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    Como funciona a energia solar térmica
    A energia solar térmica continua funcionando mesmo quando o sol se põe. Veja mais fotos de vida verde. AP Photo / SkyFuel, Jack Dempsey

    A maioria de nós não pensa muito sobre de onde vem nossa eletricidade, apenas que está disponível e abundante. Eletricidade gerada pela queima de combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás natural, emite dióxido de carbono, óxidos de nitrogênio e óxidos de enxofre - gases que os cientistas acreditam que contribuem para a mudança climática. Energia solar térmica (calor) é um livre de carbono, alternativa renovável à energia que geramos com combustíveis fósseis como carvão e gás. Isso não é uma coisa do futuro, qualquer. Entre 1984 e 1991, os Estados Unidos construíram nove dessas fábricas no deserto de Mojave, na Califórnia, e hoje eles continuam a fornecer uma capacidade combinada de 354 megawatts anualmente, potência usada em 500, 000 lares na Califórnia [fonte:Hutchinson]. Poder confiável, em que. Em 2008, quando seis dias de pico de demanda afetaram a rede elétrica e trouxeram interrupções de eletricidade na Califórnia, essas usinas de energia solar térmica continuaram a produzir a 110% da capacidade [fonte:Kanellos].

    Quer saber onde a tecnologia tem estado desde então? Na década de 1990, quando os preços do gás natural caíram, o mesmo aconteceu com o interesse pela energia solar térmica. Hoje, no entanto, a tecnologia está pronta para um retorno. É estimado pelos Laboratórios Nacionais de Energia Renovável dos EUA que a energia solar térmica pode fornecer centenas de gigawatts de eletricidade, igual a mais de 10% da demanda nos Estados Unidos [fonte:LaMonica].

    Tire a imagem dos painéis solares de sua cabeça - esse tipo de demanda vai exigir usinas de energia. Existem duas formas principais de gerar energia a partir do sol. Fotovoltaico ( PV ) e concentração solar térmica ( CST ), também conhecidas como tecnologias de concentração de energia solar (CSP).

    O PV converte a luz solar diretamente em eletricidade. Essas células solares são normalmente encontradas alimentando dispositivos como relógios, óculos de sol e mochilas, bem como fornecer energia em áreas remotas.

    A tecnologia solar térmica é em grande escala em comparação. Uma grande diferença do PV é que as usinas de energia solar térmica geram eletricidade indiretamente. O calor dos raios solares é coletado e usado para aquecer um fluido. O vapor produzido a partir do fluido aquecido alimenta um gerador que produz eletricidade. É semelhante à maneira como as usinas de combustível fóssil funcionam, exceto que o vapor é produzido pelo calor coletado, e não pela combustão de combustíveis fósseis.

    Conteúdo
    1. Sistemas Solares Térmicos
    2. Calor Solar Térmico
    3. Estufas Solares Térmicas
    4. Chaminés térmicas solares

    Sistemas Solares Térmicos

    Calhas parabólicas, como esses usados ​​no Colorado, concentrar a energia do sol em altas temperaturas. AP Photo / SkyFuel, Jack Dempsey

    Existem dois tipos de sistemas solares térmicos:passivos e ativos. Um sistema passivo não requer nenhum equipamento, como quando o calor aumenta dentro do carro quando ele fica estacionado ao sol. Um sistema ativo requer alguma forma de absorver e coletar a radiação solar e armazená-la.

    Usinas de energia solar térmica são sistemas ativos, e embora existam alguns tipos, existem algumas semelhanças básicas:os espelhos refletem e concentram a luz do sol, e os receptores coletam essa energia solar e a convertem em energia térmica. Um gerador pode então ser usado para produzir eletricidade a partir dessa energia térmica.

    O tipo mais comum de usinas de energia solar térmica, incluindo aquelas plantas no deserto de Mojave, na Califórnia, use um calha parabólica design para coletar a radiação do sol. Esses coletores são conhecidos como sistemas concentradores lineares, e os maiores são capazes de gerar 80 megawatts de eletricidade [fonte:Departamento de Energia dos EUA]. Eles têm a forma de um half-pipe que você veria usado para snowboard ou skate, e ter linear, refletores em forma parabólica cobertos com mais de 900, 000 espelhos alinhados de norte a sul e capazes de girar para seguir o sol conforme ele se move de leste a oeste durante o dia. Por causa de sua forma, este tipo de planta pode atingir temperaturas operacionais de cerca de 750 graus F (400 graus C), concentração dos raios solares de 30 a 100 vezes sua intensidade normal em tubos de fluido de transferência de calor ou água / vapor [fonte:Energy Information Administration (em inglês)]. O fluido quente é usado para produzir vapor, e o vapor então gira uma turbina que alimenta um gerador para produzir eletricidade.

    Embora os projetos de calhas parabólicas possam funcionar com potência total como usinas de energia solar, eles são mais frequentemente usados ​​como um híbrido de combustível solar e fóssil, adicionar capacidade de combustível fóssil como reserva.

    Sistemas de torre de energia solar são outro tipo de sistema solar térmico. Torres de energia contam com milhares de heliostatos , que são grandes, espelhos planos de rastreamento do sol, para focar e concentrar a radiação do sol em um único receptor montado em uma torre. Como vales parabólicos, fluido de transferência de calor ou água / vapor é aquecido no receptor (torres de energia, no entanto, são capazes de concentrar a energia do sol tanto quanto 1, 500 vezes), eventualmente convertido em vapor e usado para produzir eletricidade com uma turbina e gerador.

    Projetos de torres de energia ainda estão em desenvolvimento, mas um dia poderão ser realizados como usinas conectadas à rede, produzindo cerca de 200 megawatts de eletricidade por torre.

    Um terceiro sistema é o prato solar / motor . Em comparação com a calha parabólica e as torres de energia, sistemas de prato são pequenos produtores (cerca de 3 a 25 quilowatts). Existem dois componentes principais:o concentrador solar (o prato) e a unidade de conversão de energia (o motor / gerador). O prato é apontado, rastreia o sol e coleta energia solar; é capaz de concentrar essa energia em cerca de 2, 000 vezes. Um receptor térmico, uma série de tubos preenchidos com um fluido de resfriamento (como hidrogênio ou hélio), fica entre o prato e o motor. Ele absorve a energia solar concentrada do prato, converte em calor e envia esse calor para o motor, onde se transforma em eletricidade.

    Calor Solar Térmico

    Os sistemas solares térmicos são uma solução promissora de energia renovável - o sol é um recurso abundante. Exceto quando é noite. Ou quando o sol está bloqueado por nuvens. Armazenamento de energia térmica ( TES ) sistemas são tanques de armazenamento de líquido de alta pressão usados ​​junto com um sistema solar térmico para permitir que as usinas armazenem várias horas de eletricidade potencial. O armazenamento fora do horário de pico é um componente crítico para a eficácia das usinas de energia solar térmica.

    Três tecnologias TES primárias foram testadas desde a década de 1980, quando as primeiras usinas de energia solar térmica foram construídas:um sistema direto de dois tanques, um sistema indireto de dois tanques e um sistema termoclina de um tanque.

    Em um sistema direto de dois tanques , a energia térmica solar é armazenada exatamente no mesmo fluido de transferência de calor que a coletou. O fluido é dividido em dois tanques, um tanque armazenando-o em baixa temperatura e o outro em alta temperatura. O fluido armazenado no tanque de baixa temperatura passa pelo coletor solar da usina, onde é reaquecido e enviado para o tanque de alta temperatura. O fluido armazenado em alta temperatura é enviado por meio de um trocador de calor que produz vapor, que é então usado para produzir eletricidade no gerador. E depois de passar pelo trocador de calor, o fluido então retorna para o tanque de baixa temperatura.

    UMA sistema indireto de dois tanques funciona basicamente da mesma forma que o sistema direto, exceto que funciona com diferentes tipos de fluidos de transferência de calor, geralmente aqueles que são caros ou não se destinam ao uso como fluido de armazenamento. Para superar isso, os sistemas indiretos passam os fluidos de baixa temperatura por meio de um trocador de calor adicional.

    Ao contrário dos sistemas de dois tanques, a sistema termoclina de tanque único armazena energia térmica como um sólido, geralmente areia de sílica. Dentro do tanque único, partes do sólido são mantidas em temperaturas baixas a altas, em um gradiente de temperatura, dependendo do fluxo de fluido. Para fins de armazenamento, o fluido de transferência de calor quente flui para o topo do tanque e resfria à medida que desce, saindo como um líquido de baixa temperatura. Para gerar vapor e produzir eletricidade, o processo é revertido.

    Os sistemas solares térmicos que usam óleo mineral ou sal fundido como meio de transferência de calor são ideais para TES, mas, infelizmente, sem mais pesquisas, sistemas que funcionam com água / vapor não são capazes de armazenar energia térmica. Outros avanços em fluidos de transferência de calor incluem a pesquisa de fluidos alternativos, usando materiais de mudança de fase e novos conceitos de armazenamento térmico, tudo em um esforço para reduzir os custos de armazenamento e melhorar o desempenho e a eficiência.

    Estufas Solares Térmicas

    Lisa Kivirist e John Ivanko estão ao lado de um sistema térmico solar que aquece uma estufa em sua pousada. AP Photo / Andy Manis

    A ideia de usar materiais de massa térmica - materiais que têm a capacidade de armazenar calor - para armazenar energia solar é aplicável a mais do que apenas usinas térmicas solares de grande escala e instalações de armazenamento. A ideia pode funcionar em algo tão comum como uma estufa.

    Todas as estufas retêm energia solar durante o dia, geralmente com o benefício da colocação voltada para o sul e um telhado inclinado para maximizar a exposição ao sol. Mas uma vez que o sol se põe, o que um produtor deve fazer? As estufas térmicas solares são capazes de reter esse calor térmico e usá-lo para aquecer a estufa à noite.

    Pedras, cimento e água ou barris cheios de água podem ser usados ​​tão simples, materiais de massa térmica passiva (dissipadores de calor), capturando o calor do sol durante o dia e irradiando-o de volta à noite.

    Aspirações maiores? Aplique as mesmas idéias usadas em usinas de energia solar térmica (embora em um nível muito menor) e você estará no caminho para o cultivo durante o ano todo. Estufas solares térmicas, também chamadas de estufas solares ativas, exigem os mesmos princípios básicos de qualquer outro sistema solar térmico:um coletor solar, um tanque de armazenamento de água, tubulação ou encanamento (enterrado no chão), uma bomba para mover o meio de transferência de calor (ar ou água) no coletor solar para armazenamento e eletricidade (ou outra fonte de energia) para alimentar a bomba.

    Em um cenário, o ar que se acumula no pico do telhado da estufa é puxado para baixo através de canos e sob o piso. Durante o dia, esse ar é quente e aquece o solo. À noite, o ar frio é puxado para dentro dos canos. O solo quente aquece o ar frio, que por sua vez aquece a estufa. Alternativamente, a água às vezes é usada como meio de transferência de calor. A água é coletada e aquecida por energia solar em um tanque de armazenamento externo e, em seguida, bombeada através dos tubos para aquecer a estufa.

    Chaminés térmicas solares

    A energia solar térmica tem um grande potencial porque a tecnologia já está toda aí. Imagens de Guang Niu / Getty

    Assim como as estufas térmicas solares são uma forma de aplicar tecnologias térmicas solares a uma necessidade diária, chaminés térmicas solares, ou chaminés térmicas, também capitalizar em materiais de massa térmica. As chaminés térmicas são sistemas passivos de ventilação solar, o que significa que eles não são mecânicos. Exemplos de ventilação mecânica incluem ventilação de toda a casa que usa ventiladores e dutos para exaurir o ar viciado e fornecer ar fresco. Por meio de princípios de resfriamento convectivo, as chaminés térmicas permitem a entrada de ar frio enquanto empurra o ar quente de dentro para fora. Projetado com base no fato de que o ar quente sobe, eles reduzem o calor indesejado durante o dia e trocam o ar interno (quente) pelo ar externo (frio).

    As chaminés térmicas são normalmente feitas de preto, massa térmica oca com uma abertura na parte superior para a exaustão do ar quente. As aberturas de entrada são menores do que as saídas de exaustão e são colocadas em uma altura baixa a média em uma sala. Quando o ar quente sobe, ele escapa pela saída de exaustão externa, para o exterior ou para uma escada aberta ou átrios. Enquanto isso acontece, uma corrente ascendente puxa o ar frio pelas entradas.

    Diante do aquecimento global, custos crescentes de combustível e uma demanda cada vez maior por energia, as necessidades de energia devem aumentar em quase o equivalente a 335 milhões de barris de petróleo por dia, principalmente para eletricidade [fonte:Meisen]. Seja grande ou pequeno, dentro ou fora da rede, uma das melhores coisas sobre a energia solar térmica é que ela existe agora, sem espera. Ao concentrar a energia solar com materiais reflexivos e convertê-la em eletricidade, modernas usinas de energia solar térmica, se adotada hoje como parte indispensável da geração de energia, pode ser capaz de fornecer eletricidade para mais de 100 milhões de pessoas nos próximos 20 anos [fonte:Brakmann]. Tudo a partir de um grande recurso renovável:o sol.

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    Fontes

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