A energia solar térmica é uma tecnologia de geração de energia térmica a partir da energia do Sol. Esta tecnologia é normalmente utilizada por usinas solares térmicas para obtenção de eletricidade.
A energia solar térmica é uma fonte de energia renovável e, portanto, não emite gases de efeito estufa.
Esse processo de geração de energia elétrica é realizado nas chamadas usinas termoelétricas solares ou usinas solares térmicas. As primeiras centrais térmicas solares foram construídas na Europa e no Japão no início da década de 1980.
Conversão de energia solar térmica em eletricidade
A energia solar térmica é obtida convertendo o calor solar em energia útil. Isto é conseguido através de várias tecnologias.
- Os coletores solares parabólicos usam espelhos reflexivos curvos para concentrar a luz solar em um receptor contendo um fluido térmico. O calor gerado é utilizado para produzir vapor e gerar eletricidade.
- As usinas de torres solares circundam uma torre alta com espelhos que concentram a luz solar no topo, aquecendo um fluido térmico que também gera vapor para produção de eletricidade.
- A antena parabólica concentra a luz solar em um receptor central.
Além disso, muitas instalações incorporam sistemas de armazenamento térmico para garantir a geração contínua de energia. Algumas usinas utilizam sal fundido como meio de armazenamento térmico, permitindo a geração de eletricidade mesmo após o pôr do sol.
Além disso, existem sistemas baseados em motores Stirling que convertem o calor solar em eletricidade.
Diferença entre energia solar térmica e fotovoltaica
A diferença entre a energia solar térmica e a energia solar fotovoltaica é a forma como a energia é utilizada. A energia solar térmica gera energia térmica e eletricidade fotovoltaica.
A energia solar térmica é utilizada para produzir água quente sanitária que se acumula em reservatórios de água em instalações de baixa temperatura. Nas termelétricas, a radiação solar é concentrada para gerar vapor com energia térmica. O vapor movimenta turbinas e gera eletricidade.
Por outro lado, os painéis solares fotovoltaicos só geram eletricidade com outro tipo de tecnologia: o efeito fotoelétrico. Os painéis solares são feitos de um material que ao ser atingido por um fóton libera um elétron, gerando uma corrente elétrica.
Ambos os tipos de energia podem ser utilizados para gerar eletricidade, mas com tecnologias diferentes.
Operação de uma usina solar térmica
A operação de uma usina solar térmica é semelhante à de uma usina termelétrica ou nuclear. O elemento distintivo entre eles é o combustível ou fonte de calor.
As usinas termelétricas utilizam combustíveis fósseis como carvão ou gás para gerar calor, as usinas nucleares utilizam a energia nuclear presente nos átomos de urânio para gerar energia térmica. Por outro lado, as termelétricas utilizam radiação solar.
Os raios solares são concentrados por espelhos em um receptor que atinge altas temperaturas de até 1.000 graus Celsius. Essa energia térmica é usada para aquecer um fluido e gerar vapor. O vapor gerado, de alta pressão, permite o movimento de uma turbina a vapor. Ao mesmo tempo, esta turbina aciona um gerador que será responsável pela conversão da energia mecânica em eletricidade.
Técnicas de concentração de radiação solar
Existem diferentes tipos de concentradores com os quais são obtidas diferentes temperaturas máximas com suas correspondentes eficiências termodinâmicas. São os seguintes:
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Concentrador solar cilíndrico parabólico. Um concentrador solar cilíndrico parabólico consiste em um refletor parabólico linear que concentra a luz em um receptor posicionado ao longo da linha focal do refletor.
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Refletor Fresnel linear compacto. Os refletores Fresnel são feitos de muitas tiras de espelhos finos e planos que concentram a luz solar em tubos para os quais o fluido de trabalho é bombeado.
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Disco Stirling. Um disco Stirling é um refletor que segue o Sol em dois eixos. Em particular, o prato é um refletor parabólico exclusivo que concentra a luz em um receptor posicionado no ponto focal do refletor.
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Usina solar de torre central. Uma usina de energia solar de torre central consiste em um conjunto de refletores chamados helióstatos que concentram a luz solar em um receptor central instalado em uma torre. Como a posição relativa do Sol varia, os helióstatos devem ter a capacidade de se reorientar usando o rastreamento de dois eixos.
Vantagens e desvantagens
Como todas as tecnologias, as usinas térmicas solares apresentam vantagens e desvantagens:
Vantagens das usinas solares térmicas
A principal vantagem é que o combustível utilizado é a radiação solar. Um recurso gratuito e inesgotável. Por este motivo é considerada energia renovável. Quanto às centrais de energia fóssil, não utilizam combustíveis fósseis, portanto não emitem gases com efeito de estufa e não contribuem para agravar o problema das alterações climáticas.
Desvantagens das usinas solares térmicas
A principal desvantagem são os horários e as condições climáticas, que não permitem a geração de uma quantidade constante de energia elétrica. Inicialmente as primeiras usinas só funcionavam nos horários de irradiação solar, mas hoje é possível armazenar calor durante o dia para produzir eletricidade à noite.
Por outro lado, a manutenção destas instalações envolve a limpeza constante de grandes superfícies dos refletores. Por isso, o consumo de água e produtos químicos é abundante.