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Página I
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
AS ENERGIAS RENOVÁVEIS
CONVERSÃO DA ENERGIA SOLAR EM ENERGIA ELÉTRICA
PROJETO FEUP 2016-2017
Armando Sousa Teresa Duarte
EQUIPA 1M06
Supervisor: Abílio de Jesus Monitor: Rúben Madureira
Estudantes & Autores:
André C. Martins [email protected]
Jaime S. Correia [email protected]
José M. Martins [email protected]
Mariana S. Casalta [email protected]
Miguel S. Ribeiro [email protected]
Página II
Resumo No âmbito do projeto FEUP, unidade curricular do primeiro ano do MIEM –
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica – que tem por objetivo fornecer bases e
apoios sólidos aos estudantes recém-chegados a esta faculdade, foi desenvolvido o
presente relatório consignado ao tema das Energias Renováveis, mais propriamente, da
energia solar e da energia geotérmica. Este estudo focou-se nos meios de conversão da
energia solar em energia geotérmica.
Foram apresentadas noções sobre painéis fotovoltaicos e concentradores (ou
coletores) solares, como, por exemplo, concentradores solares parabólicos. Foram ainda
feitas referências às caraterísticas de cada dispositivo, apresentando os tipos de
materiais usados como constituintes ou posição de referência de cada um dos engenhos
em relação à radiação solar. Também se apresenta neste relatório o modo de
funcionamento dos painéis fotovoltaicos e dos concentradores solares, seguindo-se uma
exposição das vantagens e desvantagens que cada um destes sistemas de
aproveitamento da radiação solar acarretam.
Finalizou-se este trabalho com uma comparação entre painéis fotovoltaicos e
concentradores solares. Se, por um lado, os painéis fotovoltaicos oferecem menores
custos a nível da sua manutenção do que os concentradores solares, estes apresentam
uma maior durabilidade em relação aos primeiros.
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Palavras – Chave • Coletor Estacionário
• Coletor Parabólico
• Coletor Parabólico Composto
• Concentrador Solar
• Desvantagens
• Energias Renováveis
• Energias Não Renováveis
• Energia Solar
• Engenharia Mecânica
• Painel Fotovoltaico
• Rendimento
• Vantagens
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Agradecimentos A equipa agradece ao professor Abílio de Jesus todo o apoio prestado e empenho
demonstrado durante as aulas enquanto supervisor do Projeto FEUP na nossa turma,
sempre com o objetivo de nos elucidar sobre os melhores métodos a adotar para a
realização do trabalho. Agradecemos ainda ao nosso monitor, Rúben Madureira, o facto
de nos ter também fornecido o seu feedback em relação às dúvidas que foram surgindo
no decorrer das aulas.
Por fim, agradecemos a todos aqueles que ofereceram o seu contributo para a
estruturação da unidade curricular, bem como o auxílio no fornecimento de ferramentas
importantes para a realização das tarefas propostas no Projeto FEUP.
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Índice Resumo ............................................................................................................................... II
Palavras – Chave .............................................................................................................. III
Agradecimentos ............................................................................................................... IV
Lista de Figuras ................................................................................................................. V
Lista de Abreviaturas ....................................................................................................... VI
Glossário .......................................................................................................................... VII
1. Introdução .................................................................................................................... 8
2. Painéis Solares ........................................................................................................... 9
2.1. O que são e quais as suas características? ........................................................ 9
2.2. Qual o seu funcionamento? ................................................................................. 10
2.3. Vantagens e desvantagens. ................................................................................. 12
3. Concentradores Solares .......................................................................................... 13
3.1. O que são e quais as suas características? ...................................................... 13
3.1.1. Coletores Solares Parabólicos (CPC): Concentradores Estacionários ..... 13
3.1.2. Coletores Parabólicos ....................................................................................... 13
3.1.3. Diferentes tipos de concentradores ................................................................ 14
a) Sistema de Torre Central ......................................................................................... 14
b) Sistema de Disco Parabólico .................................................................................. 15
c) Sistema de Concentradores Parabólicos Cilíndricos ......................................... 15
d) Sistema Linear do Tipo Fresnel .............................................................................. 16
3.2. Qual o seu funcionamento? ................................................................................. 18
3.3. Vantagens e desvantagens. ................................................................................. 20
Conclusão ........................................................................................................................ 21
Bibliografia ....................................................................................................................... 22
Página VI
Lista de Figuras Figura 1 – Painéis Solares Fotovoltaicos [2]. ..................................................................... 9
Figura 2 - Constituição de um Coletor Plano [11]. ........................................................... 10
Figura 3 - Constituição de uma Célula Fotovoltaica [17]. ................................................ 10
Figura 4 - Processo de conversão da energia solar em energia elétrica através de um
painel solar fotovoltaico, ligado a uma bateria [3]. ........................................................... 11
Figura 5 - Processo de Conversão da Energia Solar em Energia Elétrica Através de um
Painel Solar Fotovoltaico, ligado a uma Rede Elétrica Pública [6]. ................................ 12
Figura 6 - Sistema de Torre Central [16]. ......................................................................... 14
Figura 7 - Sistema de Disco Parabólico [16]. ................................................................... 15
Figura 8 - Sistema de Concentrador Parabólico Cilíndrico [16]. ..................................... 16
Figura 9 - Sistema Linear do Tipo Fresnel [16]................................................................ 17
Figura 10 - Comparação entre os Diferentes Sistemas [15]. .......................................... 17
Figura 11 – Sistema de Concentradores solares [18]. .................................................... 18
Figura 12 - Constituição de um Coletor Parabólico Composto [11]. ............................... 19
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Lista de Abreviaturas AC – Corrente Alternada
DC – Corrente Contínua
CCP – Coletor Cilindro-Parabólico
CPC – Concentrador Solar Parabólico
CSP – Coletores Solares Planos
HTF - Heat Trasnfer Fluid
MW – Mega-Watt
L/MWh – Litros por Mega-Watt hora
Glossário Coletor cilindro-parabólico (CCP): De uma forma genérica, estes coletores
concentram a radiação na zona do absorsor, onde o fluido é, então, aquecido. Estes
concentradores têm a vantagem de ter um coeficiente de perdas térmicas muito reduzido,
contudo, verificam-se algumas limitações relativamente à captação da radiação difusa.
No entanto, a grande vantagem destes concentradores reside no facto de a captação da
radiação solar direta ocorrer sempre com incidência normal, ao contrário dos coletores
estacionários.
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1. Introdução Atualmente, as preocupações constantes com o fim de recursos naturais
importantes para a sociedade suscitam a atenção das entidades governativas a nível
mundial.
De um modo geral, considera-se uma divisão das várias energias existentes em
dois grandes ramos, dependendo da sua origem/fonte: as energias renováveis e as
energias não renováveis.
No que toca às energias renováveis, considera-se que são fontes de energia cuja
velocidade de renovação é compatível com a velocidade de consumo por parte da
população, sendo algumas delas “inesgotáveis”. Estas energias conheceram uma
evolução significativa, devido à durabilidade apresentada, mas também devido ao facto
de não emitirem gases poluentes, nocivos para o ambiente. Consideram-se energias
renováveis a energia solar, a energia das ondas e das marés, a energia hídrica, a energia
eólica, a energia da biomassa, a energia geotérmica e o biogás. Contudo, estas fontes
de energia apresentam limitações em termos da quantidade de energia que é possível
extrair em cada momento, isto é, o uso abusivo destas energias e o facto de algumas
destas energias terem origem em recursos que podem correr o risco de se esgotar, já
que estão confinados ao planeta Terra.
Por outro lado, existem as fontes de energia não renováveis. Estas podem ser
encontradas na Natureza, embora em quantidades limitadas e com uma velocidade de
regeneração inferior à velocidade de consumo pela população. A título de exemplo, os
combustíveis fósseis, como o carvão, o petróleo e o gás natural, bem como o urânio são
fontes de energia não renováveis.
Uma das energias referenciadas como exemplo de fonte de energia renovável é a
energia solar. Esta pode ser convertida em energia elétrica, através de painéis
fotovoltaicos, mas também em calor, usando painéis térmicos para o aquecimento de
água.
Ao longo deste trabalho, serão apresentadas duas diferentes formas para
converter a energia solar em energia elétrica, através de dois grupos de dispositivos: os
painéis solares fotovoltaicos e os concentradores solares. Serão apresentadas algumas
caraterísticas essenciais de cada um, bem como modo de funcionamento e alguns outros
aspetos considerados relevantes.
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2. Painéis Solares
2.1. O que são e quais as suas características? Os painéis solares (ver Figura 1) são dispositivos utilizados para converter a energia
da luz do Sol em energia elétrica - eletricidade. A luz solar é composta por fotões. Estes
fotões possuem diferentes quantidades de energia, dependendo do comprimento de
onda do espectro solar [1].
FIGURA 1 – PAINÉIS SOLARES FOTOVOLTAICOS [2].
Estes painéis também são conhecidos como “Painéis Solares Fotovoltaicos”
devido a serem compostos por células fotovoltaicas, estas com a propriedade de ter
sensibilidade de absorver a energia solar e gerar a eletricidade em duas camadas
opostas. Para produzir esse equipamento, as células solares são compostas por silício
cristalino e arsenito de gálio. Apesar de o arsenito sempre ter sido a substância mais
utilizada, o silício de cristalino começou a ser usado para diminuir os custos do painel
solar. No entanto, o silício cristalino não possui a mesma capacidade de produção de
energia do arsenito de gálio. O painel solar fotovoltaico é constituído por vários
módulos ligados em paralelo e série [3].
Alguns dos principais constituintes de um coletor plano como o painel fotovoltaico
encontram-se ilustrados na Figura 2.
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FIGURA 2 - CONSTITUIÇÃO DE UM COLETOR PLANO [11].
2.2. Qual o seu funcionamento? Geralmente, os sistemas fotovoltaicos são compostos por: painel fotovoltaico,
regulador de carga da bateria, bateria, conversor de corrente (transformação da corrente
contínua, DC, em corrente alternada, AC), gerador e quadro [4].
Os fotões, constituintes da radiação solar, ao incidir nas células fotovoltaicas,
desencadeiam o efeito fotovoltaico - criação de tensão elétrica/corrente elétrica num
material após a sua exposição à luz [1].
As células fotovoltaicas são formadas por 2 camadas de materiais
semicondutores. Sendo o silício puro um mau condutor elétrico, visto que não possui
eletrões livres, a este é acrescentado fósforo que, por sua vez, já os possui, gerando-se
um material portador de carga negativa (silício tipo N). Se, em vez de fósforo, o
combinarmos com boro, obtém-se um material com falta de eletrões e, por isso, portador
de carga positiva (silício tipo P). Assim, cada célula fotovoltaica é composta por uma
camada de menor espessura do tipo N e uma de maior espessura do tipo P, tal como
ilustra a Figura 3 [5].
FIGURA 3 - CONSTITUIÇÃO DE UMA CÉLULA FOTOVOLTAICA [17].
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Quando a luz solar atinge as células fotovoltaicas, alguns fotões são refletidos,
outros passam através da célula e outros são absorvidos pela mesma. Devido ao campo
elétrico gerado pela junção P-N, estes são orientados e fluem da camada positiva (P)
para a camada negativa (N), criando assim uma diferença de potencial entre as 2
camadas, responsável pelo aparecimento de uma corrente elétrica [5].
Em suma, o painel produz energia elétrica em corrente contínua, DC, que pode
ser armazenada numa bateria, sendo a carga desta controlada pelo regulador de bateria.
Posteriormente, o conversor transforma a corrente contínua, DC, em corrente alternada,
AC, para poder ser usada pelos equipamentos elétricos (Figura 4) [1].
FIGURA 4 - PROCESSO DE CONVERSÃO DA ENERGIA SOLAR EM ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE UM PAINEL
SOLAR FOTOVOLTAICO, LIGADO A UMA BATERIA [3].
Porém, muitos painéis solares não se encontram ligados a uma bateria. Assim,
para que a energia elétrica produzida, e que não está a ser utilizada no seu momento de
produção, não seja desperdiçada, estes painéis encontram-se ligados a uma rede
elétrica pública, para onde a energia é transferida e assim aproveitada (figura 5) [7].
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FIGURA 5 - PROCESSO DE CONVERSÃO DA ENERGIA SOLAR EM ENERGIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE UM PAINEL
SOLAR FOTOVOLTAICO, LIGADO A UMA REDE ELÉTRICA PÚBLICA [6].
2.3. Vantagens e desvantagens. Como qualquer tipo de energia, a energia solar e os painéis solares fotovoltaicos,
apresentam também as suas vantagens e desvantagens.
Assim, os painéis solares fotovoltaicos apresentam vários aspetos positivos:
graças à abundância de silício (material primário na construção dos painéis solares) e ao
facto da energia solar ser uma fonte praticamente inesgotável, estes painéis são cada
vez mais potentes tornando-se numa fonte de energia não só economicamente atrativa,
mas também altamente fiável. Não queimam combustível, apresentando uma poluição
pouco significativa, e são praticamente livres de manutenção [8].
Apesar das vantagens destes painéis se sobreporem às suas desvantagens, estas
também são relevantes. Os seus principais pontos negativos são: o elevado investimento
inicial para obter os painéis, a baixa capacidade de armazenamento, sendo mais eficaz
para uso doméstico, e a sua dependência climática, isto é, existe variação nas
quantidades produzidas de energia elétrica de acordo com as condições climatéricas
(chuva, neve, nebulosidade, etc), além de que durante a noite não existe produção, o
que obriga à existência de meios de armazenamento da energia produzida durante o dia
em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de distribuição de energia.
Assim, podemos concluir que em lugares com baixa incidência de luz solar, o seu
rendimento não é bom [8].
No geral, o tempo médio de vida de um painel solar fotovoltaico ronda os vinte e
cinco anos, de acordo com as previsões dos principais fabricantes [13].
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3. Concentradores Solares Os concentradores (ou coletores) solares constituem a "unidade básica" de
funcionamento de um sistema solar térmico. A sua diversidade espelha-se na enorme
variedade de concentradores, desde os mais simples, de pequena dimensão e que
armazenam reduzidas quantidades de energia, até aos mais complexos, de maior escala
em relação aos anteriormente referidos e que permitem o funcionamento de grandes
unidades industriais [9].
Relativamente ao rendimento de um concentrador solar, este diminui, não só com
o aumento da temperatura de funcionamento, mas também com a redução da radiação
solar que incide no mesmo [9].
3.1. O que são e quais as suas características? No geral, existem dois grandes grupos de concentradores solares, cuja diferença
reside essencialmente no acompanhamento do movimento de rotação aparente do Sol.
Os concentradores que não acompanham este movimento designam-se coletores
estacionários e produzem temperaturas relativamente baixas, na ordem dos 150ºC. Este
grupo de coletores estacionários é constituído pelos coletores planos, CSP (dos quais
são exemplos os painéis fotovoltaicos), coletores de tubo de vácuo, através dos quais as
perdas de calor por convecção e condução são eliminadas e, por fim, pelos
concentradores parabólicos compostos ou CPC [9].
3.1.1. Coletores Solares Parabólicos (CPC): Concentradores Estacionários
A denominação destes coletores resulta do formato dos mesmos. Através de
relações óticas matemáticas, verifica-se que estes concentradores resultam numa
combinação de parábolas. As superfícies espelhadas são de tal forma adequadas ao
formato da superfície, que refletem perfeitamente a radiação para o absorsor. Refira-se
ainda que os ângulos que estes dispositivos estabelecem, capacitam-nos a captar a
radiação direta, mas também a difusa, tal como ocorre no caso dos coletores planos [9].
3.1.2. Coletores Parabólicos Contrastando com estes coletores, existem também os coletores parabólicos, que
acompanham o movimento de rotação aparente do Sol. Estes coletores apresentam
maior número de vantagens para a indústria, para produção de calor, mas também são
úteis para as centrais térmicas [9].
Estes coletores são subdivididos em dois grupos, de acordo com a maneira como
reagem e efetuam o seu movimento relativamente ao movimento aparente do Sol: os
coletores de um eixo de rotação (foco linear), que seguem o sol apenas pelo
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acompanhamento da altura do Sol relativamente ao nível do horizonte, como o coletor
cilindro-parabólico (CCP); os coletores de dois eixos de rotação (foco pontual), onde se
verifica perpendicularidade entre raios solares e a superfície do concentrador solar.
Apenas usado em processos com temperaturas que ultrapassam os 400ºC [9].
3.1.3. Diferentes tipos de concentradores No geral, poderão ser considerados quatro diferentes tipos de sistemas de
concentradores solares: sistemas de torre central, sistemas de disco parabólico,
Sistemas de Concentradores Parabólicos Cilíndricos e Sistema Linear do Tipo Fresnel.
a) Sistema de Torre Central
Neste tipo de concentrador (ver Figura 6), uma elevada quantidade de espelhos
que seguem o sol e possuem enormes dimensões (20 a 200 m²), denominados
helióstatos, reflete a radiação solar concentrando-a num recetor (estrutura porosa que
atua como absorsor de energia) localizado no topo da torre. Devido à irradiação
concentrada, é possível aquecer um fluido (sendo este a maior parte das vezes sais
fundidos) a uma temperatura de cerca de 550 °C. Este está normalmente armazenado
num tanque de armazenamento a frio, sendo posteriormente bombeado até ao recetor,
onde é aquecido, e de seguida para um tanque de armazenamento a quente. Quando é
necessária a produção de energia elétrica, o sal fundido quente é bombeado para um
sistema de geração de vapor, que por sua vez produz vapor sobreaquecido para um
sistema convencional de turbina e gerador. Do gerador de vapor, o sal é devolvido para
o tanque de armazenamento a frio, onde é armazenado e eventualmente reaquecido no
recetor [15] [21].
Os sistemas de torre central são os concentradores com maior rendimento
estando este compreendido entre 20% e 35%, atingindo potências de 10 a 50 MW [15].
FIGURA 6 - SISTEMA DE TORRE CENTRAL [16].
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b) Sistema de Disco Parabólico
Estes sistemas são constituídos por vários segmentos de espelhos curvos que, no
seu todo, formam um disco de forma parabólica, sendo que esta curvatura possibilita a
concentração da luz solar num recetor, como podemos ver na Figura 7. Neste género de
sistema o recetor térmico absorve o feixe concentrado de energia solar, convertendo-o
em calor e transferindo-o para um gerador/motor. O recetor é normalmente constituído
por tubos com um fluido de refrigeração (usualmente hidrogénio ou hélio) que serve de
meio de transferência de calor. Por seu lado, o sistema gerador/motor usa essa energia
para a produção de energia elétrica. O tipo mais comum de motor usado é o Stirling, que
usa o calor provido por uma fonte exterior para mover os pistões e gerar energia
mecânica. O trabalho mecânico na forma de rotação do motor é usado para acionar o
gerador e produzir energia elétrica [15] [21].
Os discos parabólicos possuem a maior temperatura de operação (por volta dos
750 °C), e devido ao seu tamanho ser menor relativamente aos outros tipos de
concentradores solares, são uma opção bastante utilizada em áreas remotas [15].
c) Sistema de Concentradores Parabólicos Cilíndricos
Os sistemas de cilindro parabólico, ou sistemas de concentradores parabólicos
cilíndricos (Figura 8) utilizam espelhos refletores com uma forma cilíndrica/parabólica
para concentrar a radiação solar num tubo recetor. Neste recetor, a energia é transferida
para um líquido de transferência de calor (HTF - Heat Transfer Fluid), aquecendo-o até
ao máximo de 390ºC, sendo este normalmente um óleo sintético. Esse fluido, por sua
vez, vai circular num circuito fechado sendo aquecido à medida que percorre o recetor,
dirigindo-se para uma série de permutadores de calor onde a sua energia térmica é
utilizada para gerar vapor sobreaquecido (a uma pressão de 50 a 100 bar). De seguida,
o vapor obtido alimenta uma turbina cujo eixo está mecanicamente ligado ao gerador
que permite a produção de energia elétrica. O vapor de exaustão da turbina é, por seu
FIGURA 7 - SISTEMA DE DISCO PARABÓLICO [16].
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lado, condensado (num condensador) e devolvido aos permutadores de calor de forma
a ser novamente transformado em vapor, possibilitando a sua reutilização [15] [21].
Este sistemas são os que ocupam o maior espaço, os que consomem mais água,
juntamente com o Sistema linear do tipo Fresnel (3000 L/MWh), e os que dominam o
mercado mundial, correspondendo a cerca de 90% de toda a capacidade instalada [15].
d) Sistema Linear do Tipo Fresnel
Este tipo de concentrador é muito similar aos sistemas de cilindro parabólico,
diferenciando-se pelo facto de ser constituído por um conjunto de espelhos (planos ou
ligeiramente curvados), sendo possível ver na Figura 9, que tendo por base o princípio
das lentes de Fresnel, recriam o perfil de uma parábola. O absorvedor tubular localiza-
se na mediatriz do campo de espelhos planos e acima destes. O sistema linear do tipo
Fresnel possui o mesmo funcionamento que o sistema de cilindro parabólico [15] [21].
Este sistema apresenta um baixo custo económico, apesar de consumir bastante
água, sendo isto explicado pelo preço dos espelhos ser mais barato neste concentrador,
contudo, apresenta um rendimento bastante baixo (cerca de 10%), sendo que é o que
opera a menor temperatura (cerca de 270 °C) [15].
FIGURA 8 - SISTEMA DE CONCENTRADOR PARABÓLICO CILÍNDRICO [16].
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Todos estes sistemas variam em diferentes aspetos comparáveis tais como o
rendimento, a área que ocupam, o armazenamento ou a margem de evolução, por
exemplo (ver Figura 10):
FIGURA 10 - COMPARAÇÃO ENTRE OS DIFERENTES SISTEMAS [15].
FIGURA 9 - SISTEMA LINEAR DO TIPO FRESNEL [16].
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3.2. Qual o seu funcionamento? Os concentradores atingem temperaturas mais elevadas, sendo usados para
secagem de grãos e produção de vapor que também pode ser utilizado para gerar
eletricidade através de turbinas a vapor. Ele capta a energia térmica solar numa área
relativamente grande e depois concentra-a numa região muito menor, aumentando
consideravelmente a temperatura nesta região. Devido à sua necessidade de concentrar
o calor numa região pequena, alguns dos concentradores têm o formato de uma antena
parabólica, feita de material refletor, onde a superfície que sofrerá o aumento de
temperatura se situará no centro do concentrador. No entanto, estes dispositivos
requerem um sistema de orientação, o que, consequentemente, aumenta o investimento
nestes aparelhos (Figura 11) [19].
Verifica-se que uma das principais desvantagens de coletores planos como o
painel fotovoltaico é o baixo rendimento, consequência de perdas térmicas que neles
ocorrem. Com o objetivo de minimizar essas mesmas perdas, surgiu uma nova
tecnologia que tenta tornar proporcionais as áreas de absorção e captação da energia
solar. Para tal, procedeu-se à diminuição da primeira em relação à segunda área acima
referida. Estes novos coletores denominam-se abreviadamente por CPC, isto é,
coletores parabólicos compostos [10].
Os coletores parabólicos compostos adquiriram esta denotação uma vez que a
sua superfície refletora traduz a forma de uma parábola. A Figura 12, a seguir
representada, ilustra a constituição deste tipo de coletores.
FIGURA 11 – SISTEMA DE CONCENTRADORES SOLARES [18].
Página 19
FIGURA 12 - CONSTITUIÇÃO DE UM COLETOR PARABÓLICO COMPOSTO [11].
A sua função é, resumidamente, concentrar o máximo de radiação solar na sua
superfície de absorção. Tendo em conta esse mesmo objetivo, o primeiro dos
componentes essenciais para o alcançar é um sistema de absorsores, cuja função é
fazer com que estes coletores absorvam a radiação solar da mesma forma que um painel
fotovoltaico, por exemplo, faria. Outro dos componentes dos CPC’s é um sistema de
reflexão da radiação que permite absorver a radiação na zona inferior do absorsor [10].
Esta mesma superfície de reflexão, devido à sua estruturação, concede aos
utilizadores destes coletores a vantagem de concentrar a radiação solar, usando
materiais espelhados, com elevado grau de refletividade. A abertura destas superfícies
refletoras orienta-se segundo um ângulo capaz de permitir a captação de radiação direta
e difusa, da mesma forma que ocorre nos vulgares coletores planos [10].
Mas como traduzir a maior eficiência dos coletores solares em números?
De uma forma resumida, existem formas de cálculo do rendimento destes
coletores, bem como das despesas e poupanças inerentes ao seu uso. Contudo, não há
um valor fixo para o rendimento de todos os sistemas de concentradores solares
existentes e as condições em que operam condicionam, como é evidente, o valor do
mesmo Assim, em relação ao rendimento, este rondará os 30%, embora seja apenas
uma previsão [12].
Deve ser reconhecida, no entanto, a elevada complexidade destes sistemas de
concentradores solares, do ponto de vista da mecânica. Possuem inúmeros constituintes
e diversos sistemas têm sido desenvolvidos, sempre com a mesma complexidade, ao
possuírem inúmeros sensores, electroválvulas ou atuadores, por exemplo [20].
Página 20
3.3. Vantagens e desvantagens. Os coletores parabólicos compostos revolucionaram, em certa medida, o mundo
dos coletores de radiação solar. A sua eficiência com baixos níveis de radiação, como
no inverno, ou as abismais diferenças de temperatura que se farão sentir em estações
mais quentes do ano, como no Verão, entre a superfície absorsora de radiação e todo o
meio envolvente são vantagens aliciantes para a escolha desta tecnologia de
aproveitamento da radiação solar. Contudo, os elevados custos afastam, para já, estes
coletores das preferências do consumidor comum. O facto de ser mais caro do que um
coletor plano, como o painel fotovoltaico e, talvez, o ligeiro desconhecimento que ainda
possa vigorar relativamente a esta tecnologia, são agravantes na hora da escolha de um
coletor de radiação. Todavia, convém realçar que a sua semelhança com os típicos
painéis fotovoltaicos também se verifica na sua instalação, sendo possível colocá-los em
telhados e demais estruturas convenientes, além de que captam também a radiação
solar difusa [10].
A manutenção de um concentrador solar é efetuada, recomendavelmente, a cada
cinco anos. Verifica-se ainda que o tempo médio de vida de um concentrador solar
encontra-se entre os vinte e os trinta anos [14].
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Conclusão Relativamente aos meios para converter a energia solar em energia elétrica, foram
colocados em confronto os painéis fotovoltaicos e os concentradores solares,
dispositivos quase “revolucionários” numa altura em que a sociedade se depara com a
escassez dos recursos não renováveis. No entanto, as diferentes vantagens dos painéis
e dos concentradores merecem uma comparação explícita. Se, por um lado, os painéis
fotovoltaicos revelam ser um meio de conversão mais económico quando comparado
com os concentradores, estes, por sua vez, demonstram uma durabilidade que pode
ultrapassar os vinte e cinco anos descritos para os painéis fotovoltaicos.
Também as desvantagens são fatores decisivos na hora da escolha de um
dispositivo destes. Se, por um lado, o painel fotovoltaico adquiriu uma elevada
notoriedade e o seu principal uso verifica-se a nível doméstico, os concentradores
solares apresentam uma elevada complexidade, passam despercebidos junto dos
consumidores e são mais utilizados a nível industrial.
Porém, um dos fatores que mais pode contribuir para que os concentradores
solares passem a ser cada vez mais visíveis junto de habitações e moradias poderá ser
mesmo o tempo médio de vida. A relação custo/durabilidade é tida em grande conta
quando chega a hora de optar por um painel fotovoltaico. Pretende-se o máximo de
rendimento com os mínimos de custos possíveis, embora o rendimento ainda seja
condicionado por fatores irreversíveis, tais como a alternância entre o dia e a noite, a
temperatura do meio ou o clima.
Assim sendo, revela-se necessária uma clarificação de algumas ideias
relativamente a estes dispositivos. O concentrador solar parece ser mais rentável quando
comparado com os painéis fotovoltaicos, no entanto, apenas uma análise pormenorizada
e uma comparação detalhada de diversos fatores, em simultâneo, poderá ditar qual dos
dois meios acima referidos é, afinal, o melhor para converter energia solar em energia
elétrica.
Página 22
Bibliografia [1] Painéis Solares Fotovoltaicos. Como funcionam os painéis solares fotovoltaicos? 2012. Disponível em: http://www.paineissolaresfotovoltaicos.com/como-funcionam-os-paineis-solares-fotovoltaicos/
[2] Figura disponível em: http://www.paineissolaresfotovoltaicos.com/paineis-fotovoltaicos/tokelau-o-pais-100-impulsionado-a-paineis-fotovoltaicos/
[3] Rafaela Pozzebon. O que são os painéis solares. Atualizado a 17-03-2013. Disponível em: https://www.oficinadanet.com.br/artigo/ciencia/o-que-sao-os-paineis-solares
[4] Eletrónica. Painel Solar Fotovoltaico: Fabrico e composição. 2016. Disponível em: http://www.electronica-pt.com/painel-solar-fotovoltaico
[5] DO NASCIMENTO, Cássio Araújo. Princípio de funcionamento da célula fotovoltaica. Lavras (Minas Gerais-Brasil): UFLA. 2004. Consultado em 08-10-2016. Disponível em: http://www.solenerg.com.br/files/monografia_cassio.pdf
[6] Figura disponível em: http://ericjarrot.free.fr/photovoltaique-carte-France-solaire.htm
[7] Domosolar. Painel Solar Fotovoltaico: Vantagem ou Desvantagem? Disponível em: http://www.domosolar.net/domotica/energia-solar-fotovoltaico-vantagens-e-desvantagens/
[8] Explicatorium. Energia Solar.
Disponível em: http://www.explicatorium.com/energia/energia-solar.html
[9] Utilização de Coletores Solares para a Produção de Calor de Processo Industrial. DGEE (Direção Geral de Geologia e Energia)
Disponível em http://www.slideshare.net/celinesilva2/colectores-solares-22285867 (data da consulta: 12-10-2016)
[10] DGS - Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie (secção alemã do ISES: International Solar Energy Society); “Energia solar térmica - manual sobre tecnologias, projeto e instalação” (projeto GreenPRO), Alemanha. Consultado em 05-10-2016. Disponível em http://www.greenpro.de/po/solartermico.pdf
[11] Figura disponível em: http://www.aguaquentesolar.com/faq/questao.asp?id=5#fig4
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[12] RORIZ, Luís (2008-2009): Solar térmico: uso de painéis solares térmicos. Instituto Superior Técnico de Lisboa. Consultado em 08-10-2016. Disponível em http://web.ist.utl.pt/luis.roriz/MyPage/Solar_Term.pdf .
[13] Solawaters. Qual o tempo médio de vida de um painel fotovoltaico?
Disponível em:
http://www.solarwaters.pt/microgeracao/qual-o-tempo-de-vida-de-um-painel-solar-fotovoltaico
[14] RORIZ, Luís (2008-2009): Concentradores Solares: Instituto Superior Técnico de Lisboa. Consultado em 10-10-2016.
Disponível em: http://web.ist.utl.pt/luis.roriz/MyPage/et_T25.htm
[15] ALMEIDA, Geraldo Manuel Marques. Pesquisa e Desenvolvimento de um sistema termoelétrico do tipo Linear Fresnel Reflector (Dissertação). Universidade Nova de Lisboa. 2013, 03. Consultado em 12/10/2016.
Disponível em: https://run.unl.pt/bitstream/10362/9121/1/Almeida_2013.pdf
[16] Figura Disponível em: http://ofrioquevemdosol.blogspot.pt/2012/05/eletricidade-solar-termica-uma-questao.html
[17] Figura Disponível em:
https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/60373/1/000142688.pdf
[18] Figura disponível em: https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=530
[19] Infoescola. Energia Solar.
Dispnível em : http://www.infoescola.com/tecnologia/energia-solar/
[20] INEGI (Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial); CATIM (Centro de Apoio Tecnológico à Indústria Metalomecânica. Produtech PSI: Novos Projetos e Serviços para a Indústria Transformadora – Integração de tecnologias de concentração em sistemas de produção. Disponível em:
https://www.google.pt/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjB49_Tru7PAhUGtxQKHZgGDDwQFggbMAA&url=http%3A%2F%2Fmobilizadores.produtech.org%2Fpt%2Fpsi%2Fnewsletter%2Fnewsletter-psi-6%2Fat_download%2Ffile&usg=AFQjCNGSMAd-ClkcoLDYGYyscobuhE2UOg&sig2=cZTYBGNDlm4PDd8kSKBF7A
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[21] DA SILVA, Manuel António Pimenta. Central de Produção de Energia Eléctrica a Partir de Energia Solar Térmica (Dissertação). Instituto Superior de Engenharia de Lisboa. 2013, 12. Consultado em 23/10/2016. Disponível em:
http://repositorio.ipl.pt/bitstream/10400.21/3198/1/Disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf.
