As usinas solares são construídas exatamente onde a água desaparece mais rapidamente
Uma usina solar é implantada com base na irradiância, e a irradiância é o principal fator que influencia a evaporação. As mesmas condições que tornam um local lucrativo (sol intenso, ar seco, ventos abertos) são as que esvaziam mais rapidamente um reservatório a céu aberto. A geração de energia solar precisa de água para lavagem, vapor e resfriamento, e armazena essa água exatamente onde é mais difícil mantê-la e mais difícil repor.
Ninguém constrói uma usina solar em um local nublado. A escolha do local é, em essência, uma busca por radiação: mapas de irradiância, dias de céu limpo, baixa umidade e terrenos planos e baratos. Essa busca leva, quase por definição, a terrenos áridos e expostos ao vento. E então a usina descobre algo que o mapa de irradiância nunca mostrou: ela precisa de água.
O local é escolhido por causa do sol, e a água é uma consequência disso
A água não é um critério de localização para usinas solares. Ela se torna um problema operacional posteriormente. Uma vez que a usina está localizada onde há sol, a água precisa ser levada até ela: por meio de poços, tubulações, dessalinização ou caminhões. Cada metro cúbico acarreta um custo que uma usina em uma região temperada simplesmente nunca tem de arcar e, em muitas jurisdições, também está sujeito a um limite máximo permitido quanto à quantidade que pode ser extraída.
Essa água precisa, então, ser armazenada no local, em reservatórios a céu aberto. É aí que o paradoxo se fecha: a água é mais cara de se obter justamente onde é mais fácil perdê-la.
Uma usina solar consome água, e mais do que a maioria das pessoas imagina
Os parques fotovoltaicos perdem rendimento quando os painéis ficam sujos, e a acumulação de sujeira é pior justamente onde chove menos. A limpeza de um módulo normalmente requer de 3 a 5 litros de água em condições normais e de 7 a 8 litros em ambientes áridos e empoeirados. Um campo fotovoltaico de 1 MW, com cerca de 3.000 painéis, pode consumir cerca de 20.000 litros em um único ciclo de limpeza, e locais áridos realizam mais ciclos por ano, e não menos.
A energia solar concentrada incorpora um ciclo de vapor além da lavagem dos espelhos. As usinas de calhas e torres com resfriamento úmido consomem aproximadamente 2,5 a 3,5 metros cúbicos de água por MWh gerado. O resfriamento a seco reduz esse consumo drasticamente, em cerca de 90%, mas não chega a zero: os espelhos ainda precisam ser lavados e o ciclo ainda requer reposição de água desmineralizada. As usinas híbridas ficam em um ponto intermediário, equilibrando o consumo de água com a eficiência nos dias mais quentes, que também são os dias em que a usina mais precisa gerar energia.
Nenhum desses volumes é considerado grande para os padrões industriais. Trata-se, porém, de um volume considerável em relação ao que o local pode fornecer.
A física: a radiação que gera receita para a usina é a mesma que esvazia a piscina
A evaporação de uma superfície aberta não depende das condições meteorológicas. Ela é regida por quatro fatores, e a equação de Penman (a forma para águas abertas do mesmo balanço energético que está na base do modelo de Penman-Monteith) os torna explícitos: a irradiância líquida como fonte de energia, o déficit de pressão de vapor entre a água e o ar acima dela, a velocidade do vento e a temperatura.
Leia essa lista novamente, comparando-a com as especificações de um local para instalação de painéis solares. A alta radiação direta fornece a energia. A baixa umidade maximiza o déficit de pressão de vapor, de modo que o ar está “sedento”. Um terreno aberto e plano permite que o vento sopre sem obstáculos. A alta temperatura diurna eleva a pressão de saturação na superfície. Um bom local para instalação de painéis solares maximiza esses quatro fatores simultaneamente.
Isso não é coincidência, nem é azar. Trata-se da mesma variável física, a radiação solar, que aparece em duas equações diferentes: aquela que gera a receita da usina e aquela que esvazia seu reservatório. Em regiões áridas, um reservatório a céu aberto pode perder vários metros de coluna d’água por ano apenas por meio desse mecanismo.
O vento é o copiloto que é subestimado
A radiação fornece a energia necessária para transformar a água líquida em vapor, mas é o vento que leva esse vapor embora e mantém o processo em andamento. Sem vento, forma-se uma camada limite saturada sobre a superfície e a evaporação fica mais lenta. Com o vento, essa camada é removida continuamente e a superfície nunca tem a chance de ficar saturada.
A luz tem uma segunda função: faz as algas crescerem
Sempre que há água, nutrientes e luz, as algas crescem. No armazenamento de água bruta e de água de lavagem, isso significa filtros entupidos, bicos obstruídos, maior dosagem e mais horas de trabalho. A consequência é um ciclo silencioso: os bicos obstruídos prejudicam a qualidade da lavagem dos painéis, que é o motivo pelo qual a usina está armazenando a água em primeiro lugar.
A variável desencadeadora é a luz. As algas não se desenvolvem em uma superfície que não receba luz.
A única área de águas abertas por quilômetros
Um reservatório a céu aberto em uma paisagem árida é um espelho visível de longe e, para um pássaro, parece um oásis, pois, naquela paisagem, ele de fato é um. Isso atrai a fauna silvestre para uma área industrial, o que se torna uma constatação de inspeção e, cada vez mais, uma condição para a concessão de licenças.
As licenças ambientais para grandes instalações exigem, cada vez mais, que as superfícies de água a céu aberto sejam cobertas ou de alguma forma controladas, a fim de proteger as aves e a fauna local. O que antes era uma boa prática está se tornando uma obrigação, e os órgãos reguladores realizam auditorias no local para verificar o cumprimento dessa exigência.
O que realmente pode ser gerenciado
Aqui está o ponto importante. Não é possível alterar a radiação, pois ela é a razão pela qual a usina existe. Não é possível aproximar o local da umidade sem afastá-lo do sol. Não é possível negociar com o déficit de pressão de vapor. O clima, a localização e a irradiância não são variáveis que um operador possa controlar.
O que é possível controlar é a extensão da superfície do líquido exposta à atmosfera.
A evaporação, o crescimento de algas e a atração de animais selvagens parecem ser três problemas não relacionados, tratados por três departamentos diferentes. Na verdade, trata-se do mesmo problema observado três vezes, pois todos ocorrem no mesmo local: a interface entre o líquido e o ar. Reduza essa área exposta e os três problemas serão resolvidos de uma só vez, pois todos dependem dela.
É isso que as coberturas flutuantes vêm fazendo há décadas na mineração, na agricultura e na indústria de processamento, e o mecanismo se aplica à energia solar sem modificações, pois a física não se importa com o que a usina produz. As coberturas modulares flutuam na superfície, se ajustam conforme o nível muda, são instaladas sem esvaziar o reservatório ou interromper a operação e funcionam sem manutenção por décadas. A barreira interrompe a transferência de massa do vapor, bloqueia a luz que alimenta as algas e elimina o espelho d’água visível.
O argumento não é que uma cobertura seja um equipamento engenhoso. É algo mais específico e útil do que isso: na equação de evaporação de uma usina solar, a superfície exposta é o único termo sobre o qual o operador tem controle efetivo.
Dê o próximo passo
Se você opera reservatórios de água de lavagem, água bruta ou água de resfriamento em uma usina solar e deseja saber qual é o volume de água que sua instalação específica está perdendo e quanto seria recuperado com a cobertura da superfície, saiba mais sobre como as coberturas flutuantes modulares são utilizadas na geração de energia solar.
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