As primeiras aplicações terrestres da tecnologia fotovoltaica ocorreram com sistemas isolados, para abastecer cargas distantes da rede convencional de distribuição de eletricidade. A partir do final da década de 80, a conexão de sistemas fotovoltaicos à rede passou a ocupar lugar cada vez mais expressivo entre as aplicações da tecnologia fotovoltaica. O início desse processo ocorreu segundo a forma tradicional de planejamento e instalação de novas plantas geradoras, através da instalação de centrais fotovoltaicas com potências, entre algumas centenas de kW, até alguns MW.

No entanto, a tecnologia fotovoltaica possibilita sua utilização em pequena escala, de forma segura, próxima aos locais de consumo e em áreas já utilizadas para outros fins. Com isso, ocorreu um significativo interesse nos pequenos sistemas fotovoltaicos conectados à rede, instalados em edificações pré-existentes ou em construção, para atuarem como geradores distribuídos de eletricidade. Com isso, a utilização da energia solar fotovoltaica teve, nos últimos anos, um acelerado crescimento.

Durante a década de 1990, seu mercado cresceu a uma taxa média de 20% ao ano e, entre os anos de 2000 e 2006, esta taxa superou os 40%. No ano de 2006, a produção mundial de módulos fotovoltaicos atingiu a cifra de 2.534 MW. A tabela apresenta a produção mundial de células e módulos fotovoltaicos, entre 1999 e 2006, e a respectiva taxa anual de crescimento.

O incremento da produção, observado a partir de 1999, deve-se aos programas de incentivo, em especial os programas alemão, espanhol e japonês, concebidos para ampliar a geração de eletricidade com fontes renováveis e reduzir a emissão de gases de efeito estufa. Portanto, a maior parte da produção de módulos fotovoltaicos vem sendo utilizada integrada em telhados e fachadas de edificações de zonas urbanas eletrificadas.

Nesse caso, temos que, além de consumidoras de energia, essas edificações passam a produzir parte da energia necessária, podendo, em algumas situações, verter o excedente à rede de distribuição de eletricidade. Nesses sistemas, a edificação consome energia de ambas as fontes, sistema fotovoltaico e sistema convencional de distribuição e, se o consumo de energia for menor do que o proporcionado pelo sistema fotovoltaico, o excedente pode ser injetado à rede de distribuição.

Por exemplo, o prédio da administração do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo, com consumo mensal de 3.000 kWh, possui um sistema fotovoltaico de 12 kW, que atende a 50% da sua demanda de eletricidade. Atualmente, a instalação turn-key de um sistema atinge o valor de 6.000 US$/kW, sendo os custos de operação e manutenção da ordem de 1% do investimento inicial, ao ano.

Considerando esses dados e 25 anos de operação, taxa anual de desconto de 6% e fator de capacidade de 14%, obtém-se energia elétrica a 430 US$/MWh. Estima-se que em 5 anos será possível construir unidades de geração com custo de instalação turn-key de 3.000 US$/kW, podendo, assim, se obter energia elétrica a partir de sistemas fotovoltaicos, a 220 US$/MWh.

Perspectivas econômicas e redução de custos: O dispositivo fotovoltaico para produção de energia elétrica está associado à produção e purificação de silício. São necessárias lâminas de silício, com alto grau de pureza 0,2 ppma, que representam 40% do preço final da célula solar fotovoltaica.

Essas lâminas, comercializadas a 80 US$/kg, são obtidas a partir do silício metalúrgico, 2 US$/kg e 99% de pureza. Entretanto, lâminas para produção de células solares fotovoltaicas podem ser de pureza inferior às lâminas de silício de grau semicondutor. Pureza da ordem de 1 ppma é suficiente e se denomina silício de grau solar. Atualmente, esforços estão sendo realizados pela indústria de silício semicondutor, para produção de silício de grau solar, com custos entre 35 US$ a 25 US$/kg.

Este caminho é o mais promissor para redução do Watt fotovoltaico e, conseqüentemente, do kWh fotovoltaico. Além de mais promissor, é extremamente necessário, pois das 32.000 toneladas de polisilício purificado produzidas em 2005, 48% foram destinadas à indústria solar. Atualmente, há falta de silício no mercado e os benefícios do aumento da produção na redução de custos estão ameaçados. Com as taxas atuais de crescimento da indústria solar, serão necessárias 80.000 toneladas de polisilício purificado em 2010, para atender às indústrias de semicondutores e de células solares fotovoltaicas.

Outra perspectiva, muito anunciada, é uma mudança tecnológica no processo e materiais utilizados para fabricar células solares fotovoltaicas. Entre eles, temos as tecnologias de silício amorfo, células CIS e células CdTe. Em termos de eficiência, para processos industriais, estas três tecnologias apresentam eficiências inferiores a 10%, enquanto a tecnologia atual de silício permite produzir módulos fotovoltaicos comerciais, com eficiências entre 14 e 16%.

Por outro lado, constata-se a diminuição da participação dessas tecnologias na produção total de células. No ano de 2006, as células de silício cristalino representaram 90% da produção. Frente a essa cifra, percebe-se que a tecnologia do silício dominará as aplicações fotovoltaicas nos próximos anos. Portanto, para nosso país, grande produtor de silício metalúrgico e com índices elevados de energia solar incidente por m², é estratégico associar a programas de incentivo a instalação de sistemas fotovoltaicos, programas de fomento à purificação do silício nacional.

A disponibilidade de silício purificado no mercado local certamente estimulará investimentos na fabricação de células e módulos fotovoltaicos. Dessa forma, futuros programas de incentivo à instalação de sistemas fotovoltaicos poderão contar com módulos fotovoltaicos nacionais, estimulando a criação de empregos e desenvolvimento de tecnologia. Merece-se destacar que, atualmente, todos os módulos comercializados no país são importados, situação que não favorece o estabelecimento de um programa de incentivo.