Concentradores solares: melhorando a eficiência energética

Concentradores solares: melhorando a eficiência energética

Um concentrador solar é um dispositivo projetado para focar e concentrar a radiação solar, e sua aplicação pode ser tanto na geração de energia solar térmica quanto na geração de energia solar fotovoltaica.

Seu funcionamento baseia-se na utilização de superfícies refletivas, normalmente formadas por uma série de espelhos dispostos em alinhamento. O principal objetivo destes concentradores solares é capturar a maior quantidade possível de radiação solar e direcioná-la para um pequeno receptor.

No contexto da energia solar térmica em larga escala, esta radiação solar concentrada é usada para aquecer um fluido térmico, como água ou óleo, para gerar vapor. O vapor resultante aciona turbinas a vapor, transformando assim a radiação solar em energia mecânica para alimentar um gerador elétrico ou realizar trabalho físico.

Por outro lado, os concentradores solares também encontram aplicações no campo da energia solar fotovoltaica. Neste caso, em vez de gerar calor, a radiação solar concentrada afeta diretamente as células fotovoltaicas de alta eficiência.

Principio de funcionamento

Os concentradores solares baseiam-se no princípio de concentrar a luz solar num ponto ou ao longo de uma linha para aumentar a intensidade da radiação solar incidente naquele ponto. Isto é conseguido refletindo os raios solares usando espelhos ou lentes. Uma vez que a luz solar esteja concentrada no ponto focal ou ao longo de uma linha, ela pode ser utilizada para gerar calor ou eletricidade, dependendo do tipo de concentrador.

No caso de concentradores solares térmicos, tais como concentradores parabólicos, a luz solar concentrada é usada para aquecer um fluido térmico. Esse fluido pode ser água, óleo ou outro meio, e é utilizado para gerar vapor que aciona uma turbina conectada a um gerador elétrico.

Em vez disso, os concentradores solares fotovoltaicos concentram a luz solar em células fotovoltaicas, que convertem a radiação solar em eletricidade diretamente.

Tipos de concentradores solares

Existem vários tipos de concentradores solares, cada um projetado para otimizar a captação da luz solar de uma forma diferente.

Os principais tipos de concentradores incluem:

concentrador solar de prato parabólico

Este tipo de concentrador utiliza uma série de espelhos parabólicos que concentram a luz solar em um ponto focal. Neste ponto, é colocado um tubo contendo um fluido térmico, como o óleo, que é aquecido e utilizado para gerar vapor, acionando uma turbina que produz eletricidade.

Os concentradores solares parabólicos são ideais para aplicações de geração de energia em larga escala e são comumente usados ​​em usinas de energia solar térmica.

Concentrador Solar Fresnel Linear

Concentradores solares: melhorando a eficiência energéticaEsses concentradores usam uma série de espelhos planos para refletir a luz solar em um tubo receptor. À medida que o sol se move ao longo do dia, os espelhos se ajustam para manter a luz solar focada no tubo.

A principal vantagem dos concentradores lineares de Fresnel é a sua capacidade de serem utilizados em aplicações de baixa e alta temperatura, tornando-os versáteis.

Concentrador Solar Parabólico de Canal Composto

Este projeto é semelhante ao concentrador de prato parabólico, mas usa um canal em vez de um ponto focal para coletar a luz solar. Isso permite que ele seja usado para aplicações de resfriamento solar, além da geração de energia.

Concentrador solar de calha solar

Um concentrador solar Solar Trough é uma variante do concentrador de prato parabólico, projetado para ser mais acessível e fácil de instalar. É especialmente adequado para geração de energia em aplicações descentralizadas, como instalações industriais e comerciais.

Sistema ativo de rastreamento solar

Concentradores solares: melhorando a eficiência energéticaUm dos desafios fundamentais destes sistemas reside em garantir que a radiação solar caia paralelamente ao eixo do concentrador ao longo do dia. Para isso, uma vez construído o concentrador solar, é necessária a implementação de um sistema de rastreamento que acompanhe o movimento aparente do sol. Este sistema de rastreamento é guiado por um sistema de controle que ajusta constantemente a orientação do concentrador.

No caso de concentradores solares de menor escala, o rastreamento eficaz do sol pode ser garantido aplicando-se diretamente um sistema de rastreamento ao concentrador. No entanto, à medida que o tamanho dos concentradores solares aumenta, podem surgir deformações na superfície parabólica que afetam o seu funcionamento.

Para enfrentar este desafio, são utilizados um ou mais espelhos planos intermediários conhecidos como helióstatos. Estes helióstatos ajudam a manter a reflexão solar no ponto focal do concentrador, mesmo quando ocorrem deformações na superfície, garantindo assim um funcionamento ideal do sistema.

Aplicações de concentradores solares

O uso mais comum é a geração de eletricidade. No entanto, também existem outras técnicas para aproveitar diretamente a energia térmica.

1. Geração de eletricidade

A geração de eletricidade é a aplicação mais utilizada de concentradores solares. Isto pode ser alcançado de duas maneiras:

  1. Gerar vapor e movimentar turbinas a vapor.

  2. Usando um motor Stirling conectado a um gerador elétrico.

Às vezes, essa técnica também é usada para alimentar células fotovoltaicas. Então são instalações de energia solar fotovoltaica.

2. Fogões solares

Com pequenos concentradores 3D, podem ser feitos fogões solares. O concentrador pode ter entre 80 cm e 2 metros. Na área focal é colocado um “fogão” onde repousa o recipiente com o conteúdo a ser preparado.

3. Aplicações industriais

Os concentradores solares permitem aproveitar a energia solar em múltiplas aplicações industriais, como, por exemplo, na indústria metalúrgica, na fundição de metais, na produção de vapor para a indústria química e no aquecimento de processos.

4. Dessalinização de água

Os concentradores solares podem ser usados ​​para aquecer a água do mar e gerar vapor, que é então condensado em água doce. Isto é especialmente útil em regiões com escassez de água.

5. Aquecimento residencial e comercial

Os sistemas concentradores solares também são utilizados para fornecer aquecimento e água quente em edifícios residenciais e comerciais, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis.

Vantagens

Concentradores solares: melhorando a eficiência energéticaOs concentradores solares oferecem diversas vantagens significativas em comparação com sistemas solares convencionais que não utilizam concentração:

  • Maior eficiência: Ao concentrar a luz solar, os concentradores aumentam a eficiência da conversão da energia solar em eletricidade ou calor. Isto permite uma geração de energia mais eficiente, especialmente em áreas com altos níveis de radiação solar.

  • Menos materiais utilizados: Como são necessários menos painéis solares ou células fotovoltaicas para gerar a mesma quantidade de energia, os concentradores solares podem ajudar a reduzir a quantidade de materiais necessários na instalação.

  • Armazenamento térmico: Os concentradores solares térmicos permitem o armazenamento de calor, facilitando a geração de energia elétrica à noite ou em dias nublados. Isso resolve um dos principais desafios da energia solar intermitente.

  • Múltiplas Aplicações: Os concentradores solares podem ser usados ​​tanto para geração de eletricidade quanto para aplicações de aquecimento e resfriamento solar, aumentando sua versatilidade.

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Data de Publicação: 13 de maio de 2015
Última Revisão: 30 de outubro de 2023