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Como funcionam as usinas solares

Física

As usinas solares usam uma fonte energética limpa e renovável e podem tornar-se futuramente a forma de energia mais usada no mundo.
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Usinas solares são estações de geração de energia elétrica que captam a energia proveniente das radiações eletromagnéticas emitidas pelo Sol. O Sol produz uma grande quantidade de energia em forma de luz e calor. Uma pequena parte dessa energia pode ser utilizada para produzir energia elétrica de forma limpa e sustentável.

O que é energia solar?

Energia solar é um termo usado quando nos referimos às diferentes formas de energia provenientes do Sol. Estrelas como o Sol produzem energia por meio da fusão de átomos de hidrogênio. Nesse processo, parte da massa dos átomos combinados é perdida, transformando-se em ondas eletromagnéticas, que se estendem por um amplo espectro de frequências: desde o infravermelho (calor), luz visível, raios ultravioleta até a radiação gama.

Parte dessa imensa quantidade de energia em forma de ondas eletromagnéticas chega até a Terra, aquecendo-a e promovendo a manutenção das diferentes formas de vida existentes. Com o avanço da Física e o desenvolvimento de novos materiais, aprendemos a aproveitar a radiação solar para produzir eletricidade sem gerar poluição ou causar grandes impactos ambientais. Isso é possível por meio das células fotovoltaicas.

Veja também: História da eletricidade

O que são células fotovoltaicas?

As células fotovoltaicas são dispositivos eletrônicos capazes de converter a luz em energia elétrica por meio de um fenômeno chamado de efeito fotoelétrico. Tal fenômeno foi descoberto pelo físico alemão Albert Einstein, em 1905, o que lhe rendeu o prêmio Nobel de Física em 1922. A invenção da primeira célula fotovoltaica, no entanto, é atribuída ao físico francês Alexandre-Edmond Becquerel. Na época, Becquerel tinha apenas 19 anos de idade.

No efeito fotoelétrico, a luz comporta-se como uma partícula (fóton) que, ao colidir com determinados materiais, fornece energia cinética suficientemente grande para os seus elétrons “saltarem” para fora do material. Esses elétrons ejetados recebem o nome de fotoelétrons.

Quando lemos sobre o funcionamento das células fotovoltaicas, utilizadas nas placas solares, é comum encontrarmos diferentes designações, como efeito fotoelétrico e efeito fotovoltaico. Fundamentalmente, trata-se do mesmo fenômeno, no entanto, no efeito fotoelétrico, a luz incidente sobre uma superfície ejeta os elétrons do interior desse material; no efeito fotovoltaico, a incidência de luz promove uma diferença de potencial elétrico, que, por sua vez, leva à formação de uma corrente fotoelétrica.

Como funciona a usina solar?

A captação da energia solar funciona por meio do uso de painéis formados pela associação de um grande número de células fotovoltaicas, também conhecidas como células solares. Essas células são feitas de materiais semicondutores capazes de absorver grandes faixas do espectro solar. Atualmente a maior parte das células solares utiliza o silício em seu estado cristalino para a geração de energia elétrica.

Veja também: Formas de obtenção de energia solar

O avanço tecnológico permitiu a produção de células solares que utilizam monocristais de silício para a produção de energia elétrica. Essas células são muito mais eficientes e também mais caras que as células solares tradicionais, de silício cristalino.

Os vidros utilizados para cobrir os painéis solares também possuem um papel importante: são pouco refletivos, deixando passar quase toda a luz incidente sobre eles. Para tanto, são produzidos com baixíssimo teor de ferro e outros metais.

A combinação de novos materiais fotovoltaicos e vidros pouco refletores permite a criação de células solares cada vez mais eficientes. Atualmente já existem células fotovoltaicas com 26% de eficiência, ou seja, essas células são capazes de transformar 26% da energia luminosa que é irradiada sobre elas em energia elétrica. Uma vez que a potência por metro quadrado irradiada pelo Sol ao nível do mar é de 1400 Watts/m², uma placa solar de 1 m² seria capaz de gerar até 365 W.

Estima-se que uma área de 496 mil km² (cerca de 25% da área do deserto do Saara ou a totalidade do território da Espanha) de painéis solares conseguiria produzir energia suficiente para o mundo todo.

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Usinas termossolares

Além da captação da energia solar por meio de placas solares, existem também as usinas termossolares. Essas usinas redirecionam a radiação solar por meio de espelhos côncavos apontados para uma torre, que, por sua vez, armazena uma grande quantidade de água, geralmente misturada com sal. A grande temperatura e as altas pressões de vapor atingidas são usadas para mover grandes turbinas.

Veja uma representação de uma usina termossolar.
Veja uma representação de uma usina termossolar.

Vantagens e desvantagens da energia solar

→ Vantagens

  • Não emite poluentes;

  • Baixo gasto com manutenção;

  • Grande acesso, em razão da grande incidência solar no Brasil;

  • Instalações que não ocupam muito espaço.

→ Desvantagens

  • Dependência climática, pois fatores como neve ou chuva afetam diretamente a geração de energia;

  • Dificuldade de armazenamento;

  • Baixa potência em comparação com a queima de combustíveis fósseis;

  • Locais muito afastados do Equador recebem menos Sol e, por isso, são menos indicados para utilizar essa forma de energia.

Quanto custa a energia solar?

O preço de produção das células solares vem caindo nos últimos anos, refletindo-se no preço que é pago pelos consumidores finais. Apesar disso, o custo para instalação residencial desse tipo de energia ainda é alto e pode variar entre R$ 10.000 e R$ 50.000, de acordo com o consumo de cada residência.

A compra, instalação e homologação de painéis solares suficientes para a geração de energia elétrica para uma casa média, por volta de 3300 kWh durante o zênite solar (sol a pino, por volta de meio dia), com quatro pessoas, podem apresentar um custo de até R$ 20.000. Apesar de seu alto valor, as despesas da instalação desses equipamentos são rapidamente convertidas. Algumas estimativas indicam que, entre 5 e 7 anos, todo o custo é revertido, tendo em vista o preço do kWh do Brasil, um dos mais altos do mundo.

Parques solares no Brasil e no mundo

Os painéis solares são utilizados para a produção de energia elétrica.
Os painéis solares são utilizados para a produção de energia elétrica.

→ Maiores parques solares do Brasil

A potência instalada na forma de usinas solares no Brasil é de aproximadamente 1,19 GW, proveniente de diversos parques solares espalhados no território nacional. Confira a lista a seguir!

  • Parque Solar Nova Olinda: produz cerca de 292 MW por meio de 930 mil painéis solares e atende cerca de 300 mil residências.

  • Parque Solar Ituverava: gera 254 MW, atendendo 268 mil lares.

  • Parque Solar de Bom Jesus da Lapa: produção de 158 MW de energia, distribuída para 166 mil residências.

  • Parque Solar de Belo Horizonte: atende cerca de 108 mil famílias, produzindo até 103 MW de energia.

  • Parque Solar de Pirapora: Futuramente, pode tornar-se a maior usina solar do Brasil, gerando até 400 MW de energia elétrica.

→ Maiores parques solares do mundo

  • Solar Star (EUA): potência gerada de até 579 MW.

  • Topaz Solar Farm (EUA): 550 MW de potência.

  • Desert Sunlight Solar Farm (EUA): potência de pico de 550 MW.

  • Longyangxia (China): capacidade de geração de 480 MW.

  • Complexo Benban (Egito): em 2019, será a maior usina solar do mundo, com potência instalada de 1,8 GW.

Atualmente, cerca de 1% de toda a energia elétrica produzida no território brasileiro é proveniente da energia solar, apesar de o Brasil apresentar o maior potencial solar do mundo. Mesmo assim, o país produz menos energia por fontes solares que a Alemanha, cujo potencial solar é menor que o potencial das regiões menos ensolaradas do Brasil.


Por Me. Rafael Helerbrock

A produção de energia solar possui inúmeras vantagens.
A produção de energia solar possui inúmeras vantagens.

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Como funcionam as usinas solares"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/como-funcionam-as-usinas-solares.htm. Acesso em 06 de dezembro de 2019.

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