Imagem de American Public Power Association no Unsplash
A usina fotovoltaica, também chamada de fazenda solar ou parque solar, é um grande sistema de geração de energia solar. Seu principal objetivo é converter a radiação solar em energia elétrica por meio de células fotovoltaicas, que são posicionadas em vários painéis fotovoltaicos localizados no chão.
Projetada para fornecer grandes quantidades de eletricidade à rede de energia elétrica, a usina fotovoltaica se diferencia dos sistemas fotovoltaicos residenciais e industriais porque fornece energia em alta tensão para distribuição em vez do autoconsumo. Por isso, pode-se considerá-las um investimento valioso, tendo em vista que o Brasil possui um baixo índice de chuvas e alto nível de irradiação solar, o que contribui para o melhor desempenho do sistema.
A energia fotovoltaica é a energia obtida por meio da conversão direta da luz solar em eletricidade. O efeito fotoelétrico, relatado pelo físico Edmond Becquerel em 1839, pode ser entendido como o aparecimento de uma tensão elétrica nas extremidades da estrutura de um material semicondutor, produzida pela absorção da luz. A célula solar ou fotovoltaica é a unidade fundamental desse processo de conversão da luz solar em energia elétrica.
A energia fotovoltaica é considerada um tipo de energia renovável e limpa, que pode ser gerada para autoconsumo em instalações pequenas ou para abastecer estabelecimentos e indústrias em grandes usinas fotovoltaicas. Dessa maneira, além de poderem ser instaladas em residências, as placas fotovoltaicas podem ser conectadas à rede de energia, auxiliando na diminuição de custos. Há casos em que os painéis produzem mais energia do que necessário, possibilitando sua venda para a rede elétrica.
Célula fotovoltaica, ou célula solar, é um dispositivo capaz de converter a radiação solar diretamente em energia elétrica por meio do efeito fotovoltaico (criação de uma corrente elétrica pela exposição de radiação solar). Existem diversos tipos de células solares, que são classificadas de acordo com os materiais utilizados em seu processo de fabricação. Os principais tipos de células fotovoltaicas são produzidos em silício, podendo ser cristalino, monocristalino (mono-Si), policristalino (multi-Si) e silício amorfo (a-Si).
No geral, são usadas 36, 60 ou 72 células fotovoltaicas interligadas em série para montar uma placa solar fotovoltaica (também chamada de painel solar ou módulo fotovoltaico), equipamento responsável pela geração de energia fotovoltaica.
A usina fotovoltaica é instalada em locais espaçosos e planos, onde seus painéis são montados no chão em posições favoráveis para captar o máximo de energia solar possível. Os painéis, por sua vez, são compostos por células fotovoltaicas, que podem ser fixas ou possuir um sistema que acompanha o movimento do Sol, chamado de tracker, garantindo um melhor aproveitamento da energia solar durante o dia.
Após a geração de corrente elétrica nas células fotovoltaicas, a corrente contínua (CC) é convertida em corrente alternada (CA) por meio de inversores, que alimentam a rede elétrica com grandes quantidades de energia.
Uma usina solar fotovoltaica com capacidade de 1 MW custa em torno de 4 a 5 milhões de reais. Entretanto, alguns fatores como área de instalação, potência instalada e aspectos climáticos podem variar o valor de aquisição do projeto.
Ainda assim, uma das principais vantagens de uma usina solar concentra-se em sua longa vida útil (mais de 25 anos). Dessa maneira, embora possuam um custo inicial elevado, seu retorno em investimento é garantido em poucos anos de operação.
A instalação de energia solar se dá por meio de placas, que compõem o bloco gerador. A placa solar monocristalina caracteriza-se por suas células fotovoltaicas de coloração preta com bordas arredondadas. Cada célula é constituída por um cristal inteiro de silício, o que torna essas células mais potentes que as placas solares policristalinas. Para a produção do painel solar monocristalino, a solidificação do silício deve ser feita cuidadosamente, o que encarece o custo desse painel fotovoltaico.
A placa solar policristalina, no entanto, é uma placa de energia solar com a vida útil de 25 a 35 anos com células fotovoltaicas azuis e bordas retas. Sua resistência ao aumento de temperatura é maior e suas células são feitas de vários cristais de silício fundidos, o que diminui a eficiência do painel solar.
A principal diferença entre as placas monocristalinas e policristalinas está no modo de produção e composição de suas células de silício (Si), assim como na quantidade de quilowatts-horas produzidos. Enquanto a primeira produz mais eletricidade por metro quadrado, a última produz menos. Isso significa que são necessários mais painéis solares policristalinos para gerar a mesma quantidade de energia elétrica produzida por painéis monocristalinos. Assim, o preço do painel solar pode variar de acordo com a forma de manipulação do silício.
No entanto, isso não significa que o painel solar policristalino é de qualidade inferior. Tudo depende da demanda energética, quantidade de espaço disponível, preferência de cor e poder econômico do cliente.
Um sistema fotovoltaico aponta o modelo em que o kit de energia solar fotovoltaico deve seguir na sua instalação. Existem dois modelos que se diferenciam pela conexão com a rede de distribuição de energia elétrica.
O sistema off-grid de energia solar, também chamado de sistema autônomo ou isolado, não é conectado à rede de distribuição de energia elétrica. Ele é usado para propósitos específicos e pequenos, como bombeamento de água e iluminação pública. Dessa maneira, a energia solar off-grid excedente gerada é armazenada em baterias e utilizada em momentos com pouca ou nenhuma incidência de luz solar.
O sistema on-grid de energia solar, também chamado de grid-tie, compreende um sistema que precisa estar conectado à rede de distribuição de energia elétrica (geração distribuída), tendo o inversor solar on-grid como principal diferencial. Dessa forma, o kit solar on-grid não dispõe de bateria para o armazenamento de eletricidade e o inversor solar, ou inversor on-grid, tem a função de sincronizar com a rede pública.
Com essa função, toda energia solar on-grid excedente é mandada para a rede elétrica da distribuidora de energia, sendo convertida em créditos de energia. Assim, esses créditos podem ser utilizados quando a irradiação solar não for suficiente para suprir a demanda.
De acordo com a Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (Absolar), grandes e pequenas usinas solares no Brasil geram em torno de 3,4 GW de energia elétrica. No entanto, esse número tende a aumentar com a popularização da energia solar no país.
Assim, as principais usinas solares em operação no Brasil são:
A Usina Solar de São Gonçalo é a maior usina solar do Brasil e da América Latina.
Com as constantes ameaças à biodiversidade em áreas vulneráveis às mudanças climáticas, o sistema agrovoltaico pode surgir como uma alternativa. Ele consiste em juntar a produção de energia solar fotovoltaica com sistemas agropecuários com o objetivo de criar um uso mais eficiente e sustentável da terra. Isso pode trazer enormes benefícios para o uso racional do solo e água em comunidades rurais.
O uso do sistema de energia fotovoltaica resulta em diversas vantagens para o consumidor e para o meio ambiente. Os benefícios da energia solar para o consumidor envolvem a valorização do imóvel, independência energética, retorno do investimento e baixo custo de manutenção da usina solar. Nessa perspectiva, destacam-se também as vantagens para o meio ambiente devido ao fato de sua fonte ser renovável, inesgotável e limpa.
Por outro lado, a energia solar possui um alto custo de implantação e baixa eficiência (de 10% a 25%). Da mesma forma, é importante ressaltar os impactos ambientais causados pelos resíduos de silício e sua mineração, assim como a destinação final de painéis usados, que não possuem uma reciclagem de painel solar acessível.
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