O que as usinas hidrelétricas geradores de energia eólica e energia solar têm em comum?

Podemos entender a energia como a capacidade física de realizar uma ação ou produzir um trabalho. Todo movimento que nosso corpo realiza, por exemplo, depende diretamente de alguma forma de energia, vinda, nesse caso, dos alimentos que ingerimos e dos processos resultantes da nossa estrutura biológica. No caso de objetos e máquinas, porém, a força que gera o movimento vem de processos externos, baseados na transformação e no aproveitamento de elementos naturais.

Ao longo do tempo, a humanidade desenvolveu formas diferenciadas de transformar a energia a partir dos componentes da natureza, criando resultados aplicáveis às necessidades modernas. Entre as principais da atualidade estão a energia solar e a energia eólica, que, ao lado de fontes como a hidráulica, térmica e nuclear, produzem eletricidade para abastecer cidades e indústrias por todo o mundo. Separamos abaixo alguns pontos principais que diferenciam esses dois importantes métodos de geração energética:

Energia limpa

Originadas de fatores naturais inesgotáveis, a energia solar e a energia eólica podem ser consideradas formas alternativas de geração de eletricidade. Isso porque ambas são derivadas de elementos naturais que não sofrem impacto com a exploração energética: a luz do sol e o vento. Além disso, seus benefícios ao meio ambiente também envolvem o fato de que sua utilização reduz a necessidade de combustíveis fósseis, recursos limitados e causadores de poluição.

Estrutura

A estrutura necessária para a geração de energia a partir do vento envolve grandes turbinas ou moinhos, construídos com base em um sistema de hélice, capaz de transformar energia cinética em energia mecânica ou elétrica. A energia solar, por sua vez, tem seu princípio baseado, principalmente, em painéis solares, compostos por células fotovoltaicas que convertem a luz do sol em eletricidade. Os painéis podem ter tamanhos e potência variados, sendo acessíveis para instalação em qualquer lugar em que a luz do sol possa atingir.

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Potencial energético

Em função da intensidade do vento, áreas litorâneas e abertas costumam apresentar maior potencial para a exploração do método eólico. Já a energia solar pode ser aproveitada em qualquer espaço onde haja incidência da luz do sol. Em comum, ambas apresentam certa dependência em relação aos aspectos naturais nos quais se baseiam. Assim, a quantidade de energia elétrica produzida tanto por usinas eólicas quanto por painéis solares pode variar de acordo com o horário e com a época do ano, apesar de existirem recursos que permitam o abastecimento permanente, mesmo em caso de variações.

Aplicações

A implantação de um parque eólico permite que outras atividades sejam exercidas no local, como a agricultura. Apesar disso, usinas eólicas costumam causar grande impacto visual e sonoro, além de influenciar na fauna do local, exigindo grandes operações e análises antes da implantação. Em contrapartida, a estrutura para captação de energia solar pode ser instalada no topo de prédio e residências ou em áreas abertas, sendo de fácil aquisição e acessível ao consumidor comum.

Participação na matriz energética

Segundo o Ministério de Minas e Energia (MME), o Brasil possui uma alta taxa de produção de energia renovável, em comparação a outros países. Entretanto, a participação das energias solar e eólica ainda é pequena, diante da predominância das hidrelétricas e das termelétricas. Dados de 2014 apontam a energia eólica como responsável por 2% da energia consumida em todo o país, enquanto a energia solar representa apenas 0,02%.

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A energia solar e eólica são duas fontes renováveis de energia. A primeira utiliza o sol como fonte de produção energética e a segunda utiliza a força dos ventos como fonte. Para a energia solar é comum o uso de painéis solares. Para a eólica usam-se hélices.

Dentre as fontes renováveis, a energia Solar e Eólica são as que merecem maios destaque, tanto pelo seu potencial de geração elétrica quanto pela capacidade instalada no mundo.

Mas quais são as principais características de cada uma? Quais as diferenças entre elas? Quais as regiões do Brasil que possuem maior potencial para cada uma delas?

Lucas Santana, instrutor técnico da Blue Sol, responde tudo isso nesse artigo. Confira abaixo e boa leitura!

4 Fatos Sobre a Energia Solar e Eólica

#1 – Corrente Contínua x Corrente Alternada

O primeiro fato que temos sobre a geração de energia elétrica através da fonte eólica é que ela acontece em corrente alternada (CA), diferentemente da energia solar – que é gerada em corrente contínua (CC).

Se você ainda não conhece todas as diferenças entre a corrente contínua e alternada, não deixe de conferir nosso artigo específico sobre esse tema.

Por isso, alguns modelos de aerogeradores abrem a possibilidade de ser diretamente conectados à rede elétrica, dispensando o uso de inversores interativos, como acontece com a geração elétrica através da fonte solar fotovoltaica.

Outra curiosidade sobre a energia solar e eólica, ainda em relação à geração em corrente alternada, é que (no Brasil) toda a energia elétrica é transmitida a uma frequência de 60 Hz (Hertz). 

Em um inversor interativo fotovoltaico, essa configuração é estabelecida eletronicamente, via software do fabricante que controla o equipamento.

Para a energia eólica, esse valor de frequência pode ser estabelecido de forma estrutural, durante o processo construtivo da máquina elétrica.

#2 – Área Ocupada pela Energia Solar e Eólica

Usinas eólicas, assim como as fotovoltaicas, possuem alta potência instalada. O Parque Eólico de Osório, instalado no interior do Estado do Rio Grande do Sul, tem capacidade de levar energia elétrica a 240 mil habitantes.

Possui 150 aerogeradores de 2 MW cada, totalizando 300 MW. Destes, apenas 51 MW condizem à geração de energia elétrica, efetivamente. Esse parque ocupa três grandes regiões, nos municípios de Osório, Índios e Sangradouro, com área total de 130 km², aproximadamente.

No entanto, apenas 5% dessa área é tomada por aerogeradores, ou seja, 0,043 km² por MW instalado ou 0,127 km² por MW gerado.

A usina fotovoltaica de Nova Olinda, da italiana Enel Green Power, ainda em fase de construção na pequena cidade piauiense de Ribeira do Piauí, terá capacidade de suprir o consumo elétrico de 300 mil habitantes, com potência de 292 MW, que corresponde a 927 mil painéis solares (módulos fotovoltaicos), aproximadamente.

Essa usina ocupará uma área total de 690 hectares ou algo equivalente a 6,9 km². Dessa forma, a ocupação do solo será de 0,023 km² por MW de potência instalada.

Assim, se fizermos a comparação entre as duas fontes estritamente pela quantidade de potência instalada e área ocupada, a energia eólica ocupa uma área 53% superior à energia solar fotovoltaica, por Megawatt instalado.

Esse fator torna o uso da energia solar fotovoltaica ainda mais interessante e viável, já que, além da vantagem em relação à ocupação de área, os investimentos estruturais necessários para a aplicação dessa fonte são extremamente inferiores à eólica. 

#3 – Geradores Eólicos no Brasil

No Brasil, os aerogeradores operam em baixa velocidade, que é um grande benefício, pois com a baixa velocidade de rotação, reduzem-se também os ruídos oriundos do giro das hélices e se tem a possibilidade de aumento do tamanho das turbinas.

Quando movimentados por velocidades acima das suportadas, os aerogeradores são desligados e muitas vezes se faz necessária a atuação do freio-motor, controlando o giro do gerador e protegendo suas estruturas contra qualquer tipo de dano estrutural.

Além disso, a baixa velocidade de giro das pás coletoras tem um apelo ambiental fortíssimo. Por conta do movimento lento, as aves conseguem perceber a existência desse obstáculos e tendem a desviar do aerogerador. Esse fator reduz a mortandade de pássaros e demais aves.

O Brasil, por ter iniciado a implantação da geração elétrica via energia eólica de forma tardia, já se aproveitou das vantagens tecnológicas e das inovações do setor. Então, no país, não é permitido instalar torres eólicas em meio a rotas migratórias de pássaros.

#4 – Torre Eólica x Placa Solar

A potência de geração elétrica de uma torre de energia eólica pode variar de forma diretamente proporcional à sua altura. De 50 a 200 metros, essas torres atingem na média, potências de 100 kW a 3 MW, respectivamente.

Isso explica o fato de que quanto maior for a altura da torre, maiores serão as pás de captação da energia dos ventos.

Você sabia? Uma torre eólica de potência entre 660 kW a 1 MW pode ser maior que um Boeing 747!

E qual a altura de um sistema de energia solar fotovoltaico?

O sistema fotovoltaico, quando instalado em estruturas metálicas fixadas diretamente no solo, não possui grandes alturas. Isso acontece porque a placa fotovoltaica não precisa de grandes altitudes para captar a luz, uma vez que a irradiação solar chega à superfície terrestre de maneira suficiente para gerar energia elétrica.

Dessa forma, um sistema solar dificilmente acrescentará riscos ou perigos à vida, no local onde está instalado.

Tão importante quanto as outras comparações, o investimento financeiro necessário para implantar uma usina de geração elétrica pela fonte eólica ou pela solar fotovoltaica também é uma variável de extrema importância quando se compara essas duas fontes.

Utilizando como exemplos ainda as usinas de Osório (Eólica) e Nova Olinda (Solar), o investimento realizado na energia eólica foi de R$ 4,46 milhões por MW instalado.

Já para a usina solar fotovoltaica, o montante investido foi de R$ 3,4 milhões por MW instalado, ficando muito abaixo do preço da energia eólica.

Estados que Possuem Maior Disponibilidade de Geração Solar e Eólica

Segundo dados consolidados da CCEE (Câmara de Comercialização de Energia Elétrica), os quatro estados com as maiores capacidades instaladas de aerogeradores (energia eólica), são:

1. Rio Grande do Norte – que possui a maior potência instalada em usinas eólicas, com um total de 3.181 MW.
2. Ceará – com 1.960 MW
3. Bahia com 1.750 MW
4. Rio Grande do Sul – com 1.667 MW

Esses valores representam um crescimento de 61,5% na geração eólica, em 2017.

Visando compreender melhor quais são as melhores regiões do país para a implantação de parques eólicos, o território nacional foi dividido em 4 classes, com as seguintes definições:

Classe 1 – regiões com baixo potencial eólico

Classes 2 e 3 – regiões que podem ou não ser favoráveis, dependendo da topologia do local.

Classe 4  – regiões com os melhores aproveitamentos para a geração eólica.

Direcionando nosso olhar para a tabela abaixo, de Definição das Classes de Energia, disponível no atlas sobre energia eólica da ANEEL, as 4 classes das velocidades dos ventos, em metros por segundo, são definidas em 5 zonas: Mata, campo aberto, zona costeira, morros e montanhas.

Fica muito claro perceber que as regiões mais indicadas para a implantação de parques eólicos são as áreas costeiras, por possuírem relevo pouco acidentado e ventos favoráveis.

Nesse mesmo contexto de viabilidade, podemos destacar a importância da Bahia, Ceará e Rio Grande do Norte, como os estados com os maiores potenciais para a energia eólica.

Para a geração fotovoltaica, o mapa das melhores regiões para a implantação das usinas solares é mais vasto. Isso porque o Brasil tem excelente incidência de radiação solar, já que a maioria das regiões possui mais de 4 horas de radiação útil para a geração de energia elétrica pela fonte solar fotovoltaica.

O gráfico abaixo, ilustra a disponibilidade solar, em horas, para todo o país.

Sabendo dessas informações sobre as melhores regiões para a implantação das grandes centrais de geração fotovoltaica, fica fácil entender porque nos três Leilões de Energia de Reserva (LER) exclusivos para essa fonte, as empresas escolheram, na maioria dos casos, os Estados de Minas Gerais, Bahia, Tocantins, Ceará e Rio Grande do Norte, para concentrar seus investimentos.

Os altos índices de radiação solar e grandes áreas disponíveis com topologias favoráveis, são os principais motivos.

Vídeo Energia Solar e Eólica

Embora ambas sejam fontes limpas e renováveis de energia, podemos concluir, através das informações acima, a clara vantagem da fonte solar sobre a eólica, fato que talvez explique o porque a luz do sol vem sendo, cada vez mais, a fonte escolhida para projetos de geração elétrica no país.

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Engº. Eletricista – Instrutor Técnico – Blue Sol
Linkedin: Lucas Siqueira Santana
CREA-SP 5069860306

Quais as semelhanças entre a geração de energia elétrica por gerador solar e gerador eólico?

Qual é a semelhança entre as usinas hidrelétricas e eólicas em relação à forma como produzem energia?

Quais são as semelhanças entre a usina hidrelétrica e a usina eólica?

Qual é o método de geração de energia elétrica mais comum?