0,41 %/oC, enquanto o módulo mono-PERC de 440 Wp tem coeficiente de -0,35 %/oC.

Se considerarmos uma temperatura de operação do módulo de 60  oC, o painel de 330 Wp perderia 10,3% de sua potência, enquanto o de 440 Wp perderia somente 8,75%.

Essa diferença de perdas por efeito da temperatura se refletirá diretamente na quantidade de energia produzida e consequentemente no valor do LCOE.

Figura 2 Gráfico de perdas estimadas obtido no PVSyst para os módulos 330 Wp.

Figura 2: Gráfico de perdas estimadas obtido no PVSyst para os módulos 330 Wp

Figura 3 Gráfico de perdas estimadas obtido no PVSyst para os módulos 440 Wp.

Figura 3: Gráfico de perdas estimadas obtido no PVSyst para os módulos 440 Wp

Completando os dados do módulo de análise econômica do PVSyst, obtemos então:

Figura 4 Tela do módulo de análise econômica do PVSyst mostrando os dados de entrada do projeto para o módulo de 330 Wp.

Figura 4: Tela do módulo de análise econômica do PVSyst, mostrando os dados de entrada do projeto para o módulo de 330 Wp

Figura 5 Tela do módulo de análise econômica do PVSyst mostrando os dados de entrada do projeto mostrando os dados de entrada do projeto para o módulo de 440 Wp.

Figura 5: Tela do módulo de análise econômica do PVSyst, mostrando os dados de entrada do projeto, mostrando os dados de entrada do projeto para o módulo de 440 Wp

A solução de 440 Wp, mesmo com custo dos módulos e custo total da obra mais alto, produz significativamente mais energia do que a solução com módulos de 330 Wp, o que traz o custo final da energia para o cliente, o LCOE,  de 254 R$/MWh, uma vantagem de 16 R$/MWh em relação à primeira solução.

Essa diferença, que aos olhos de alguém menos atento pode parecer ser pequena, representa um ganho ou perda (dependendo da escolha tomada) superior a R$ 5 milhões ao longo da operação da usina.

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Exemplo 2: Sobrecarregamento do inversor

Neste exemplo serão comparadas 9 variações de um mesmo sistema, com o mesmo módulo de 440 Wp, porém com sobrecarregamento do inversor variando entre 120% e 150%. A metodologia de estimativa de custo será a mesma do exemplo passado.

O inversor sobrecarregado trabalha com uma potência de módulos acima da sua potência nominal de entrada, algo mais do que comum em projetos fotovoltaicos. O custo total da obra sobe de acordo com o acréscimo de módulos, mas a geração não cresce na mesma proporção.

Isto se dá pelo efeito de ceifamento de energia ou “clipping”, quando o inversor limita a potência extraída dos módulos à sua potência de saída no ponto CA.

As figuras abaixo mostram os comportamentos do Capex (custo da obra) e da geração energética em função do índice de carregamento do inversor.

Figura 6 Capex em função do carregamento do inversor.

Figura 6: Capex em função do carregamento do inversor

Figura 7 Geração energética em função do carregamento do inversorpng

Figura 7: Geração energética em função do carregamento do inversor

Por causa dessa assimetria de ganhos a curva de LCOE não será plenamente linear com o valor investido na obra. Isto faz com que haja uma faixa de valores ótimos de sobrecarregamento para essa usina, como vemos na figura a seguir.

A melhor faixa de LCOE na Figura 8 encontra-se aproximadamente entre 132% e 137% de carregamento, sendo 135% o valor ótimo – ou seja, o valor de carregamento que proporciona o menor custo da energia em R$/MWh.

Figura 8 LCOE RMWh em função do carregamento do inversor lembrando que o melhor LCOE é o menor valor em RMWh mostrado no gráfico.

Figura 8: LCOE [R$/MWh] em função do carregamento do inversor, lembrando que o melhor LCOE é o menor valor em R$/MWh mostrado no gráfico

Vale ressaltar que o resultado de sobrecarregamento ótimo é válido para uma situação específica: a usina utilizada neste exemplo. Para outras regiões, tecnologias de inversor, topologias de usina e condições técnicas o resultado poderá ser diferente.

Conclusão

O LCOE (custo nivelado da energia) é um importante parâmetro na análise da viabilidade dos projetos fotovoltaicos, embora não seja o único aspecto a ser considerado.

O LCOE auxilia na tomada de decisões quanto a diversas variáveis de um projeto, como o tipo de módulo a ser usado, o tipo de inversor e o índice de carregamento do inversor, entre outras coisas.

Mais importante do que o custo de uma usina solar (R$/Wp), o LCOE revela ao cliente ou ao investidor o custo da energia gerada por essa usina (em R$/kWh ou R$/MWh), tornando-se um importante indicador de retorno econômico.

Neste artigo, dois exemplos foram analisados, considerando duas variáveis muito comuns na maior parte dos projetos: tipo de módulo usado e sobrecarregamento do inversor.

No primeiro caso mostrou-se que módulos de 440 Wp de alta eficiência, mais caros, possibilitam melhor LCOE do que a solução com módulos de 330 Wp.

No segundo caso, mostrou-se que é vantajoso o sobrecarregamento do inversor em uma usina de 5 MW. No exemplo analisado o melhor LCOE foi obtido com um índice de carregamento de 135%, ou seja, a potência do conjunto de módulos fotovoltaicos está 35% acima da potência nominal do inversor.

A decisão de usar menos ou mais módulos em uma usina solar não é óbvia e o LCOE auxilia nesta tomada de decisão, garantindo a melhor configuração para a usina solar pelo menor custo da energia produzida.


Bruno Kikumoto

Bruno Kikumoto

Engenheiro Eletricista (UDESC), Mestrado em Engenharia Elétrica (UNICAMP). Diretor do Canal Solar e professor nos cursos de energia solar na UNICAMP. Especialista em gerenciamento de projetos, inspeção e comissionamento de sistemas fotovoltaicos, com mais de 10 anos de experiência na indústria e no mercado de energia.

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