ENEM 2022 — questão 124 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: a área total dos painéis, a partir da potência elétrica gerada, da irradiância do Sol e da eficiência.

Passo 1 — separar o dado útil do dado-isca. O enunciado dá três números de energia: $300\ \text{GWh}$ por ano, $75\ \text{MW}$ por usina e $150\ \text{MW}$ de potência instalada total. Só o último entra na conta. Os $300\ \text{GWh/ano}$ são energia acumulada — dependem de quantas horas de sol o ano teve — e os $75\ \text{MW}$ já estão contidos no total.

Passo 2 — subir da energia elétrica para a energia solar. A eficiência de $20\%$ diz que apenas um quinto do que chega vira eletricidade. Para sair com $150\ \text{MW}$, é preciso receber cinco vezes isso:

$$P_{\text{solar}} = \frac{P_{\text{elétrica}}}{\eta} = \frac{150\times10^{6}}{0{,}20} = 750\times10^{6}\ \text{W}$$

Passo 3 — de potência para área, usando a irradiância. A irradiância é potência por metro quadrado:

$$A = \frac{P_{\text{solar}}}{I} = \frac{750\times10^{6}}{1\,500} = \mathbf{500\,000\ \text{m}^2}$$

A armadilha número um — dividir quando é para multiplicar (ou o contrário). Quem multiplica por $0{,}2$ em vez de dividir acha $30\times10^{6}\ \text{W}$ e chega a $20\,000\ \text{m}^2$, que é a alternativa (E). Um teste mental resolve: rendimento abaixo de $100\%$ sempre exige mais entrada do que saída. Se a sua área diminuiu ao considerar a eficiência, você inverteu.

A armadilha número dois — esquecer a eficiência. $150\times10^{6}/1\,500 = 100\,000\ \text{m}^2$, que é a alternativa (D). É a conta de um painel perfeito, que não existe.

Um teste de plausibilidade que fecha a questão: $500\,000\ \text{m}^2$ são $0{,}5\ \text{km}^2$ — meio quilômetro quadrado coberto de painel. Para um parque solar de porte industrial na Bahia, é uma área plausível; $20\,000\ \text{m}^2$ (dois hectares, um quarteirão) seria pouco demais para $150\ \text{MW}$.

Por que a eficiência é só $20\%$ e isso não é defeito. A luz do Sol chega espalhada em muitos comprimentos de onda e o silício aproveita bem só uma faixa: fótons de energia menor que a banda proibida passam direto, e o excesso dos mais energéticos vira calor. Painéis comerciais ficam entre $15\%$ e $22\%$ — os $20\%$ do enunciado são o número real, não uma simplificação.

A ideia em uma frase: rendimento baixo aumenta a entrada necessária; irradiância transforma potência em área.

Resposta: alternativa B ($500\,000\ \text{m}^2$).