Usinas de Energia Solar Concentrada

Usinas de Energia Solar Concentrada

Utilizam espelhos ou lentes para concentrar a luz solar em um receptor que aquece um fluido, impulsionando uma turbina ou motor para gerar eletricidade.

Uma usina de energia solar concentrada é um sistema CSP de grande escala que utiliza espelhos ou lentes para concentrar a luz solar em um receptor que aquece um fluido, o qual impulsiona uma turbina ou motor para gerar eletricidade. Uma usina de energia solar concentrada consiste em vários componentes, como:

•   Coletores:São dispositivos que refletem ou refratam a luz solar em um receptor. Os coletores podem ser classificados em quatro tipos: parabólicos de valeta, parabólicos de disco, refletores lineares de Fresnel e receptores centrais. As valetas parabólicas são espelhos curvos que concentram a luz solar em um tubo receptor linear que corre ao longo de sua linha focal. Os discos parabólicos são espelhos côncavos que concentram a luz solar em um receptor pontual em seu ponto focal. Os refletores lineares de Fresnel são espelhos planos que refletem a luz solar em um tubo receptor linear acima deles. Os receptores centrais são torres cercadas por uma série de espelhos planos chamados helióstatos que refletem a luz solar em um receptor pontual no topo.

• Receptores:  São dispositivos que absorvem a luz solar concentrada e transferem-na para um fluido de transferência de calor (HTF). Os receptores podem ser classificados em dois tipos: receptores externos e internos. Os receptores externos estão expostos à atmosfera e têm perdas de calor elevadas devido à convecção e radiação. Os receptores internos estão encerrados em uma câmara de vácuo e têm perdas de calor baixas devido ao isolamento e evacuação.

• Fluidos de transferência de calor: São fluidos que circulam pelos receptores e transportam o calor dos coletores para o bloco de potência. Os fluidos de transferência de calor podem ser classificados em dois tipos: fluidos térmicos e sais fundidos. Os fluidos térmicos são líquidos orgânicos, como óleos sintéticos ou hidrocarbonetos, que têm pontos de ebulição altos e pontos de congelamento baixos. Os sais fundidos são compostos inorgânicos, como nitrato de sódio ou nitrato de potássio, que têm alta capacidade de calor e baixa pressão de vapor.

• Bloco de potência: É onde a eletricidade é gerada a partir do calor usando uma turbina ou motor acoplado a um gerador. O bloco de potência pode ser classificado em dois tipos: ciclo a vapor e ciclo Brayton. O ciclo a vapor usa água como HTF e produz vapor que impulsiona uma turbina a vapor conectada a um gerador elétrico. O ciclo Brayton usa ar como HTF e produz ar quente que impulsiona uma turbina a gás conectada a um gerador elétrico.

• Sistema de armazenamento: É onde o calor excedente é armazenado para uso posterior quando não há luz solar ou quando há demanda de carga elevada. Os sistemas de armazenamento podem ser classificados em dois tipos: armazenamento de calor sensível e armazenamento de calor latente. O armazenamento de calor sensível usa materiais, como rochas, água ou sais fundidos, que armazenam calor aumentando sua temperatura sem mudar de fase. O armazenamento de calor latente usa materiais, como materiais de mudança de fase (PCMs) ou materiais termoquímicos (TCMs), que armazenam calor mudando de fase ou estado químico sem alterar sua temperatura.

  
  

A disposição de uma usina de energia solar concentrada depende de vários fatores, como condições do local, tamanho do sistema, objetivos de design e requisitos da rede. No entanto, uma disposição típica consiste em três partes principais: campo de coleta, bloco de potência e sistema de armazenamento.

O campo de coleta inclui os coletores, receptores e HTFs que coletam e transportam calor da luz solar.O bloco de potência inclui as turbinas, motores,geradores e outros equipamentos que convertem calor em eletricidade.O sistema de armazenamento inclui tanques, recipientes e outros dispositivos que armazenam calor para uso posterior.

A operação de uma usina de energia solar concentrada depende de vários fatores, como condições climáticas, demanda de carga e status da rede. No entanto, uma operação típica consiste em três modos principais: modo de carregamento, modo de descarga e modo de conexão à rede.

O modo de carregamento ocorre quando há excesso de luz solar e baixa demanda de carga. Neste modo, os coletores concentram a luz solar nos receptores que aquecem o HTF. O HTF então flui para o bloco de potência ou o sistema de armazenamento, dependendo da configuração do sistema e da estratégia de controle.

O modo de descarga ocorre quando não há luz solar ou há demanda de carga elevada. Neste modo, o HTF flui do sistema de armazenamento para o bloco de potência, onde produz vapor ou ar quente que impulsiona a turbina ou motor para gerar eletricidade.

O modo de conexão à rede ocorre quando há disponibilidade de rede e tarifas favoráveis. Neste modo, a eletricidade gerada pelo bloco de potência pode ser alimentada na rede através de um transformador e um interruptor. O modo de conexão à rede também pode ocorrer quando há uma interrupção na rede e é necessária energia de backup. Neste modo, a eletricidade gerada pelo bloco de potência pode ser utilizada pelas cargas através de um inversor e um interruptor.