Como funciona uma usina solar?

Luz do sol dá aquela energia prá gente,  né? Ei mas não é dessa energia que eu tô falando, não! O assunto aqui é energia elétrica!

Vem comigo que eu te conto tudo sobre como funciona uma usina de geração solar de energia. 🎵 [Vinheta de abertura da série Como Funciona? ] Hoje vamos saber mais sobre como  funcionam as usinas solares fotovoltaicas de grande porte, também bem conhecidas como parques solares ou complexos solares fotovoltaicos.

Elas respondem hoje por mais de 7,5% da capacidade de geração de energia elétrica no Brasil. Mas antes eu quero saber uma coisa de você. Já curtiu o nosso vídeo?

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Também existem as usinas heliotérmicas. Nós vamos falar um pouquinho sobre elas no final do episódio. Uma usina solar fotovoltaica é uma grande central geradora elétrica que utiliza milhares de placas fotovoltaicas para transformar a luz do sol em eletricidade.

Para entender como essa usina funciona, precisamos saber mais sobre a energia 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.

Quando essas ondas chegam até a Terra, iluminam e aquecem o planeta e promovem a manutenção das diferentes formas de vida. Edmund Bequerel, físico experimental  francês, estudou o espectro solar e a eletricidade. E, por meio de um eletrólito, descobriu o efeito fotovoltaico, que é a base teórica do funcionamento da célula solar.

Em 1905, o físico alemão Albert Einstein desenvolveu essa descoberta, estabelecendo que é possível converter essas ondas eletromagnéticas em energia elétrica. Trata-se de um fenômeno chamado efeito fotoelétrico. Nesse efeito, a luz comporta-se como uma partícula, o fóton.

Ao colidir com determinados materiais, o fóton fornece energia cinética suficiente para os seus elétrons saltarem para fora do material. Esses elétrons recebem o nome de fotoelétrons. Por causa dessa descoberta, Einstein ganhou o prêmio Nobel de Física em 1922.

Com o avanço da Física e o desenvolvimento de materiais, foi possível viabilizar a ideia de Einstein. As células fotovoltaicas, também conhecidas como células solares, são feitas de materiais semicondutores, em geral o silício no estado cristalino, capazes de absorver grandes faixas do espectro da luz solar que chega à Terra. Os fótons colidem com esses materiais semicondutores e liberam os fotoelétrons, criando uma corrente elétrica.

essa corrente é captada pelos fios condutores nas células fotovoltaicas. E é assim então que se gera energia elétrica a partir da luz solar. As células fotovoltaicas estão reunidas nos painéis fotovoltaicos, popularmente conhecidos como painéis solares.

Eles costumam ser cobertos  com vidros pouco refletivos, que permitem absorver quase toda a luz que incide sobre eles. A combinação desses vidros pouco refletores com a ação das células fotovoltaicas torna cada vez mais eficiente a transformação da energia luminosa em energia elétrica. Para que a energia elétrica gerada pelos painéis solares possa ser aproveitada para o sistema elétrico, ela precisa passar por um  aparelho, o inversor.

Isso acontece porque a energia elétrica proveniente da célula fotovoltaica é gerada em corrente contínua, isso é, o fluxo de elétrons no circuito elétrico ocorre em apenas uma direção. O padrão elétrico utilizado no Brasil para o transporte da energia elétrica é em corrente alternada, em que há o fluxo também no sentido inverso. Quem transforma essa corrente de contínua para alternada é o inversor.

Depois de passar pelo inversor, a energia gerada pelos painéis segue  então para transformadores, que elevam a tensão de modo a favorecer o transporte da energia, minimizando as perdas. Ou seja, em alta tensão, essa energia é transportada pela rede de transmissão da subestação da usina até chegar na sua cidade. Além dos painéis e inversores, Outra parte importante das usinas solares é o sistema de fixação desses painéis.

Ou seja, a estrutura onde eles ficam presos. O objetivo dessa estrutura é permitir a máxima exposição dos painéis à luz solar. Ela pode ser fixa ou com trackers - sistema de acompanhamento do deslocamento do Sol que garante um melhor aproveitamento da energia solar durante o dia.

Essa estrutura pode ser instalada em um terreno, em geral plano, ou sobre a superfície de corpos d'água, como mares ou lagos, em placas flutuantes. A produção de energia solar está em franca expansão no mundo e no Brasil também. Os estados com maior capacidade operacional do país são: Minas Gerais, Bahia, Piauí, Ceará e Rio Grande do Norte.

A geração de energia elétrica por meio de usinas solares fotovoltaicas apresenta muitas vantagens. A principal delas é o fato de que elas produzem energia renovável, a partir de uma fonte praticamente infinita, e limpa, pois não emitem quaisquer gases poluentes na atmosfera. As usinas apresentam custo relativamente baixo de instalação e manutenção, uma vez que são consideradas fáceis  e rápidas de serem construídas em comparação com outros tipos de usinas.

O conjunto também dura bastante: os painéis solares, por exemplo, possuem vida útil superior a 25 anos. Nem tudo são vantagens, no entanto. Entre as desvantagens na adoção da geração elétrica por meio de usinas fotovoltaicas, a principal acontece pela própria natureza da disponibilidade do sol: não é possível gerar à noite.

Outros fatores como nuvens e chuva também dificultam a captação plena da luz solar. Assim, a energia de geração solar não é considerada uma energia firme. É necessário sempre completar  com outras fontes de geração para assumir esse papel de controle com a rede elétrica, aumentando assim a complexidade da operação do sistema.

Outra desvantagem dessas grandes usinas solares instaladas distantes do local do consumo de energia é que elas precisam de muito  espaço. Encontrar áreas disponíveis e adequadas pode ser um desafio, principalmente em regiões densamente povoadas. Quando a usina é instalada em uma área afastada da rede elétrica, aumentam os custos para integrá-la ao sistema de transmissão.

E, muitas vezes, a instalação exige o desmatamento da área. O espaço ocupado geralmente não pode ser utilizado para outras atividades produtivas. Neste vídeo, explicamos como funcionam as usinas solares fotovoltaicas.

Existe outro tipo de usina solar, a heliotérmica ou termossolar. Esse tipo de usina gera energia elétrica a partir de um processo que utiliza o calor do sol de forma indireta, amplificado por lentes na forma de espelhos ou coletores solares para transformar água em vapor e mover turbinas elétricas. Esse processo é eficiente em regiões com alta incidência solar.

Mas a tecnologia heliotérmica está limitada aos grandes projetos, devido à maior complexidade de construção e operação, além de necessitar de maior área para a implantação para se tornar viável. Uma chamada de de pesquisa, desenvolvimento e inovação da ANEEL, dedicada ao tema, estimulou estudos nos últimos 10 anos para a implantação dessas usinas no Brasil. Dessa chamada, resultou a primeira usina heliotérmica aqui do país, implementada no interior do Estado de São Paulo em 2022.

E aí, gostou do vídeo? Conta aqui nos comentários! Quer saber sobre outras fontes de geração de energia?

Procura os outros vídeos da série Como Funciona que você encontra. Te espero no nosso próximo episódio. Tchau!