Em um movimento inovador para expandir a geração de energia solar em regiões urbanas densamente povoadas, uma equipe de pesquisa internacional investigou a viabilidade de instalar sistemas fotovoltaicos (PV) diretamente entre os trilhos das ferrovias na Coreia do Sul. O estudo, publicado na revista Engineering Science and Technology, an International Journal, sob o título “Climate-resilient urban energy infrastructure through rail-integrated photovoltaics in land-constrained South Korea”, destaca o potencial de mais de 8,5 megawatts (MW) de capacidade solar em seções selecionadas de cinco corredores ferroviários de superfície.

A pesquisa aponta para uma solução engenhosa para o desafio da escassez de terras, que frequentemente limita a expansão da energia solar em áreas metropolitanas. Ao utilizar o espaço linear já ocupado pela infraestrutura de transporte, os sistemas fotovoltaicos integrados às ferrovias podem contribuir significativamente para as metas de energia renovável sem a necessidade de novas áreas.

O Potencial da Energia Solar Ferroviária

O conceito de integrar painéis solares em corredores ferroviários surge como uma alternativa estratégica para a Coreia do Sul, um país com alta densidade populacional e demanda crescente por energia limpa. Os pesquisadores focaram em como essa abordagem pode otimizar o uso da terra e a infraestrutura existente.

“Regiões metropolitanas densas precisam de estratégias de energia renovável que não compitam por terras. Os corredores ferroviários oferecem uma dessas opções porque já ocupam espaço público linear e se conectam de perto à infraestrutura de tração e distribuição”, afirmaram os pesquisadores.

A equipe de pesquisa, composta por cientistas da Dong-A University e Kyungsung University na Coreia do Sul, do Sumatra Institute of Technology na Indonésia, e das Higher Colleges of Technology nos Emirados Árabes Unidos, realizou uma análise detalhada para avaliar a viabilidade técnica e financeira dessa proposta. O estudo examinou diversos aspectos, desde a utilização da eletricidade gerada pelo sistema de transporte até a capacidade de armazenamento necessária e o impacto da incerteza financeira na probabilidade de retorno do investimento.

Metodologia e Locais Analisados

Para o estudo, os pesquisadores avaliaram cinco corredores ferroviários de superfície distintos na Coreia do Sul. Estes incluíram:

  • As linhas Gaya e Donghae, localizadas na cidade de Busan.
  • Seções elevadas da Linha 1 do Metrô de Seul.
  • Seções elevadas da Linha 1 do Metrô de Daegu.
  • Seções abertas selecionadas da Linha Gyeongbu, que conecta as importantes cidades de Seul e Busan.

A metodologia empregada envolveu o uso de geometria ferroviária do OpenStreetMap e um modelo de superfície digital coreano no software QGIS. Este processo permitiu a exclusão de túneis, viadutos e trechos de trilhos onde as perdas anuais por sombreamento excediam 15%, garantindo que apenas as áreas mais adequadas fossem consideradas.

A simulação previu a instalação de laminados flexíveis de silício monocristalino, com 1,05 metros de largura, mantendo uma folga mínima de 150 mm da cabeça do trilho em cada lado. Esses laminados apresentavam uma eficiência nominal de 21,4% e uma densidade de potência de 214 W/m².

As simulações também incorporaram diversas perdas operacionais, como 3,5% por sujidade (incluindo um ponto percentual adicional para poeira ferroviária) e 2% para incompatibilidade combinada e perdas de fiação CC. A eficiência do inversor foi estimada em 97,5%, e um albedo de 0,18 foi considerado para o lastro e dormentes de concreto. Para validar o modelo de geração, os dados foram comparados com 17 meses de produção medida de PV em telhados em Busan.

Resultados e Desafios de Integração

O estudo identificou um total de 28,4 km de corredores ferroviários de superfície adequados, correspondendo a uma área instalável de 39.760 m². Esta área poderia abrigar uma capacidade fotovoltaica de 8,51 MW, baseada em uma densidade de módulo corrigida de 4,67 m²/kW para um corredor de bitola padrão de 1.435 mm.

“A triagem identificou 28,4 km de corredor ferroviário de superfície adequado e 39.760 m² de área instalável. Isso corresponde a 8,51 MW de capacidade fotovoltaica, com base na densidade de módulo corrigida de 4,67 m²/kW para um corredor de bitola padrão de 1.435 mm”, detalharam os pesquisadores.

A geração anual estimada foi de 9,95 GWh, com um fator de capacidade ponderado pela capacidade de 13,4%. Sem o uso de armazenamento de energia, 62,3% da geração fotovoltaica coincidiria com a demanda de tração. Dos 37,7% restantes, 19,8% poderiam ser exportados para a rede e 17,8% seriam desperdiçados (curtailment).

Os pesquisadores também simularam a saída de PV ferroviário e a compararam com perfis de demanda de tração horária para calcular o autoconsumo, as exportações para a rede e o curtailment. Eles compararam configurações de conexão elétrica centralizadas e distribuídas e avaliaram capacidades de bateria de fosfato de ferro-lítio (LFP) de até 2 kWh por quilowatt de capacidade PV instalada.

A inclusão de uma bateria de 0,5 kWh/kW poderia reduzir o excedente não absorvido de aproximadamente 38% para 8,5% da geração. No entanto, a adição da bateria aumentaria o custo nivelado de eletricidade (LCOE) em cerca de 10% quando as perdas de armazenamento de ida e volta são cobradas contra a energia entregue. Antes de contabilizar essas perdas, o aumento seria de 9,0%.

Análise Financeira e Conclusões

A equipe avaliou o desempenho financeiro do sistema ao longo de 20 anos, assumindo uma degradação anual dos módulos PV de 0,45%. Uma análise de sensibilidade e uma simulação de Monte Carlo com 10.000 execuções foram realizadas para considerar a incerteza financeira.

“A análise probabilística produz um custo nivelado de energia (LCOE) mediano de 170 USD/MWh em uma base de energia entregue e uma probabilidade de 68% de retorno dentro de 12 anos com um subsídio de capital de 40%, em comparação com aproximadamente um terço sem subsídio”, concluíram os pesquisadores.

Esses resultados sublinham a importância de políticas de incentivo e subsídios para tornar projetos de energia solar integrada a ferrovias financeiramente atrativos, especialmente em um cenário onde a otimização do uso do espaço é crucial.

O que isso significa para a região

A pesquisa sul-coreana sobre a integração de energia solar em corredores ferroviários oferece uma perspectiva valiosa para o Norte Pioneiro do Paraná, e para o Brasil como um todo. Embora a realidade geográfica e a densidade populacional sejam diferentes, o princípio de aproveitar a infraestrutura existente para gerar energia limpa é universalmente aplicável. No Norte Pioneiro, a malha ferroviária, embora menos densa que em Seul ou Busan, ainda representa um ativo linear subutilizado que poderia ser explorado para a instalação de painéis fotovoltaicos. Esta abordagem poderia complementar a geração distribuída em telhados e terrenos rurais, contribuindo para a diversificação da matriz energética local e nacional. Além disso, a experiência com a redução de perdas por sombreamento e a otimização do autoconsumo em sistemas ferroviários pode inspirar soluções criativas para outros tipos de infraestrutura linear, como margens de rodovias ou canais de irrigação, maximizando o potencial solar da região sem competir por terras agrícolas ou urbanas valiosas. A viabilidade econômica, como demonstrado pelo estudo, dependeria de incentivos e políticas públicas que reconheçam o valor agregado de tais projetos.

Leitura da LZ7 Energia

A inovação de integrar painéis solares em corredores ferroviários, como proposto na Coreia do Sul, apresenta um modelo fascinante para a otimização do uso do solo e a expansão da geração de energia limpa. Para o Norte Pioneiro do Paraná, esta abordagem ressoa com a necessidade de explorar todas as superfícies disponíveis para a produção de energia solar, especialmente em um contexto onde a demanda por energia renovável cresce e a busca por soluções eficientes é constante. A LZ7 Energia, atenta às tendências globais, observa que o aproveitamento de infraestruturas lineares, como ferrovias, pode complementar a geração em telhados e grandes usinas, diversificando a matriz energética da região e fortalecendo a segurança energética. Embora a realidade local possa exigir adaptações, o conceito de transformar ativos existentes em fontes de energia renovável é um caminho promissor para reduzir a dependência de fontes não renováveis e mitigar os impactos das flutuações tarifárias, oferecendo uma nova fronteira para a sustentabilidade e a economia de energia para consumidores e empresas.

Fonte: PV Magazine — Solar global — matéria original publicada em pv-magazine.com. Imagens e vídeos: PV Magazine — Solar global. Texto apurado e reescrito pela redação da LZ7 Energia.