Uma central solar térmica, também conhecida como central solar térmica, é uma instalação industrial concebida para aproveitar a radiação solar e transformá-la em energia eléctrica.
Embora seu princípio de funcionamento seja semelhante ao das termelétricas convencionais, difere em um aspecto fundamental: a fonte de calor utilizada não é de origem fóssil, mas sim baseada na energia solar.
Como funciona uma usina solar térmica?
O funcionamento das centrais térmicas solares baseia-se na obtenção de calor a partir da radiação solar e na sua transferência para um meio portador de calor, que geralmente é a água.
Para elevar a temperatura da água aos níveis desejados, a radiação solar máxima deve ser concentrada em um ponto. Desta forma, podem-se obter temperaturas de 300ºC a 1000ºC, que serão utilizadas para gerar vapor. Quanto maior a temperatura, maior será o desempenho termodinâmico da usina solar térmica.
O acúmulo de energia térmica é usado para produzir vapor que pode acionar turbinas a vapor. Com o movimento das turbinas, a energia mecânica é transferida para os geradores elétricos para gerar eletricidade.
Sistemas de concentração de energia solar
A captação e concentração dos raios solares é feita através de espelhos com orientação automática que apontam para uma torre central onde o fluido é aquecido. Algumas usinas solares térmicas usam mecanismos de geometria parabólica menores, como coletores de calha parabólica.
A montagem da superfície reflexiva e seu dispositivo de orientação é chamada de helióstato.
Ciclos termodinâmicos
Nas configurações experimentais, vários fluxos e ciclos termodinâmicos são utilizados.
Esses ciclos vão desde o ciclo Rankine, usado em usinas nucleares e usinas a carvão, até o ciclo Brayton, comum em usinas de gás natural. Além disso, inúmeras variantes foram desenvolvidas, como o motor Stirling. Entre os ciclos mais frequentes estão aqueles que integram a energia solar térmica com o gás natural.
Eficiência de uma usina termelétrica
A eficiência de um sistema de energia solar concentrada dependerá dos seguintes fatores:
- A tecnologia usada para converter energia solar em energia elétrica.
- A temperatura operacional do receptor de calor.
- Perdas térmicas no sistema.
- A presença ou ausência de outras perdas do sistema
Além da eficiência de conversão, o sistema óptico que concentra a luz solar também agrega perdas adicionais.
A eficiência máxima de conversão para sistemas do tipo "torre de energia", operando em temperaturas de 250 a 565 graus Celsius, é de 23 a 35%. Com uma turbina de ciclo combinado a eficiência é maior.
A eficiência dos sistemas Dish Stirling, que operam em temperaturas de 550-750 graus Celsius (277 a 477 graus Kelvin), oferece uma eficiência de cerca de 30%.
Devido à variação da incidência solar durante o dia, a eficiência média de conversão alcançada não é igual a essas eficiências máximas. As eficiências anuais líquidas de energia solar para elétrica são de 7 a 20% para sistemas piloto de torre de energia e de 12 a 25% para sistemas de antenas Stirling.
Efeitos ambientais
- Uso do solo: As usinas solares térmicas, especialmente aquelas que utilizam tecnologia de calha parabólica ou antena parabólica, requerem grandes áreas de terreno para abrigar os refletores solares. Isto pode resultar na conversão de habitats naturais em áreas industriais. Em algumas regiões, a instalação de plantas em terras agrícolas de alta qualidade pode deslocar a produção de alimentos e de plantas colhíveis.
- Impacto na fauna: As usinas solares térmicas podem atrair insetos, pássaros e outros animais devido ao calor gerado pelos refletores. Isto pode aumentar o risco de colisões e ferimentos na vida selvagem circundante, o que levou à implementação de medidas de mitigação, tais como sistemas de dissuasão de aves.
- Consumo de água: Algumas plantas necessitam de água para sistemas de refrigeração e operação. O consumo de água pode ser significativo e, em regiões com escassez de água, isto levanta preocupações sobre a disponibilidade deste recurso vital.
- Eficiência de conversão: A eficiência de conversão da energia solar em eletricidade nas centrais solares térmicas pode variar e, em alguns casos, é inferior à de outras tecnologias de energia solar, como os painéis solares fotovoltaicos.
- Impacto visual e paisagístico: As centrais solares térmicas, especialmente aquelas com grandes campos de espelhos ou refletores, podem alterar a paisagem local e ter um impacto visual significativo nas áreas circundantes.
Principais usinas solares térmicas do mundo
Apresentamos abaixo uma seleção de algumas das mais notáveis centrais solares térmicas do mundo, destacando a sua localização, capacidade de produção elétrica e uma breve descrição das suas principais características.
| Central Solar Térmica | Localização | Produção Elétrica (MW) | Descrição |
|---|---|---|---|
| Ivanpah Solar Elétrica | Califórnia, EUA | 392 MW | A usina de Ivanpah é uma das maiores usinas solares térmicas do mundo, utilizando tecnologia de torre solar com espelhos helióstatos para concentrar a luz solar em três torres. Ele está localizado no deserto de Mojave e fornece eletricidade para milhares de residências. |
| Estação Geradora Solana | Arizona, EUA | 280 MW | Solana é uma das maiores usinas desse tipo no mundo e utiliza tecnologia de calha parabólica com armazenamento de calor de sal fundido. Ele fornece eletricidade para a rede elétrica do Arizona. |
| Centro de Energia Solar Crescent Dunes | Nevada, EUA | 110 MW | Esta planta utiliza tecnologia de torre solar com sais fundidos como meio de armazenamento térmico. É uma das primeiras usinas desse tipo com armazenamento de energia em grande escala. |
| Usina Térmica Solar Shouhang Dunhuang | China | 100 MW | Esta planta utiliza calhas parabólicas para geração de energia elétrica e também possui armazenamento térmico de sais fundidos. É um projeto importante para o desenvolvimento da energia solar na China. |
| Gemasolar | Sevilha Espanha | 19,9 MW | A Gemasolar é uma central solar com armazenamento de sal fundido que se destaca pela sua capacidade de gerar eletricidade 24 horas por dia. É um exemplo de inovação na tecnologia de armazenamento de energia solar. |
