A energia solar térmica (STE) é uma forma de energia e uma tecnologia para aproveitar a energia solar para gerar energia térmica ou energia elétrica para uso na indústria e nos setores residencial e comercial.

Visão geral
Os coletores solares térmicos são classificados pela United States Energy Information Administration como coletores de baixa, média ou alta temperatura. Os coletores de baixa temperatura são geralmente não vidrados e usados ​​para aquecer piscinas ou para aquecer o ar de ventilação. Os coletores de temperatura média também são geralmente placas planas, mas são usados ​​para aquecimento de água ou ar para uso residencial e comercial. Os coletores de alta temperatura concentram a luz do sol usando espelhos ou lentes e são geralmente usados ​​para atender a requisitos de calor de até 300 graus C / 20 bar de pressão nas indústrias e para produção de energia elétrica. Duas categorias incluem Térmica Solar Concentrada (CST) para atender às exigências de calor nas indústrias, e Energia Solar Concentrada (CSP) quando o calor coletado é usado para geração de energia. CST e CSP não são substituíveis em termos de aplicação. As maiores instalações estão localizadas no deserto americano de Mojave, na Califórnia e em Nevada. Estas plantas empregam uma variedade de tecnologias diferentes. Os maiores exemplos incluem a instalação de energia solar Ivanpah (377 MW), a instalação de sistemas de geração de energia solar (354 MW) e as dunas de Crescent (110 MW). A Espanha é o outro grande desenvolvedor de usinas de energia solar térmica. Os maiores exemplos incluem a Central Solar Solnova (150 MW), a central solar Andasol (150 MW) e a Central Extresol (100 MW).

Sistemas solares de aquecimento e arrefecimento a baixa temperatura
Sistemas para utilização de energia térmica solar de baixa temperatura incluem meios para coleta de calor; geralmente armazenamento de calor, seja a curto prazo ou intertemporal; e distribuição dentro de uma estrutura ou uma rede de aquecimento urbano. Em alguns casos, mais de uma dessas funções é inerente a um único recurso do sistema (por exemplo, alguns tipos de coletores solares também armazenam calor). Alguns sistemas são passivos, outros estão ativos (requerendo outra energia externa para funcionar).

O aquecimento é a aplicação mais óbvia, mas o resfriamento solar pode ser alcançado para um edifício ou uma rede de resfriamento distrital usando um resfriador de absorção ou de adsorção acionado por calor (bomba de calor). Há uma coincidência produtiva que quanto maior o calor de condução do isolamento, maior a saída de refrigeração. Em 1878, Auguste Mouchout foi pioneiro no resfriamento solar ao fazer gelo usando um motor a vapor solar acoplado a um dispositivo de refrigeração.

Nos Estados Unidos, os sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) representam mais de 25% (4,75 EJ) da energia usada em edifícios comerciais (50% nas cidades do norte) e quase metade (10,1 EJ) da energia usada em edifícios residenciais. As tecnologias de aquecimento solar, refrigeração e ventilação podem ser usadas para compensar uma parte dessa energia. A tecnologia de aquecimento solar mais popular para edifícios de aquecimento é o sistema de coleta de ar solar transpirado integrado que se conecta ao equipamento HVAC do edifício. De acordo com a Solar Energy Industries Association, mais de 500.000 m2 (5.000.000 pés quadrados) desses painéis estão em operação na América do Norte a partir de 2015.

Na Europa, desde meados dos anos 90, foram construídas cerca de 125 grandes centrais térmicas solares térmicas, cada uma com mais de 500 m2 (5400 pés2) de colectores solares. Os maiores são cerca de 10.000 m2, com capacidade de 7 MW – o custo térmico e solar custa cerca de 4 cêntimos / kWh sem subsídios. 40 deles têm capacidades nominais de 1 MW – térmicas ou mais. O programa Solar District Heating (SDH) tem participação de 14 nações européias e da Comissão Européia, e está trabalhando para o desenvolvimento técnico e de mercado, e realiza conferências anuais.

Coletores de baixa temperatura
Coletores solares de vidro são projetados principalmente para aquecimento de espaço. Eles recirculam o ar do edifício através de um painel de ar solar onde o ar é aquecido e, em seguida, direcionado de volta para o prédio. Estes sistemas de aquecimento solar requerem pelo menos duas penetrações no edifício e só funcionam quando o ar no coletor solar é mais quente do que a temperatura da sala do edifício. A maioria dos colecionadores de vidro são usados ​​no setor residencial.

Os coletores solares não vidrados são usados ​​principalmente para pré-aquecer o ar de ventilação em edifícios comerciais, industriais e institucionais com uma alta carga de ventilação. Eles transformam paredes de edifícios ou seções de paredes em coletores solares de baixo custo, alto desempenho e não vitrificados. Também chamado de “painéis solares transpirados” ou “parede solar”, eles empregam um absorvedor de calor solar pintado de metal perfurado que também serve como a superfície da parede externa do edifício. A transferência de calor para o ar ocorre na superfície do absorvedor, através do absorvedor de metal e atrás do absorvedor. A camada limite do ar aquecido solar é atraída para uma perfuração próxima antes que o calor possa escapar por convecção para o ar externo. O ar aquecido é então puxado de trás da placa absorvente para o sistema de ventilação do edifício.

Uma parede de Trombe é um sistema de aquecimento e ventilação solar passivo que consiste em um canal de ar entre uma janela e uma massa térmica voltada para o sol. Durante o ciclo de ventilação, a luz solar armazena o calor na massa térmica e aquece o canal de ar, causando circulação através das aberturas na parte superior e inferior da parede. Durante o ciclo de aquecimento, a parede Trombe irradia calor armazenado.

Os tanques de telhado solar são sistemas únicos de aquecimento e resfriamento solar desenvolvidos por Harold Hay nos anos 60. Um sistema básico consiste em uma bolsa de água montada no teto com uma cobertura isolante móvel. Este sistema pode controlar a troca de calor entre ambientes internos e externos cobrindo e descobrindo a bexiga entre a noite e o dia. Quando o aquecimento é uma preocupação, a bexiga é descoberta durante o dia, permitindo que a luz solar aqueça a bexiga de água e armazene o calor para uso noturno. Quando o resfriamento é uma preocupação, a bexiga coberta retira calor do interior do edifício durante o dia e é descoberta à noite para irradiar calor para a atmosfera mais fria. A casa da Skytherm em Atascadero, Califórnia, usa um lago protótipo para aquecimento e resfriamento.

O aquecimento solar de espaços com coletores de calor solar é mais popular nos EUA e no Canadá do que o aquecimento com coletores de líquido solar, já que a maioria dos edifícios já possui um sistema de ventilação para aquecimento e resfriamento. Os dois tipos principais de painéis de ar solar são esmaltados e não vitrificados.

Dos 21.000.000 pés quadrados (2.000.000 m2) de coletores solares térmicos produzidos nos Estados Unidos em 2007, 16.000.000 pés quadrados (1.500.000 m2) eram da variedade de baixa temperatura. Coletores de baixa temperatura são geralmente instalados para aquecer piscinas, embora também possam ser usados ​​para aquecimento de ambientes. Os coletores podem usar ar ou água como meio para transferir o calor para o seu destino.

Armazenamento de calor em sistemas solares térmicos de baixa temperatura
Armazenamento temporário. O calor solar (ou calor de outras fontes) pode ser efetivamente armazenado entre estações opostas em aquíferos, estratos geológicos subterrâneos, grandes poços especialmente construídos e grandes tanques que são isolados e cobertos com terra.

Armazenamento de curto prazo. Os materiais de massa térmica armazenam energia solar durante o dia e liberam essa energia durante os períodos mais frios. Materiais comuns de massa térmica incluem pedra, concreto e água. A proporção e a colocação da massa térmica devem considerar vários fatores, como clima, iluminação natural e condições de sombreamento. Quando adequadamente incorporada, a massa térmica pode manter passivamente temperaturas confortáveis, reduzindo o consumo de energia.

Resfriamento movido a energia solar
Em todo o mundo, em 2011, havia cerca de 750 sistemas de refrigeração com bombas de calor movidas a energia solar e o crescimento anual do mercado era de 40 a 70% nos últimos sete anos. É um nicho de mercado porque a economia é desafiadora, com o número anual de horas de resfriamento um fator limitante. Respectivamente, as horas anuais de resfriamento são aproximadamente 1000 no Mediterrâneo, 2.500 no Sudeste Asiático e apenas 50 a 200 na Europa Central. No entanto, os custos de construção do sistema caíram cerca de 50% entre 2007 e 2011. Os grupos de trabalho do programa de Aquecimento e Refrigeração Solar da Agência Internacional de Energia (IEA) trabalham no desenvolvimento das tecnologias envolvidas.

Ventilação solar movida a calor
Uma chaminé solar (ou chaminé térmica) é um sistema de ventilação solar passivo composto por uma massa térmica oca que liga o interior e exterior de um edifício. À medida que a chaminé aquece, o ar no interior é aquecido, causando uma corrente de ar que puxa o ar através do edifício. Estes sistemas estão em uso desde os tempos romanos e continuam sendo comuns no Oriente Médio.

Calor de processo
Os sistemas de aquecimento por processo solar são projetados para fornecer grandes quantidades de água quente ou aquecimento de ambientes para edifícios não residenciais.

As lagoas de evaporação são lagoas rasas que concentram sólidos dissolvidos por evaporação. O uso de lagoas de evaporação para obter sal da água do mar é uma das aplicações mais antigas da energia solar. Os usos modernos incluem a concentração de soluções de salmoura usadas na mineração de lixiviação e a remoção de sólidos dissolvidos de fluxos de resíduos. Ao todo, as lagoas de evaporação representam uma das maiores aplicações comerciais de energia solar em uso atualmente.

Coletores transpirados sem vidro são paredes perfuradas usadas para o pré-aquecimento do ar de ventilação. Os coletores transpirados também podem ser montados no telhado para uso durante todo o ano e podem elevar a temperatura do ar de entrada até 22 ° C e fornecer temperaturas de saída de 45 a 60 ° C. O curto período de retorno dos coletores transpirados (3 a 12 anos) os torna uma alternativa mais econômica aos sistemas de coleta de vidros. A partir de 2015, mais de 4000 sistemas com uma área coletora combinada de 500.000 m2 foram instalados em todo o mundo. Os representantes incluem um coletor de 860 m2 na Costa Rica usado para a secagem de grãos de café e um coletor de 1300 m2 em Coimbatore, na Índia, usado para secagem de malmequeres.

Uma instalação de processamento de alimentos em Modesto, Califórnia, usa calhas parabólicas para produzir vapor usado no processo de fabricação. A área de 5.000 m2 de coletores deve fornecer 15 TJ por ano.

Coletores de média temperatura
Esses coletores poderiam ser usados ​​para produzir aproximadamente 50% e mais da água quente necessária para uso residencial e comercial nos Estados Unidos. Nos Estados Unidos, um sistema típico custa entre US $ 4.000 e US $ 6.000 (US $ 1.400 a US $ 2.200 para os materiais) e 30% do sistema se qualifica para um crédito fiscal federal + mais crédito estadual existe em cerca de metade dos estados. O trabalho para um sistema de circuito aberto simples nos climas do sul pode levar de 3 a 5 horas para a instalação e de 4 a 6 horas para as áreas do norte. O sistema do norte requer mais área de coletor e encanamento mais complexo para proteger o coletor do congelamento. Com este incentivo, o tempo de retorno para um lar típico é de quatro a nove anos, dependendo do estado. Subsídios semelhantes existem em partes da Europa. Uma equipe de um encanador solar e dois assistentes com treinamento mínimo podem instalar um sistema por dia. A instalação do Thermosiphon tem custos de manutenção insignificantes (os custos aumentam se o anticongelante e a rede elétrica são usados ​​para circulação) e nos EUA reduz os custos operacionais das residências em US $ 6 por pessoa por mês. O aquecimento solar de água pode reduzir as emissões de CO2 de uma família de quatro pessoas em 1 tonelada / ano (se substituir o gás natural) ou 3 toneladas / ano (se substituir a eletricidade). Instalações de média temperatura podem usar vários projetos: projetos comuns são glicol pressurizado, dreno de retorno, sistemas de lotes e sistemas mais novos tolerantes a congelamento de baixa pressão usando tubos de polímero contendo água com bombeamento fotovoltaico. Padrões europeus e internacionais estão sendo revisados ​​para acomodar inovações no projeto e operação de coletores de temperatura média. As inovações operacionais incluem a operação “coletor permanentemente úmido”. Essa inovação reduz ou até mesmo elimina a ocorrência de tensões de alta temperatura sem fluxo, chamadas de estagnação, que de outra forma reduziriam a expectativa de vida dos coletores.

Secagem solar
A energia solar térmica pode ser útil para secar madeira para construção e combustíveis de madeira, como lascas de madeira para combustão. Solar também é usado para produtos alimentícios, como frutas, grãos e peixes. A secagem de culturas por meios solares é ecologicamente correta e econômica, ao mesmo tempo em que melhora a qualidade. Quanto menos dinheiro for necessário para produzir um produto, menos ele poderá ser vendido, agradando tanto aos compradores quanto aos vendedores. As tecnologias de secagem solar incluem coletores de ar de placas transpiradas de baixo custo e bombeados baseados em tecidos pretos. A energia solar térmica é útil no processo de secagem de produtos, como lascas de madeira e outras formas de biomassa, elevando a temperatura e permitindo a passagem do ar e eliminando a umidade.

Cozinhando
Os fogões solares usam a luz solar para cozinhar, secar e pasteurizar. O cozimento solar compensa os custos com combustível, reduz a demanda por combustível ou lenha e melhora a qualidade do ar ao reduzir ou remover uma fonte de fumaça.

O tipo mais simples de fogão solar é o fogão de caixa construído pela primeira vez por Horace de Saussure em 1767. Um fogão de caixa básico consiste em um recipiente isolado com uma tampa transparente. Esses fogões podem ser usados ​​efetivamente com céu parcialmente nublado e normalmente atingem temperaturas de 50 a 100 ° C.

Os fogões solares de concentração usam refletores para concentrar a energia solar em um recipiente para cozinhar. As geometrias reflectoras mais comuns são a placa plana, o disco e o tipo de calha parabólica. Esses projetos cozinham mais rapidamente e em temperaturas mais altas (até 350 ° C), mas requerem luz direta para funcionar adequadamente.

A Cozinha Solar em Auroville, na Índia, usa uma tecnologia de concentração única conhecida como a bacia solar. Ao contrário dos sistemas convencionais de refletor de rastreamento / receptor fixo, a bacia solar usa um refletor esférico fixo com um receptor que rastreia o foco da luz à medida que o Sol se move pelo céu. O receptor da taça solar atinge a temperatura de 150 ° C que é usada para produzir vapor que ajuda a cozinhar 2.000 refeições diárias.

Muitas outras cozinhas solares na Índia usam outra tecnologia de concentração única conhecida como o refletor Scheffler. Essa tecnologia foi desenvolvida pela primeira vez por Wolfgang Scheffler em 1986. Um refletor Scheffler é um prato parabólico que usa rastreamento de eixo único para seguir o curso diário do Sol. Esses refletores têm uma superfície refletiva flexível que é capaz de alterar sua curvatura para se ajustar às variações sazonais no ângulo de incidência da luz solar. Os refletores Scheffler têm a vantagem de ter um ponto focal fixo que melhora a facilidade de cozimento e é capaz de atingir temperaturas de 450-650 ° C. Construído em 1999 pela Brahma Kumaris, o maior sistema refletor Scheffler do mundo em Abu Road, o Rajastão é capaz de cozinhar até 35.000 refeições por dia. No início de 2008, mais de 2000 grandes fogões do projeto Scheffler foram construídos em todo o mundo.

Destilação
Os alambiques solares podem ser usados ​​para produzir água potável em áreas onde a água limpa não é comum. A destilação solar é necessária nessas situações para fornecer água purificada às pessoas. A energia solar aquece a água no alambique. A água então evapora e condensa no fundo do vidro de cobertura.

Coletores de alta temperatura
Quando temperaturas abaixo de cerca de 95 ° C são suficientes, como para o aquecimento ambiente, geralmente são usados ​​coletores de placa plana do tipo não concentrador. Por causa das perdas de calor relativamente altas através do envidraçamento, os coletores de placa plana não atingirão temperaturas muito acima de 200 ° C mesmo quando o fluido de transferência de calor estiver estagnado. Essas temperaturas são muito baixas para uma conversão eficiente em eletricidade.

A eficiência dos motores térmicos aumenta com a temperatura da fonte de calor. Para conseguir isso em usinas de energia solar térmica, a radiação solar é concentrada por espelhos ou lentes para obter temperaturas mais altas – uma técnica chamada Concentrated Solar Power (CSP). O efeito prático de altas eficiências é reduzir o tamanho do coletor da usina e o uso total da terra por unidade de energia gerada, reduzindo os impactos ambientais de uma usina de energia, bem como suas despesas.

À medida que a temperatura aumenta, diferentes formas de conversão tornam-se práticas. Até 600 ° C, as turbinas a vapor, tecnologia padrão, têm uma eficiência de até 41%. Acima de 600 ° C, as turbinas a gás podem ser mais eficientes. Temperaturas mais altas são problemáticas porque materiais e técnicas diferentes são necessários. Uma proposta para temperaturas muito altas é usar sais líquidos de fluoreto operando entre 700 ° C e 800 ° C, usando sistemas de turbinas multiestágio para atingir 50% ou mais de eficiência térmica. As temperaturas operacionais mais altas permitem que a usina use trocadores de calor secos de alta temperatura para sua exaustão térmica, reduzindo o uso de água da planta – fundamental nos desertos onde as grandes usinas solares são práticas. Altas temperaturas também tornam o armazenamento de calor mais eficiente, porque mais watt-hora são armazenados por unidade de fluido.

As usinas comerciais de energia solar térmica concentrada (CSP) foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1980. As maiores usinas solares térmicas do mundo são agora a instalação de energia solar Ivanpah de 370 MW, comissionada em 2014, e a instalação de 354 MW SEGS CSP, ambos localizados no Deserto de Mojave, na Califórnia, onde vários outros projetos solares também foram realizados. Com exceção da usina solar de Shams, construída em 2013, perto de Abu Dhabi, nos Emirados Árabes Unidos, todas as outras usinas de 100 MW ou maiores estão localizadas nos Estados Unidos ou na Espanha.

A principal vantagem do CSP é a capacidade de adicionar eficientemente armazenamento térmico, permitindo o despacho de eletricidade por um período de até 24 horas. Como a demanda de pico de eletricidade normalmente ocorre entre as 4 e as 8 da noite, muitas usinas CSP usam de 3 a 5 horas de armazenamento térmico. Com a tecnologia atual, o armazenamento de calor é muito mais barato e mais eficiente do que o armazenamento de eletricidade. Desta forma, a planta CSP pode produzir eletricidade dia e noite. Se o local do CSP tiver radiação solar previsível, a planta do CSP se tornará uma usina de energia confiável. A confiabilidade pode ser aprimorada com a instalação de um sistema de combustão de back-up. O sistema de back-up pode usar a maior parte da planta CSP, o que diminui o custo do sistema de back-up.

As instalações da CSP utilizam materiais de alta condutividade elétrica, como cobre, em cabos de energia de campo, redes de aterramento e motores para rastreamento e bombeamento de fluidos, bem como no gerador principal e nos transformadores de alta tensão.

Com confiabilidade, deserto não utilizado, sem poluição e sem custos com combustível, os obstáculos para uma grande implantação do CSP são custo, estética, uso do solo e fatores similares para as necessárias linhas de alta tensão de conexão. Embora apenas uma pequena porcentagem do deserto seja necessária para atender à demanda global de eletricidade, ainda assim uma grande área deve ser coberta com espelhos ou lentes para obter uma quantidade significativa de energia. Uma maneira importante de diminuir o custo é o uso de um design simples.

Ao considerar os impactos do uso da terra associados à exploração e extração através do transporte e conversão de combustíveis fósseis, que são usados ​​para a maioria de nossa energia elétrica, a energia solar em escala de utilidade compara como um dos recursos energéticos mais eficientes em termos de terra disponíveis:

O governo federal dedicou quase 2.000 vezes mais área a arrendamentos de petróleo e gás do que ao desenvolvimento solar. Em 2010, o Bureau of Land Management aprovou nove projetos de energia solar em grande escala, com uma capacidade total de geração de 3.682 megawatts, representando aproximadamente 40.000 acres. Em contraste, em 2010, o Bureau of Land Management processou mais de 5.200 pedidos de arrendamento de gás e petróleo e emitiu 1.308 arrendamentos, totalizando 3,2 milhões de acres. Atualmente, 38,2 milhões de acres de terras públicas onshore e mais 36,9 milhões de acres de exploração offshore no Golfo do México estão sob arrendamento para exploração, exploração e produção de petróleo e gás.

Projetos de sistema
Durante o dia o sol tem diferentes posições. Para sistemas de baixa concentração (e baixas temperaturas), o rastreamento pode ser evitado (ou limitado a poucas posições por ano) se forem utilizadas lentes sem imagem. Para concentrações mais altas, no entanto, se os espelhos ou lentes não se moverem, então o foco dos espelhos ou das lentes muda (mas também nesses casos a ótica sem imagem fornece os mais amplos ângulos de aceitação para uma dada concentração). Portanto, parece inevitável que seja necessário um sistema de rastreamento que siga a posição do sol (para o solar fotovoltaico, um rastreador solar é apenas opcional). O sistema de rastreamento aumenta o custo e a complexidade. Com isso em mente, diferentes designs podem ser distinguidos em como eles concentram a luz e rastreiam a posição do sol.

Projetos de calha parabólica
As usinas parabólicas usam uma calha curvada e espelhada que reflete a radiação solar direta sobre um tubo de vidro contendo um fluido (também chamado de receptor, absorvedor ou coletor) que percorre o comprimento da calha, posicionado no ponto focal dos refletores. O vale é parabólico ao longo de um eixo e linear no eixo ortogonal. Para a mudança da posição diária do sol perpendicular ao receptor, a depressão se inclina de leste para oeste, de modo que a radiação direta permaneça focalizada no receptor. No entanto, mudanças sazonais no ângulo da luz solar paralela à depressão não exigem o ajuste dos espelhos, uma vez que a luz é simplesmente concentrada em outro lugar no receptor. Assim, o desenho da calha não requer rastreamento em um segundo eixo. O receptor pode ser colocado em uma câmara de vácuo de vidro. O vácuo reduz significativamente a perda de calor por convecção.

Um fluido (também chamado fluido de transferência de calor) passa pelo receptor e fica muito quente. Fluidos comuns são óleo sintético, sal fundido e vapor pressurizado. O fluido que contém o calor é transportado para um motor térmico, onde cerca de um terço do calor é convertido em eletricidade.

Sistemas de calha parabólica de grande escala consistem em muitos desses canais dispostos paralelamente em uma grande área de terra. Desde 1985, um sistema solar térmico usando esse princípio está em plena operação na Califórnia, nos Estados Unidos. É chamado de sistema de geração de energia solar (SEGS). Outros projetos de CSP carecem desse tipo de longa experiência e, portanto, pode-se dizer atualmente que o design da calha parabólica é a tecnologia CSP mais amplamente comprovada.

O SEGS é uma coleção de nove usinas com capacidade total de 354 MW e tem sido a maior usina de energia solar do mundo, tanto térmica quanto não térmica, por muitos anos. Uma planta mais nova é a planta Nevada Solar One, com capacidade de 64 MW. As estações de energia solar Andasol de 150 MW estão na Espanha, com cada site tendo uma capacidade de 50 MW. Note, no entanto, que essas plantas têm armazenamento de calor que requer um campo maior de coletores solares em relação ao tamanho do gerador de turbina a vapor para armazenar calor e enviar calor para a turbina a vapor ao mesmo tempo. O armazenamento de calor permite uma melhor utilização da turbina a vapor. Com operação diurna e noturna da turbina a vapor Andasol 1 a 50 MW, a capacidade de pico produz mais energia do que a Nevada Solar One com capacidade de pico de 64 MW, devido ao antigo sistema de armazenamento de energia térmica da usina e ao maior campo solar. A Estação Geradora Solana de 280MW entrou em operação no Arizona em 2013 com 6 horas de armazenamento de energia. A central de energia solar integrada de ciclo combinado Hassi R’Mel na Argélia e o Centro de Energia Solar Martin Next Generation usam parabólicas em um ciclo combinado com gás natural.

Calha fechada
A arquitetura da calha embutida encapsula o sistema solar térmico dentro de uma estufa semelhante a uma estufa. A estufa cria um ambiente protegido para suportar os elementos que podem impactar negativamente a confiabilidade e a eficiência do sistema solar térmico.

Espelhos refletores solares, curvos e leves, estão suspensos dentro da estrutura da estufa. Um sistema de rastreamento de eixo único posiciona os espelhos para rastrear o sol e focar sua luz em uma rede de tubos de aço estacionários, também suspensos da estrutura da estufa. O vapor é gerado diretamente, usando água com qualidade de campo de petróleo, como a água flui da entrada ao longo do comprimento dos tubos, sem trocadores de calor ou fluidos de trabalho intermediários.

O vapor produzido é então alimentado diretamente à rede de distribuição de vapor existente no campo, onde o vapor é continuamente injetado profundamente no reservatório de óleo. Abrigar os espelhos do vento permite que eles alcancem taxas de temperatura mais altas e evitam a acumulação de poeira como resultado da exposição à umidade. A GlassPoint Solar, empresa que criou o projeto Enclosed Trough, afirma que sua tecnologia pode produzir calor para EOR por cerca de US $ 5 por milhão de unidades térmicas britânicas em regiões ensolaradas, em comparação a US $ 10 a US $ 12 para outras tecnologias térmicas convencionais.

O sistema de calhas fechado da GlassPoint foi utilizado nas instalações de Miraah, em Omã, e um novo projeto foi anunciado recentemente para a empresa levar sua tecnologia de calhas para o South Belridge Oil Field, perto de Bakersfield, Califórnia.

Projetos torre de energia
As torres de energia (também conhecidas como usinas de energia da ‘torre central’ ou usinas de energia ‘heliostat’) capturam e focalizam a energia térmica do sol com milhares de espelhos de rastreamento (chamados heliostatos) em um campo de aproximadamente dois quilômetros quadrados. Uma torre reside no centro do campo do heliostato. Os heliostatos concentram a luz solar concentrada em um receptor que fica no topo da torre. Dentro do receptor, a luz solar concentrada aquece o sal fundido a mais de 1.000 ° F (538 ° C). O sal fundido aquecido então flui para um tanque de armazenamento térmico onde é armazenado, mantendo 98% de eficiência térmica e, eventualmente, bombeado para um gerador de vapor. O vapor aciona uma turbina padrão para gerar eletricidade. Esse processo, também conhecido como “ciclo Rankine”, é semelhante a uma usina elétrica a carvão padrão, exceto pelo fato de ser alimentada por energia solar limpa e livre.

A vantagem deste projeto acima do desenho da calha parabólica é a temperatura mais alta. A energia térmica a temperaturas mais altas pode ser convertida em eletricidade de forma mais eficiente e pode ser armazenada mais economicamente para uso posterior. Além disso, há menos necessidade de achatar a área do solo. Em princípio, uma torre de energia pode ser construída ao lado de uma colina. Os espelhos podem ser planos e o encanamento é concentrado na torre. A desvantagem é que cada espelho deve ter seu próprio controle de eixo duplo, enquanto no projeto de calha parabólica, um único eixo de rastreamento pode ser compartilhado por uma grande variedade de espelhos.

Uma comparação de custo / desempenho entre a torre de energia e concentradores parabólicos foi feita pelo NREL, que estimou que até 2020 a eletricidade poderia ser produzida a partir de torres de energia para 5,47 ¢ / kWh e para 6,21 ¢ / kWh de calhas parabólicas. O fator de capacidade para torres de energia foi estimado em 72,9% e 56,2% para as parabólicas. Há alguma esperança de que o desenvolvimento de componentes de usinas de heliostato, baratos, duráveis ​​e de produção em massa, possa reduzir esse custo.

A primeira usina de torre comercial foi a PS10 na Espanha, com capacidade de 11 MW, concluída em 2007. Desde então, várias usinas foram propostas, várias foram construídas em vários países (Espanha, Alemanha, EUA, Turquia, China , Índia), mas várias plantas propostas foram canceladas, à medida que os preços solares fotovoltaicos despencaram. Espera-se que uma torre de energia solar esteja on-line na África do Sul em 2014. A usina de energia solar Ivanpah, na Califórnia, gera 392 MW de eletricidade de três torres, tornando-a a maior usina de energia solar quando entrou em operação no final de 2013.

Projetos de prato
A CSP-Stirling é conhecida por ter a mais alta eficiência de todas as tecnologias solares (cerca de 30%, comparada com a solar fotovoltaica de aproximadamente 15%) e prevê produzir energia mais barata entre todas as fontes de energia renovável em alta escala e áreas quentes, semi-desertos, etc. Um prato O sistema Stirling usa um prato parabólico grande e reflexivo (similar em forma a um prato de televisão por satélite). Ele concentra toda a luz do sol que atinge o prato em um único ponto acima do prato, onde um receptor capta o calor e o transforma em uma forma útil. Normalmente, o prato é acoplado a um motor Stirling em um sistema Dish-Stirling, mas às vezes também é usado um motor a vapor. Estes criam energia cinética rotacional que pode ser convertida em eletricidade usando um gerador elétrico.

Em 2005, a Southern California Edison anunciou um acordo para comprar motores Stirling movidos a energia solar da Stirling Energy Systems por um período de vinte anos e em quantidades (20.000 unidades) suficientes para gerar 500 megawatts de eletricidade. Em janeiro de 2010, a Stirling Energy Systems e a Tessera Solar encomendaram a primeira usina de 1,5 megawatt de demonstração (“Maricopa Solar”) usando a tecnologia Stirling em Peoria, Arizona. No início de 2011, a Tessera Solar, braço de desenvolvimento da Stirling Energy, vendeu seus dois grandes projetos, o projeto Imperial de 709 MW e o projeto Calico de 850 MW para AES Solar e K.Road, respectivamente. Em 2012, a fábrica de Maricopa foi comprada e desmontada pela United Sun Systems. A United Sun Systems lançou um novo sistema de geração, baseado em um motor Stirling em forma de V e um pico de produção de 33 kW. A nova tecnologia CSP-Stirling reduz o LCOE para US $ 0,02 em escala de serviços públicos.

De acordo com sua desenvolvedora, a Rispasso Energy, uma empresa sueca, em 2015, seu sistema Dish Sterling sendo testado no deserto de Kalahari, na África do Sul, mostrou eficiência de 34%.

Tecnologias Fresnel
Uma usina linear de refletor Fresnel utiliza uma série de espelhos longos, estreitos e de baixa curvatura (ou mesmo planos) para focalizar a luz em um ou mais receptores lineares posicionados acima dos espelhos. Na parte superior do receptor, um pequeno espelho parabólico pode ser conectado para focar ainda mais a luz. Esses sistemas têm como objetivo oferecer custos gerais mais baixos, compartilhando um receptor entre vários espelhos (em comparação com conceitos de canais e pratos), enquanto ainda usa a geometria simples de foco de linha com um eixo para rastreamento. Isso é semelhante ao design da calha (e diferente das torres centrais e dos pratos com eixo duplo). O receptor é estacionário e não são necessários acoplamentos fluidos (como em calhas e pratos). Os espelhos também não precisam suportar o receptor, por isso são estruturalmente mais simples. Quando são utilizadas estratégias de pontaria adequadas (espelhos destinados a diferentes receptores em diferentes momentos do dia), isso pode permitir um empacotamento mais denso de espelhos na área de terra disponível.

Tecnologias de rastreamento de eixo único rivais incluem as tecnologias relativamente novas de refletor Fresnel linear (LFR) e LFR compacto (CLFR). O LFR difere daquele da calha parabólica em que o absorvedor é fixado no espaço acima do campo do espelho. Além disso, o refletor é composto de muitos segmentos de linha baixa, que se concentram coletivamente em um receptor de torre longa elevado, paralelo ao eixo rotacional do refletor.

Protótipos de concentradores de lentes de Fresnel foram produzidos para a coleta de energia térmica pela International Automated Systems.Não se sabe que sistemas térmicos em larga escala usando lentes Fresnel estão em operação, embora produtos que incorporam lentes Fresnel em conjunto com células fotovoltaicas já estejam disponíveis.

O MicroCSP
MicroCSP é usado para usinas de tamanho comunitário (1 MW a 50 MW), para aplicações industriais, agrícolas e de processamento, e quando são necessárias grandes quantidades de água quente, como piscinas de resort, parques aquáticos, grandes lavanderia, esterilização, destilação e outros usos.

Calha parabólica fechada
O sistema térmico solar de calha parabólica encerra os componentes dentro de uma estufa tipo estufa. A estufa protege os componentes dos elementos que podem afetar negativamente a confiabilidade e eficiência do sistema. Essa proteção inclui, de forma importante, a lavagem noturna do teto de vidro com sistemas automatizados de lavagem automatizados otimizados com eficiência de consumo. Espelhos refletores solares, curvos e leves, são suspensos do teto da estufa por fios. Um sistema de rastreamento de eixo único posiciona os espelhos para recuperar a quantidade ideal de luz solar. Os espelhos concentram a luz do sol e a concentram em uma rede de tubos de aço estacionários, também suspensos da estrutura da estufa. A água é bombeada através dos tubos e fervida para gerar vapor quando a radiação solar intensa é aplicada.O vapor está disponível para o calor do processo. Abrigar os espelhos do vento permite que eles alcancem altas taxas de temperatura e evitam que a poeira se acumule nos espelhos como resultado da exposição à umidade.