CENTRO UNIVERSITÁRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS

Curso de graduação em Engenharia Elétrica

PROJETO INTERDISCIPLINAR

ENERGIA SOLAR CONCENTRADA

Amilton Mackson Torres de Lima e Silva

Givago Xavier Ferreira da Costa

Hediôneton de Jesus Ferreira da Silva

Igor Henrique Freitas Faustino

Laura Pacheco Torres Silva

Coronel Fabriciano

Novembro de 2013

Amilton Mackson Torres de Lima e Silva

Givago Xavier Ferreira da Costa

Hediôneton de Jesus Ferreira da Silva

Igor Henrique Freitas Faustino

Laura Pacheco Torres Silva

ENERGIA SOLAR CONCENTRADA

Relatório referente ao projeto

interdisciplinar realizado pelos

alunos do 6° período do curso de

Engenharia Elétrica do Centro

Universitário do Leste de Minas

Gerais – Unileste/MG, sob a

orientação do professor Manuel Camela

Rafael.

Coronel Fabriciano

Novembro de 2013

RESUMO

Este trabalho apresenta um breve estudo sobre energia solar

concentrada. Primeiramente é apresentada a introdução, onde é

abordada a importância da geração de energia renovável nos

dias atuais, logo após é inserida a fundamentação teórica em

que se baseia este trabalho, levantando os aspectos

importantes relacionados ao assunto. Então uma conclusão

acerca dos fatos abordados encerra o trabalho, seguidos das

referências bibliográficas em que se baseia este.

Palavras chave: energia solar concentrada; energia renovável.

SUMÁRIO

RESUMO.......................................................2

1. INTRODUÇÃO................................................4

2. OBJETIVOS.................................................5

3. METODOLOGIA...............................................6

4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.....................................7

5. ESTUDO DE CASO...........................................26

6. ANÁLISE E DISCURSÃO FINAL................................27

7. CONCLUSÃO................................................28

REFERÊNCIAS.................................................29

4

1. INTRODUÇÃO

Com o crescimento da atividade industrial, da população

mundial e o surgimento de novas tecnologias em diferentes

setores, a demanda por energia elétrica é crescente em todas

as partes do planeta. Torna-se então necessário a construção

de novas instalações de geração de eletricidade para suprir

esta necessidade.

A geração de energia elétrica por meios convencionais causam

grandes impactos ambientais, seja por meio de inundações de

grandes áreas por meio da necessidade de se represar água para

hidrelétricas, ou a emissão de CO2 provenientes da queima de

combustíveis fósseis nas termoelétricas, ou a contaminação da

água e solo por radiação gerada por acidentes em usinas

nucleares como recentemente ocorreu no Japão.

Um método de geração de energia renovável pouco difundido no

Brasil, mas que possui grande potencial são os sistemas de

energia solar concentrada, no qual coletores concentradores

focam a radiação proveniente do sol para fornecer vapor a uma

turbina, produzindo assim eletricidade.

5

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo geral

Este trabalho visa oferecer aos alunos conhecimentos

teórico sobre a geração de energia elétrica renovável

por meio dos sistemas de energia solar concentrada, em

que se fundamentam estes sistemas e como esta

tecnologia pode ser aplicada.

2.2 Objetivo específico

Conhecer o sistema de energia solar concentrada e

seus aspectos.

Incentivar a pesquisa por fontes de energia

renováveis.

6

3. METODOLOGIA

A metodologia utilizada neste estudo foi a pesquisa

bibliográfica. Desenvolveu-se este trabalho a partir de textos

bases em língua estrangeira e com auxilio de pesquisas na

internet pode-se desenvolver este documento com o intuito de

se atender a proposta de pesquisa.

7

4. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

4.1 Radiação solar

Todas as substâncias, corpos sólidos, bem como líquidos

e gases a temperatura acima do zero absoluto, libertam

energia na forma de ondas eletromagnéticas. A radiação

que é importante para aplicações de energia solar que é

emitida pelo sol dentro das regiões do ultravioleta,

visível e infravermelho. Portanto, o comprimento de onda

da radiação que é importante para aplicações de energia

solar está entre 0,15 e 3,0 μm. Os comprimentos de ondana região visível ao olho humano estão entre 0,38 e 0,72

μm.

4.2 Radiação térmica

Radiação térmica é uma forma de emissão e transmissão de

energia que depende inteiramente da característica de

temperatura da superfície emissiva. Não há um meio de

transporte físico como nos outros modos de transmissão

de calor, ou seja, a condução e convecção. A radiação

térmica é de fato uma onda eletromagnética que se

desloca à velocidade da luz (C = 300.000 km/s no vácuo).

8

Esta velocidade está relacionada com o comprimento de

onda (λ) e frequência (υ) da radiação, como dada pela

seguinte equação: (KALOGIROU, 2009).

C=λν

Quando um feixe de radiação térmica é incidido sobre a

superfície de um corpo, uma parte se reflete para longe

da superfície, uma parte é absorvida, e uma parte é

transmitida através do corpo. As diferentes propriedades

associadas a este fenómeno são a fracção de radiação

refletida, chamada refletividade (ρ); a fracção de

radiação absorvida, chamada absortividade (α); e a fração

de radiação transmitida, chamada transmissividade (τ). As

três grandezas estão relacionadas pela seguinte equação:

(KALOGIROU, 2009).

ρ+α+τ=1

A maioria dos corpos sólidos são opacos. De modo que τ=0

e ρ+α=1. Se um corpo absorve toda a radiação térmica

incidida sobre ele de tal modo que ρ+τ=0, e α=1,

independentemente do caráter espectral ou preferência

direcional da radiação incidente, este é chamado de

9

corpo negro. Esta é uma idealização hipotética que não

existe na realidade (KALOGIROU, 2009).

Um corpo negro não é apenas um perfeito absorvedor, é

também caracterizado por um limite superior para a

emissão de radiação térmica. A energia emitida por um

corpo negro é uma função da sua temperatura e não é

distribuída uniformemente sobre todo o comprimento de

onda. A taxa de emissão de energia por unidade de área a

um determinado comprimento de onda é denominado o poder

emissivo monocromático. Max Planck foi o primeiro a

obter uma relação funcional para o poder emissivo

monocromático de um corpo negro, em termos de

temperatura e de comprimento de onda. Isso foi feito

usando a teoria quântica, e a equação resultante,

chamada equação de radiação do corpo negro de Planck, é

dada por: (KALOGIROU, 2009).

Ebλ=C1

λ5(eC2/λT−1)

Onde

Ebλ=¿Poder emissivo monocromático de um corpo negro

(W/m2-μm). T=¿Temperatura do corpo (K).

λ=¿Comprimento (μm)

10

C1=¿Constante = 3.74*108 W-μm4/m2

C2=¿Constante = 1.44*104 μm-K

Figura 1: Poder emissivo espectral de um corpo negro em função do comprimento deonda.

Diferenciando a equação acima e igualando a zero, o

comprimento de onda correspondendo ao máximo da

distribuição pode ser obtido e é igual a λmaxT=2897.8μm-

K. Isto é conhecido como lei do deslocamento de Wien.

O poder emissivo total Eb, e do poder emissivo

monocromático, Ebλ, de um corpo negro são relacionados

por:

11

Eb=∫0

∞

Ebλdλ

Substituindo a equação do poder emissivo monocromático,

Ebλ, na equação do poder emissivo total, Eb, e realizando

a integração, resulta na lei de Stefan-Boltzmann:

Eb=σT4

Onde σ é a constante de Stefan-Boltzmann e é igual a5.6697*10-8 W/m2-K4.

Um corpo negro é também um emissor difuso perfeito,

então a sua intensidade de radiação, Ib, é uma constante

em todas as direções, dado por:

Eb=πIb

As superfícies reais emitem menos energia do que os

corpos negros correspondentes. A relação entre do poder

emissivo total, E, de uma superfície real para o poder

12

emissivo total, Eb, de um corpo negro, ambos com a mesma

temperatura, e chamada de emissividade (ε) de uma

superfície real; isto é: (KALOGIROU, 2009).

ε=EEb

Expressando a equação dependendo do comprimento pode-se

expressa-la por:

ελ=EλEbλ

A lei de Kirchoff dos estados de radiação que, ou

qualquer superfície em equilíbrio térmico, a

emissividade monocromática é igual à absortividade

monocromática (αλ):

ελ (T)=αλ(T)

A temperatura (T) é usada na equação para enfatizar que

esta equação aplica-se apenas quando a temperatura da

13

fonte da radiação incidente e do próprio corpo são as

mesmas. Deve-se notar, portanto, que a emissividade de

um corpo sobre a terra (em temperatura normal) não pode

ser igual à radiação solar (emitida a partir do sol a T

= 5760 K). A equação pode então ser generalizada como:

(KALOGIROU, 2009).

ε (T)=α(T)

Esta equação refere-se à emissividade total e capacidade

de absorção ao longo de todo comprimento de onda. Esta

generalização, no entanto, é estritamente válida apenas

se a radiação incidente e emitida tem, além do

equilíbrio de temperatura nas superfícies, a mesma

distribuição espectral. Tais condições são raramente

conhecidas na vida real; para simplificar a análise dos

problemas de radiação, no entanto, a hipótese de que as

propriedades monocromáticas são constantes ao longo do

comprimento de onda é muitas vezes feita. Tal corpo com

estas características é chamado um corpo cinzento.

(KALOGIROU, 2009).

A taxa total de energia radiante, deixando uma

superfície por unidade de área e chamada de radiosidade

(J), dada por:

14

J=εEb+ρH

Onde

Eb=¿Poder emissivo do corpo negro por unidade de área

(W/m2).

H=¿Irradiação incidente na superfície por unidade de

área (W/m2).

ε=¿Emissividade da superfície.

ρ=¿Refletividade da superfície.

Uma superfície real é tanto um emissor difuso e um

refletor difuso e, por conseguinte, tem radiosidade

difusa, ou seja, a intensidade da radiação a partir

desta superfície (I) é constante em todas as direções.

Portanto, a equação seguinte é usada para uma superfície

Real: (KALOGIROU, 2009).

J=πI

4.3 Troca de radiação entre superfícies

15

Quando se estuda a energia radiante trocada entre duas

superfícies separadas por um meio não absorvente, deve-

se considerar não só a temperatura das superfícies e as

suas características, mas também a sua orientação

geométrica com respeito um ao outro. Os efeitos da

geometria da troca de energia radiante podem ser

analisados convenientemente pela definição do fator de

termo vista, F12, para ser fração da radiação que sai da

superfície A1, e que alcança a superfície A2. Se as duas

superfícies forem negras, a radiação que sai de A1 e

chega à superfície A2 é Eb1A1F12, e a radiação que sai da

superfície A2 e chega à superfície A1 é Eb2A2F21. Se ambas

as superfícies forem negras e absorverem toda radiação

incidente sobre elas, a troca de radiação líquida é dada

por: (KALOGIROU, 2009).

Q12=Eb1A1F12−Eb2A2F21

Se as duas superfícies estiverem com a mesma

temperatura, Eb1=Eb2 e Q12=0. Assim:

A1F12=A2F21

Deve-se notar que é estritamente geométrica por natureza

e válido para todos os emissores difusos,

16

independentemente das suas temperaturas. Portanto, a

troca de radiação líquida entre duas superfícies negras

é dada por:

Q12=A1F12 (Eb1−Eb2 )=A2F21 (Eb1−Eb2 )

Esta equação pode ser escrita como:

Q12=A1F12σ (T14−T2

4)=A2F21σ (T14−T24 )

Onde T1 e T2 são as temperaturas das superfícies A1 e A2,

respectivamente. Como o termo (Eb1−Eb2 ) é a diferença deenergia potencial que causa a transferência de calor,

com analogia a um circuito elétrico, os termos 1/A1F12 =

1/A2F21 representam as resistências devidas às

configurações geométricas das superfícies.

Quando as superfícies que não são negras estão

envolvidas em uma troca de radiação, a situação é mais

complexa, porque várias reflexões de cada superfície

devem ser tomadas em consideração. Para o simples caso

de superfícies opacas cinzas, para os quais ε=α, a

17

refletividade ρ=1−α=1−ε. A radiosidade (J), para cada

superfície é dada por: (KALOGIROU, 2009).

J=εEb−ρH=εEb+(1+ε)H

A energia radiante líquida deixando a superfície é a

diferença entre o radiosidade, J, que deixa a

superfícies e a irradiação, H, incidente sobre a

superfície; isto é,

Q=A(J−H)

Combinando as equações e eliminando a irradiação H

resulta em:

Q=A(J−J−εEb1−ε )= Aε

1−ε (Eb−J)

Portanto, a energia radiante líquida deixando uma

superfície cinzenta pode ser considerada como a corrente

numa rede eléctrica equivalente, quando uma diferença de

potencial (Eb−J) é posta sobre um resistência (1 - ε)/Aε.

Esta resistência é devida à imperfeição da superfície

18

como um emissor e um absorvedor de radiação em

comparação com uma superfície de um corpo negro.

(KALOGIROU, 2009).

Ao considerar a troca de energia radiante entre duas

superfícies cinzentas, A1 e A2, a radiação que deixa A1 e

chega à A2 é J1A1F12. Igualmente, a radiação que deixa a

superfície A2 e chega à superfície A1 é J2A2F21. A troca

de radiação líquida entre as duas superfícies é dada

por: (KALOGIROU, 2009).

Q12=J1A1F12−J2A2F21=A1F12 (J1−J2)=A2F21 (J1−J2)

Portanto, devido à orientação geométrica que se aplica

entre os dois potenciais, J1 e J2, quando duas

superfícies cinza trocam energia radiante, a resistência

1/A1F12 = 1/A2F21. Um circuito elétrico equivalente para as

duas superfícies cinza é mostrado na figura abaixo.

Figura 2: Circuito equivalente a troca de radiação entre duas superfícies cinza.

19

Ao combinar a resistência superficial, (1 - ε)/Aε paracada superfície e a resistência geométrica, 1/A1F12 =

1/A2F21, entre as superfícies, a taxa líquida de troca de

radiação entre as duas superfícies é igual à diferença

de potencial total dividido pela soma das resistências,

dada por: (KALOGIROU, 2009).

Q12=Eb1−Eb2

[ (1−ε1)A1ε1 ]+ 1

A1F12+[ (1−ε2)

A2ε2 ]=

σ(T14−T2

4)

[(1−ε1)

A1ε1 ]+ 1A1F12

+[(1−ε2)

A2ε2 ]

Em aplicações de energia solar, as seguintes orientações

geométricas entre duas superfícies são de particular

interesse.

A. Para duas superfícies paralelas infinitas, A1=A2=A e

F12=1 tem-se que:

Q12=Aσ (T1

4−T24)

(1 /ε1 )+(1 /ε1 )−1

B. Para dois cilindros concêntricos, F12=1 tem-se que:

20

Q12=Aσ (T1

4−T24)

(1 /ε1 )+(A1/A2) [(1 /ε1 )−1]

C. Para uma pequena superfície convexa, A1, totalmente

fechado por uma grande superfície côncava, A2, A1<A2

and F12=1, tem-se que:

Q12=A1ε1σ (T14−T2

4)

A última equação aplica-se igualmente para um coletor de

cobertura de placa plana, irradiada para o ambiente,

enquanto que B é aplicável no caso da análise de um

coletor receptor cilíndrico parabólico onde o tubo

receptor é colocado em um cilindro de vidro.

Como pode ser visto a partir das equações anteriores, a

taxa de transferência de calor por radiação entre as

superfícies depende da diferença da quarta potência das

temperaturas superficiais. Em muitos cálculos de

engenharia, no entanto, as equações de transferência de

calor são linearizadas em termos das diferenças das

temperaturas à primeira potência. Para este efeito, a

21

seguinte identidade matemática é usada: (KALOGIROU,

2009).

T14−T24=(T1

2−T22 )(T12+T2

2)=(T1−T2) (T1+T2) (T12+T22)

Assim, a troca de radiação entre duas superfícies pode

ser obtida por:

Q12=A1hr (T1−T2 )

Com o coeficiente de transferência de calor por

radiação, hr, definido como:

hr=σ (T1+T2 )(T1

2+T22)

1−ε1

ε1+1F12

+A1

A2(1−ε2

ε2 )

Para os casos especiais mencionados anteriormente, as

expressões para hr são as seguintes:

A.

22

hr=σ (T1+T2 ) (T1

2+T22)

1ε1

+1ε2

−1

B.

hr=σ (T1+T2 ) (T1

2+T22)

1ε1

+A1

A2 ( 1ε2−1)

C.

hr=ε1σ (T1+T2 ) (T12+T22 )

Deve notar-se que a utilização destas equações de

radiação linearizadas em termos de hr é muito

conveniente, quando o método de circuito equivalente é

utilizado para analisar os problemas que envolvem a

condução e / ou convexão além da radiação. (KALOGIROU,

2009).

O coeficiente de transferência de calor por radiação, hr,

é tratado de forma semelhante ao coeficiente de

transferência de calor por convecção, hc, num circuito

eléctrico equivalente. Em tal caso, um coeficiente de

transferência de calor combinado pode ser usado, dado

por: (KALOGIROU, 2009).

23

hcr=hc+hr

Nesta equação, assume-se que a diferença de temperatura

linear entre o fluido do ambiente e as paredes do

invólucro e a superfície e as substâncias do invólucro

estão à mesma temperatura. (KALOGIROU, 2009).

4.4 Radiação total em superfícies inclinadas

Normalmente, os coletores não são instalados

horizontalmente, mas em um ângulo para aumentar a

quantidade de radiação interceptada e reduzir as perdas

refletidas. Por isso, os projetistas de sistemas

precisam de dados sobre a radiação solar em tais

superfícies. Dados de radiação medidos ou estimados, no

entanto, são na sua maioria disponíveis para incidência

normal ou para superfícies horizontais. Portanto, existe

a necessidade de converter estes dados à radiação nas

superfícies inclinadas. (KALOGIROU, 2009).

A quantidade de insolação sobre uma superfície terrestre

num determinado local para um dado tempo depende da

orientação e inclinação da superfície. Uma superfície

24

plana absorve um feixe direto (GBt), difuso (GDt), e a

radiação solar refletida no solo (G¿); assim a radiação

total absorvida é dada por:

Gt=GBt+GDt+G¿

A radiação solar sobre superfícies inclinadas é

GBt=GBncos (θ)

A radiação solar sobre superfícies na horizontal é

GB=GBncos (Φ)

Onde

GBt=¿ Feixe de radiação sobre uma superfície inclinada

(W /m2 )

GB=¿ Feixe de radiação sobre uma superfície horizontal

(W /m2 )

Conclui-se que,

25

RB=GBtGB

=cos (θ)cos (Φ)

Onde RB é chamado de fator de inclinação do feixe de

radiação. O termo cos (θ) pode ser calculado a partir de

GBt e o termo cos (Φ) pode ser calculado a partir de GB.

Para o caso específico de uma superfície fixa orientada

para o sul com ângulo de inclinação β, temos que:

RB=sin (L−β )sin (δ)+cos (L−β )cos (δ )cos (h)

sin (L)sin (δ)+cos (L )cos (δ)cos (h)

Figura 3: Feixe de radiação sobre as superfícies horizontais e inclinadas.

4.5 Energia solar concentrada (concentrating solar power - CSP)

26

Os sistemas de energia solar concentrada usam

combinações de espelhos ou lentes (denominados

coletores), que rastreiam o sol para concentrar a

radiação solar do feixe direto, sobre um receptor onde a

energia solar é absorvida como calor para em seguida ser

convertida em eletricidade.

O termo “energia solar concentrada” é muitas vezes usado

como sinônimo de

‘Concentração de energia solar térmica’.

4.6 Coletores solares

Coletores solares são trocadores de calor que

transformam radiação solar em calor. O coletor capta a

radiação solar, a converte em calor, e transfere esse

calor para um fluido (ar, água ou óleo em geral)

(KALOGIROU, 2009).

Os coletores podem ser basicamente de dois tipos: não

concentradores e concentradores. Os coletores não

concentradores possuem a mesma área de abertura

(área para interceptação e absorção da radiação) e são

aplicáveis para sistemas que necessitem de baixa

27

temperatura. Em aplicações que demandem temperaturas

mais elevadas, são mais adequados os concentradores

solares, que possuem em geral uma superfície refletora

(em alguns modelos são utilizadas lentes) que direcionam

a radiação direta a um foco, onde há um receptor pelo

qual escoa o fluido absorvedor de calor (KALOGIROU,

2009).

Os coletores solares ainda podem ser classificados em

estacionários ou rastreadores. Dentre os rastreadores,

os coletores podem rastrear em um eixo ou em dois eixos

(KALOGIROU, 2009).

Os coletores solares com concentração podem ser

utilizados em diferentes sistemas para geração de

energia elétrica. Os principais tipos de sistema

encontram-se listados na tabela 1.

Tabela 1: Características de diferentes tecnologias CSP

Tecnologia

Faixa de

capacidade

indicada

(MW)

Taxa de

concentraçã

o

Eficiência

solar-

elétrica

(%)

Área

requerida

(m2/kW)*

Parabólico 10-200 70-80 10-15 18Fresnel 10-200 25-100 9-11 -Torre 10-150 300-1000 8-10 21

28

Disco 0,001-0,4 1000-3000 16-18 20Dados: KALOGIROU (2009), *BEERBAUM E WEINREBE (2000).

2.3.1 Coletores cilíndricos parabólicos

Os coletores cilíndricos parabólicos são revestidos por

um material refletor em formato parabólico. Ao longo da

linha de foco do refletor parabólico é colocado um tubo

metálico preto, coberto por um tubo de vidro para evitar

perdas de calor, denominado receptor (KALOGIROU, 2009).

Quando a parábola aponta para o sol, os raios diretos do

sol são refletidos pela superfície e concentrados no

receptor. A radiação concentrada aquece o fluido que

circula internamente no tubo. (KALOGIROU, 2009).

É comum serem construídos com sistema de rastreamento de

um eixo, podendo ser orientados no sentido Leste-Oeste

com rastreamento do sol de norte a sul, ou no sentido

29

norte-sul rastreando o sol de leste a oeste (KALOGIROU,

2009).

Os concentradores parabólicos são a mais madura

tecnologia solar de geração de calor e permitem o

aquecimento de fluidos a temperaturas de até 400ºC. A

energia deste fluido pode ser usada para geração

elétrica ou para calor de processo (KALOGIROU, 2009).

2.3.2 Coletor Fresnel

Os coletores Fresnel têm duas variações: o coletor

Fresnel de lentes e o refletor linear Fresnel. O

primeiro consiste de um material plástico transparente

de modo a concentrar os raios a um receptor, enquanto o

segundo é formado por uma série de tiras planas lineares

de espelho (KALOGIROU, 2009).

O refletor linear Fresnel pode ter diferentes arranjos.

Os espelhos podem ser alinhados como uma parábola. Outro

arranjo possível é à disposição das tiras de espelho no

chão (ou em outro terreno plano) e a luz ser concentrada

em um receptor linear montado em uma torre (KALOGIROU,

2009).

30

Uma desvantagem do refletor linear Fresnel é o cuidado

necessário no projeto para evitar que um espelho cause

sombra em outro, aumentando o tamanho da área a ser

ocupada pela planta (KALOGIROU, 2009).

Os modelos Fresnel não são ainda uma tecnologia madura e

a maior parte das plantas existentes no mundo são

plantas piloto, com algumas poucas plantas comerciais de

baixa potência (de 1 a 5 MW) em operação nos EUA e na

Espanha (KALOGIROU, 2009).

2.3.3 Disco parabólico

O disco parabólico é um concentrador de foco pontual. O

disco rastreia o sol em dois eixos, e assim é capaz de

apontar diretamente para o sol desde o nascer até o

poente (KALOGIROU, 2009).

Por possuir uma concentração pontual e sistema de

rastreamento em dois eixos, o disco parabólico possui as

maiores taxas de concentração (600 a 2000) e por essa

razão é o coletor mais eficiente. Consequentemente,

31

atinge temperaturas mais altas (de 100°C a 1500°C),

atrás apenas da torre de concentração (que pode atingir

até 2000°C) (KALOGIROU, 2009).

O disco pode operar de forma independente (indicado para

uso em regiões isoladas) ou como parte de uma planta

composta por vários discos (KALOGIROU, 2009).

Os raios solares incidem sobre a parábola e são

concentrados no ponto focal da parábola, onde aquecem o

fluido circulante. Esse calor pode ser usado de duas

maneiras (KALOGIROU, 2009):

Ser transportado por tubulação para um sistema

central;

Ser transformado diretamente em eletricidade em um

gerador acoplado diretamente no receptor (o mais

comum é que o gerador opere de acordo com o ciclo

Stirling, apesar de existirem outras configurações

possíveis). Por esta razão o Concentrador em disco

também é chamado de dish-stirling.

O segundo modelo é o mais comum. Em geral é mais

interessante tanto técnica (devido a perdas térmicas)

quanto economicamente gerar eletricidade em cada disco,

do que conduzir o calor de cada disco até um sistema de

geração central (KALOGIROU, 2009).

32

2.3.4 Torre central

Um campo de coletores de heliostatos é composto de

vários espelhos planos (ou levemente côncavos), capazes

de rastrear o sol em dois eixos, e que reflete os raios

do sol na direção de um receptor central, instalado no

alto de uma torre, sendo assim, esse tipo de planta é

conhecida como torre de concentração (KALOGIROU, 2009).

Cada heliostato é composto por quatro espelhos

instalados no mesmo pilar, com área refletora total de

50 a 150m² (KALOGIROU, 2009).

O calor concentrado absorvido no receptor é transferido

para um fluido circulante que pode ser armazenado e/ou

utilizado para produzir trabalho (KALOGIROU, 2009).

A torre de concentração possui algumas vantagens

(KALOGIROU, 2009):

Os espelhos coletam a luz solar e a concentram em

um único receptor, minimizando assim o transporte

de energia térmica;

33

Assim como o concentrador em disco, por concentrar

os raios solares em um único receptor central e por

rastrear o sol em dois eixos, possui altas taxas de

concentração, de 300 a 1500, menor apenas que o

disco;

Indicados para sistemas de maior porte (de 10 MW

para cima).

34

5. ESTUDO DE CASO

Estimativa do fator de inclinação do feixe de radiação para

uma superfície localizada a 35° N, com uma inclinação de 45°

do coletor, uma inclinação solar em relação à Terra que

corresponde δ = - 4,8° (A inclinação solar depende da estaçãodo ano, do dia, do horário e da localização), com um ângulo do

horário solar igual a 30° (h=30°). Se o feixe de radiação de

incidência normal é de 900 W/m2 (GB), estima-se o feixe de

radiação sobre a superfície inclinada como:

RB=sin (L−β )sin (δ)+cos (L−β )cos (δ )cos (h)

sin (L)sin (δ)+cos (L )cos (δ)cos (h)

RB=sin (30−45)sin (−4,8)+cos (35−45)cos (−4,8 )cos (30)

sin (35)sin (−4,8)+cos (35)cos (−4,8)cos (30)

RB=1,312

Então;

GBt=GBnRB

GBt=900∗1,312

35

GBt=1181W /m2

36

6. ANÁLISE E DISCURSÃO FINAL

O aumento do uso de fontes de energias não renováveis pode

provocar e já causam graves danos ao meio ambiente. A energia

solar é uma importante alternativa para a geração de

eletricidade que oferece vantagens ecológicas e econômicas.

A quantidade de países que estão investindo nesta tecnologia

renovável de geração de energia cresce a cada dia, como é o

caso Estados Unidos e recentemente os Emirados Árabes Unidos

que construíram a maior usina de concentração solar do planeta

com capacidade de gerar 100MW, os suficiente para atender 20

mil residências1. Países europeus com menos potencial de

geração que o Brasil, já a algum tempo investem nesta

tecnologia.

Tendo em vista as vantagens ambientais e sociais que a

implantação deste sistema proporcionaria ao país, incentivos

deveriam ser criados para que desenvolvimento e

sustentabilidade caminhem juntos em favor da sociedade e do

planeta.

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7. CONCLUSÃO

Com realização deste trabalho pode-se compreender o processo

de geração de energia elétrica por meio da concentração de

energia solar térmica. Obteve-se uma visão geral do processo,

desde a fonte de radiação térmica até os coletores que

concentram a radiação e a converte em calor, assim sendo

absorvida por um fluido que é conduzido a uma turbina para que

se gere eletricidade.

Os conhecimentos adquiridos com a realização deste poderão ser

de grande utilidade para concepção de projetos futuros, por se

tratar de uma forma de geração de energia renovável, que ainda

é pouco aproveitada no Brasil, mas que possui previsões de

grandes investimentos nos próximos anos devido ao imenso

potencial do país.

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REFERÊNCIAS

GOSWAMI, Y.; KREITH, F.; KREIDER, J. F. Principles of Solar

Engineering. 2° ed. Philadelphia: Taylor & Francis. 1999. 697

p.

KALOGIROU, SOTERIS. Solar Energy Engineering: Processes and

Systems. 1° ed. London: Elsevier Inc. 2009. 756 p.

DUFFIE, J. A.; BECKMAN, W. A. Solar Engineering of Thermal

Processes. 2° ed. New York. 1980. 469 p.