concentradores solares
Basicamente, os concentradores solares são muito diferentes dos conversores fotovoltaicos… Além disso, as usinas solares do tipo térmica são muito mais eficientes do que as fotovoltaicas devido a uma série de características.
A tarefa do concentrador solar é concentrar os raios do sol em um recipiente com líquido refrigerante, que pode ser, por exemplo, óleo ou água, que absorvem bem a energia solar. Os métodos de concentração são diferentes: concentradores cilíndricos parabólicos, espelhos parabólicos ou torres heliocêntricas.
Em alguns concentradores, a radiação solar é focada ao longo da linha focal, em outros - no ponto focal onde o receptor está localizado. Quando a radiação solar é refletida de uma superfície maior para uma superfície menor (a superfície do receptor), uma alta temperatura é atingida, o refrigerante absorve o calor, movendo-se através do receptor. O sistema como um todo também contém uma parte de armazenamento e um sistema de transferência de energia.
A eficiência dos concentradores é significativamente reduzida durante os períodos nublados, pois apenas a radiação solar direta é focada.Por isso, esses sistemas atingem a maior eficiência em regiões onde o nível de insolação é particularmente alto: nos desertos, na região equatorial. Para aumentar a eficiência do aproveitamento da radiação solar, os concentradores são equipados com rastreadores especiais, sistemas de rastreamento que garantem a orientação mais precisa dos concentradores na direção do sol.
Como o custo dos concentradores solares é alto e os sistemas de rastreamento exigem manutenção periódica, seu uso é limitado principalmente a sistemas de geração de energia industrial.
Tais instalações podem ser usadas em sistemas híbridos em conjunto, por exemplo, com combustível de hidrocarbonetos, então o sistema de armazenamento reduzirá o custo da eletricidade produzida. Isso se tornará possível, pois a geração será feita 24 horas por dia.
Os concentradores solares de tubo parabólico têm até 50 metros de comprimento, assemelhando-se a uma parábola de espelho alongada. Tal concentrador consiste em um conjunto de espelhos côncavos, cada um dos quais coleta raios paralelos do sol e os focaliza em um ponto específico. Ao longo dessa parábola, está localizado um tubo com um líquido refrigerante, de modo que todos os raios refletidos pelos espelhos sejam focados nele. Para reduzir a perda de calor, o tubo é circundado por um tubo de vidro que se estende ao longo da linha focal do cilindro.
Esses hubs estão dispostos em fileiras na direção norte-sul e certamente estão equipados com sistemas de rastreamento solar. A radiação concentrada na linha aquece o refrigerante a quase 400 graus, passa pelos trocadores de calor, gerando vapor que faz girar a turbina do gerador.
Para ser justo, deve-se notar que uma fotocélula também pode ser localizada no lugar do tubo. No entanto, apesar do tamanho do concentrador poder ser menor com células fotovoltaicas, isso acarreta uma diminuição da eficiência e o problema de superaquecimento, que exige o desenvolvimento de um sistema de refrigeração de alta qualidade.
No deserto da Califórnia, na década de 1980, foram construídas 9 usinas de concentradores cilíndricos parabólicos com capacidade total de 354 MW. A mesma empresa (Luz Internacional) construiu também em Deget uma instalação híbrida SEGS I, com uma capacidade de 13,8 MW, que incluía adicionalmente fornos a gás natural. 80 MW.
O desenvolvimento da produção de energia solar em usinas parabólicas está sendo realizado no Marrocos, México, Argélia e outros países em desenvolvimento com financiamento do Banco Mundial.
Como resultado, os especialistas concluem que hoje as usinas de energia parabólica ficam atrás das usinas de energia solar de torre e disco em termos de lucratividade e eficiência.
Instalações solares de disco - são, como antenas parabólicas, espelhos parabólicos que concentram os raios solares em um receptor localizado no foco de cada uma dessas antenas. Ao mesmo tempo, a temperatura do refrigerante com esta tecnologia de aquecimento atinge 1000 graus. O fluido de transferência de calor é imediatamente alimentado a um gerador ou motor que é combinado com um receptor. Aqui, por exemplo, são utilizados motores Stirling e Brighton, que podem aumentar significativamente o desempenho de tais sistemas, pois a eficiência óptica é alta e os custos iniciais são baixos.
O recorde mundial de eficiência de uma instalação solar de prato parabólico é de 29% de eficiência térmica para elétrica alcançada por uma instalação do tipo prato combinada com um motor Stirling no Rancho Mirage.
Devido ao design modular, os sistemas solares do tipo match são muito promissores, pois permitem atingir facilmente os níveis de potência necessários para usuários híbridos conectados a redes elétricas públicas e independentes. Um exemplo é o projeto STEP, que consiste em 114 espelhos parabólicos com diâmetro de 7 metros localizados no estado da Geórgia.
O sistema produz vapor de média, baixa e alta pressão. O vapor de baixa pressão é fornecido para o sistema de ar condicionado da malharia, o vapor de média pressão é fornecido para a própria malharia e o vapor de alta pressão é fornecido diretamente para a geração de energia elétrica.
Obviamente, os concentradores de discos solares combinados com um motor Stirling são de interesse para os proprietários de grandes empresas de energia. Assim, a Science Applications International Corporation, em colaboração com três empresas de energia, está desenvolvendo um sistema usando um motor Stirling e espelhos parabólicos que será capaz de produzir 25 kW de eletricidade.
Nas usinas solares do tipo torre com receptor central, a radiação solar é focada no receptor, que está localizado no topo da torre…. Um grande número de refletores-heliostatos são colocados ao redor das torres... Os heliostatos são equipados com um sistema de rastreamento solar de dois eixos, graças ao qual eles sempre giram para que os raios fiquem estacionários, concentrados no receptor de calor.
O receptor absorve energia térmica, que então gira a turbina do gerador.
O líquido refrigerante que circula no receptor transporta o vapor para o acumulador de calor. Normalmente, as obras são vapor d'água com temperatura de 550 graus, ar e outras substâncias gasosas com temperatura de até 1000 graus, líquidos orgânicos com baixo ponto de ebulição - abaixo de 100 graus, bem como metal líquido - até 800 graus.
Dependendo da finalidade da estação, o vapor pode acionar uma turbina para gerar eletricidade ou ser utilizado diretamente em algum tipo de produção. A temperatura no receptor varia de 538 a 1482 graus.
A torre de energia Solar One no sul da Califórnia, uma das primeiras desse tipo, originalmente produzia eletricidade por meio de um sistema de água a vapor produzindo 10 MW. Em seguida, passou por uma modernização e o receptor aprimorado, agora trabalhando com sais fundidos e o sistema de armazenamento de calor, tornou-se significativamente mais eficiente.
Isso levou a um avanço na tecnologia de concentrador solar para usinas de torre de bateria: a energia em tal usina pode ser produzida sob demanda, pois o sistema de armazenamento de calor pode armazenar calor por até 13 horas.
A tecnologia de sal fundido torna possível armazenar o calor solar a 550 graus, e a eletricidade agora pode ser produzida a qualquer hora do dia e em qualquer clima. A estação torre "Solar Two" com capacidade de 10 MW tornou-se um protótipo de usinas industriais desse tipo. No futuro — a construção de empreendimentos industriais com capacidade de 30 a 200 MW para grandes empreendimentos industriais.
As perspectivas são colossais, mas o desenvolvimento é dificultado pela necessidade de grandes áreas e pelos altos custos de construção de torres em escala industrial. Por exemplo, para colocar uma estação torre de 100 megawatts, são necessários 200 hectares, enquanto uma usina nuclear capaz de produzir 1.000 megawatts de eletricidade requer apenas 50 hectares. As estações cilíndricas parabólicas (tipo modular) para pequenas capacidades, por outro lado, são mais econômicas do que as torres.
Assim, concentradores de torre e calhas parabólicas são adequados para usinas de 30 MW a 200 MW conectadas à rede. Os hubs de disco modulares são adequados para alimentação autônoma de redes que requerem apenas alguns megawatts. Ambos os sistemas de torre e laje são caros de fabricar, mas oferecem eficiência muito alta.
Como você pode ver, os concentradores parabólicos ocupam uma posição ideal como a tecnologia de concentrador solar mais promissora para os próximos anos.
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