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Concentrador solar

Concentrador solar

Um concentrador solar é um sistema de concentração de energia solar que é usado para converter energia solar em energia térmica. O seu funcionamento baseia-se na exploração da reflexão dos raios solares obtidos através de superfícies reflectoras (substancialmente espelhos), de modo a concentrar-se em um tamanho receptor contido. Semelhante a uma lupa concentrando a sua luz sobre um ponto, concentradores refletem a luz solar através de uma disposição de espelhos alinhados para um alvo capaz de capturar a energia para a sua utilização.

Em geral, o calor é convertida em energia mecânica por meio de um motor de calor (normalmente uma turbina de vapor) para o eixo (quer integralmente ou por uma transmissão mecânica) liga.

Em um sistema de concentração solar, em comparação com os coletores solares planos clássicos, as seguintes vantagens são obtidas:

  • Energia: expressável em termos de eficiência de conversão térmica solar (já que as perdas por convecção e radiação são diretamente proporcionais à área do receptor, que por definição é menor que a área do refletor). De acordo com as leis da termodinâmica.
  • Econômico: custos de construção se movem principalmente em superfícies refletivas e dispositivos apontadores relativos.

Tipos de concentradores solares

Existem dois tipos de concentradores solares que permitem maximizar o desempenho da instalação solar:

  • Concentradores solares parabólicos cilíndricos. Esses concentradores têm uma curvatura única; Por essa razão, eles são chamados de concentradores "2D" porque são "bidimensionais". Este sistema permite obter temperaturas médias no ambiente focal de 200-300 graus Celsius.
  • Os concentradores solares parabolóides da revolução. Estes concentradores têm uma curvatura dupla. Por essa razão, eles são chamados de concentradores tridimensionais ou "3D". Estes sistemas permitem temperaturas superiores a 3000 ºC.

Rastreamento do sol

Uma das dificuldades desses sistemas baseados em concentradores solares é garantir, a todo o momento, que a radiação solar caia paralelamente ao eixo do parabolóide.

Para isso é necessário um sistema de rastreamento do movimento aparente do sol (rastreamento) guiado por um sistema de controle. Este sistema é formado basicamente por um colimador ou tubo estreito ao qual entra a radiação, que possui uma célula fotovoltaica na parte inferior. Quando o concentrador é orientado para o sol, a radiação atinge o fundo do tubo colimador e a célula fotovoltaica gera eletricidade. Quando isso não acontece, é gerada uma rotação do concentrador até que a tensão da célula seja restaurada.

Em pequenos concentradores solares, como um fogão solar, esse monitoramento do movimento aparente do sol pode ser garantido com um sistema de rastreamento aplicado diretamente ao concentrador (ou até mesmo sua posição pode ser ajustada manualmente a cada x tempo).

Mas em grandes concentradores solares a tecnologia é complicada. Nestes casos aparecem deformações da superfície parabólica que afetam a operação.

Nestes casos, um ou mais espelhos planos intermediários, chamados heliostatos, são usados.

Um sistema de cubo, em seguida, tem duas reflexões: A primeira luz solar sobre a superfície reflectora do heliostat, e, em seguida, este feixe reflectido é novamente reflectida no cubo por meio do ambiente focal. Estes dois meios reflectividades há desvanecimento, uma vez que em cada passo é uma percentagem de radiação solar que não é reflectido (absorvido ou refractada).

No entanto, os benefícios de mover heliostats planos superam essa perda de refletividade.

Aplicações de concentradores solares

As aplicações dos concentradores solares são múltiplas. O uso mais comum é a geração de eletricidade, mas também há usinas solares que aproveitam a radiação solar para uso na indústria metalúrgica ou podem até ser usadas para criar fogões solares.

Geração de eletricidade

A geração de eletricidade é a aplicação mais utilizada de concentradores solares. Para esse propósito, os concentradores solares 2D ou 3D podem ser usados de forma intercambiável, mas as tecnologias são diferentes.

No caso de concentradores solares 2D, um fluido confinado circula através de tubos que coincidem com o ambiente focal, aquecendo a temperaturas de cerca de 200 graus Celsius e tornando-se vapor.

Por outro lado, em concentradores de energia solar 3D, a electricidade é gerada por colocar na zona focal um motor de calor capaz de converter calor em energia eléctrica, por exemplo, um motor de ciclo Stirling confinado hidrogénio.

Fogões solares

Com pequenos concentradores 3D, fogões solares podem ser realizados. O concentrador pode ter entre 80 cm e 2 metros. Na área focal, um "hornalla" é colocado onde o container com o conteúdo a ser preparado é suportado.

Aplicações industriais

Os concentradores solares permitem o uso de energia solar em múltiplas aplicações industriais, como, por exemplo, na indústria metalúrgica.

As altas temperaturas alcançadas no ambiente focal em grandes concentradores 3D permitem que elas sejam usadas para aplicações metalúrgicas, como a obtenção de ligas para a indústria.

    História dos concentradores solares

    Mesmo nos tempos antigos, diz-se que Arquimedes de Siracusa conseguiu repelir os romanos que tentaram sitiar a cidade do mar da Sicília, utilizando concentradores solares rudimentares obtidos a partir de escudos de bronze polido.

    Especialmente no final do século XIX e início do século XX, muitas máquinas foram construídas com sistemas de concentração solar. Esta abordagem positiva para um uso extensivo de energia solar, no entanto, foi interrompida devido ao advento do petróleo e da Primeira Guerra Mundial, e depois foi retomada no início dos anos 70 após a crise do petróleo de 1973.

    Até hoje, passamos de uma fase de teste para uma pré-comercialização de plantas CSP, principalmente para a produção de eletricidade. Também está a emergir uma nova classe de plantas chamadas concentração CPV (PV concentrada em Inglês), capaz de maximizar e fazer o uso de células fotovoltaicas de alta eficiência, como células multijunction, é vantajosa.

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    Última revisão: 21 de fevereiro de 2018

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