Refletor Fresnel linear compacto - Compact linear Fresnel reflector
Um refletor Fresnel linear compacto ( CLFR ) - também conhecido como refletor Fresnel linear de concentração - é um tipo específico de tecnologia de refletor Fresnel linear ( LFR ). Eles são nomeados por sua semelhança com uma lente de Fresnel , na qual muitos fragmentos de lente pequenos e finos são combinados para simular uma lente simples muito mais espessa. Esses espelhos são capazes de concentrar a energia solar em aproximadamente 30 vezes sua intensidade normal .
Os refletores Fresnel lineares usam segmentos longos e finos de espelhos para focar a luz do sol em um absorvedor fixo localizado em um ponto focal comum dos refletores. Essa energia concentrada é transferida através do absorvedor para algum fluido térmico (normalmente, óleo capaz de manter o estado líquido em temperaturas muito altas). O fluido então passa por um trocador de calor para alimentar um gerador de vapor . Ao contrário dos LFRs tradicionais, o CLFR utiliza vários absorvedores nas proximidades dos espelhos.
História
O primeiro sistema de energia solar com refletor Fresnel linear foi desenvolvido na Itália em 1961 por Giovanni Francia da Universidade de Gênova . Francia demonstrou que tal sistema poderia criar temperaturas elevadas, capazes de fazer um fluido funcionar. A tecnologia foi investigada por empresas como a FMC Corporation durante a crise do petróleo de 1973 , mas permaneceu relativamente intocada até o início dos anos 1990. Em 1993, o primeiro CLFR foi desenvolvido na Universidade de Sydney em 1993 e patenteado em 1995. Em 1999, o design CLFR foi aprimorado com a introdução do absorvedor avançado. Em 2003, o conceito foi estendido para a geometria 3D . Pesquisa publicada em 2010 mostrou que concentrações mais altas e / ou ângulos de aceitação mais altos poderiam ser obtidos usando ótica de não imagem para explorar diferentes graus de liberdade no sistema, como variar o tamanho e a curvatura dos helióstatos , colocando-os em uma altura variável (em um curva de forma de onda) e combinando o primário resultante com os secundários sem imagem.
Projeto
Refletores
Os refletores estão localizados na base do sistema e convergem os raios solares para o absorvedor. Um componente chave que torna todos os LFR mais vantajosos do que os sistemas de espelhos parabólicos tradicionais é o uso de "refletores de Fresnel". Esses refletores fazem uso do efeito de lente Fresnel , que permite um espelho de concentração com uma grande abertura e comprimento focal curto , reduzindo simultaneamente o volume de material necessário para o refletor. Isso reduz bastante o custo do sistema, uma vez que os refletores parabólicos de vidro curvado costumam ser muito caros. No entanto, nos últimos anos, a nanotecnologia de filme fino reduziu significativamente o custo dos espelhos parabólicos.
Um grande desafio que deve ser abordado em qualquer tecnologia de concentração solar é a mudança do ângulo dos raios incidentes (os raios de sol incidindo sobre os espelhos) à medida que o sol avança ao longo do dia. Os refletores de um CLFR são normalmente alinhados em uma orientação norte-sul e giram em torno de um único eixo usando um sistema rastreador solar controlado por computador . Isso permite que o sistema mantenha o ângulo de incidência adequado entre os raios solares e os espelhos, otimizando assim a transferência de energia.
Absorventes
O absorvedor está localizado na linha focal dos espelhos. Ele corre paralelo e acima dos segmentos refletores para transportar a radiação para dentro de algum fluido térmico em funcionamento. O projeto básico do absorvedor para o sistema CLFR é uma cavidade de ar invertida com uma tampa de vidro envolvendo tubos de vapor isolados, mostrado na Fig.2. Este design demonstrou ser simples e econômico, com bom desempenho óptico e térmico.
Para um desempenho ideal do CLFR, vários fatores de projeto do absorvedor devem ser otimizados.
- Primeiro, a transferência de calor entre o absorvedor e o fluido térmico deve ser maximizada. Isso depende de a superfície dos tubos de vapor ser seletiva. Uma superfície seletiva otimiza a relação entre a energia absorvida e a energia emitida. As superfícies aceitáveis geralmente absorvem 96% da radiação incidente enquanto emitem apenas 7% por meio da radiação infravermelha. O cromo preto depositado eletroquimicamente é geralmente usado por seu amplo desempenho e capacidade de suportar altas temperaturas.
- Em segundo lugar, o absorvedor deve ser projetado de modo que a distribuição da temperatura pela superfície seletiva seja uniforme. A distribuição não uniforme da temperatura leva à degradação acelerada da superfície. Normalmente, uma temperatura uniforme de 300 ° C (573 K; 572 ° F) é desejada. As distribuições uniformes são obtidas alterando os parâmetros do absorvedor, como a espessura do isolamento acima da placa, o tamanho da abertura do absorvedor e a forma e profundidade da cavidade de ar.
Ao contrário do LFR tradicional, o CLFR faz uso de vários absorvedores nas proximidades de seus espelhos. Esses amortecedores adicionais permitem que os espelhos alternem sua inclinação, conforme ilustrado na Fig. 3. Esta disposição é vantajosa por várias razões.
- Primeiro, inclinações alternadas minimizam o efeito dos refletores bloqueando o acesso dos refletores adjacentes à luz do sol, melhorando assim a eficiência do sistema.
- Em segundo lugar, vários absorvedores minimizam a quantidade de espaço no solo necessária para a instalação. Isso, por sua vez, reduz o custo de aquisição e preparação do terreno.
- Finalmente, ter os painéis próximos reduz o comprimento das linhas de absorção, o que reduz as perdas térmicas através das linhas de absorção e o custo geral do sistema.
Formulários
A Areva Solar (Ausra) construiu uma planta de refletor Fresnel linear em New South Wales, Austrália. Inicialmente um teste de 1 MW em 2005, foi expandido para 5 MW em 2006. Esta planta de refletor complementou a Central Elétrica de Liddell a carvão de 2.000 MW. A energia gerada pelo sistema solar térmico a vapor é utilizada para fornecer eletricidade para o funcionamento da usina, compensando o consumo interno de energia da usina. A AREVA Solar construiu a Usina de Energia Térmica Solar Kimberlina de 5 MW em Bakersfield, Califórnia, em 2009. Esta é a primeira usina de refletor Fresnel linear comercial nos Estados Unidos. Os coletores solares foram produzidos na fábrica da Ausra em Las Vegas. Em abril de 2008, a AREVA abriu uma grande fábrica em Las Vegas, Nevada, para produzir refletores Fresnel linear. A fábrica foi planejada para produzir coletores solares suficientes para fornecer 200 MW de energia por mês.
Em março de 2009, a empresa alemã Novatec Biosol construiu uma usina de energia solar Fresnel conhecida como PE 1. A usina de energia solar térmica usa um design óptico Fresnel linear padrão (não CLFR) e tem uma capacidade elétrica de 1,4 MW. PE 1 compreende uma caldeira solar com superfície espelhada de aproximadamente 18.000 m 2 (1,8 ha; 4,4 acres). O vapor é gerado pela concentração da luz solar diretamente em um receptor linear, que está 7,40 metros (24,28 pés) acima do solo. Um tubo absorvedor é posicionado na linha focal do campo do espelho, onde a água é aquecida a um vapor saturado de 270 ° C (543 K; 518 ° F). Este vapor, por sua vez, alimenta um gerador. O sucesso comercial do PE 1 levou a Novatec Solar a projetar uma usina solar de 30 MW conhecida como PE 2. PE 2 está em operação comercial desde 2012.
A partir de 2013, a Novatec Solar desenvolveu um sistema de sal fundido em cooperação com a BASF . Ele usa sais fundidos como fluido de transferência de calor no coletor que é transferido diretamente para um armazenamento de energia térmica. Uma temperatura de sal de até 550 ° C (823 K; 1.022 ° F) facilita o funcionamento de uma turbina a vapor convencional para geração de eletricidade , recuperação avançada de óleo ou dessalinização . Uma planta de demonstração de sal fundido foi realizada em PE 1 para comprovar a tecnologia. Desde 2015, a FRENELL GmbH, uma aquisição administrativa da Novatec Solar assumiu o desenvolvimento comercial da tecnologia de sal fundido direto.
Solar Fire, uma ONG de tecnologia apropriada na Índia, desenvolveu um projeto de código aberto para um pequeno concentrador de Fresnel de 12 kW de pico de operação manual que gera temperaturas de até 750 ° C (1.020 K; 1.380 ° F) e pode ser usado para vários aplicações térmicas, incluindo geração de eletricidade a vapor.
O maior sistema CSP que usa a tecnologia de refletor Fresnel linear compacto é a planta Reliance Areva CSP de 125 MW na Índia.
Na China, um projeto de Fresnel de 50 MW em escala comercial usando sal fundido como meio de transferência de calor está em construção desde 2016. Após a conexão à rede em 2019, agora parece operar com sucesso em 2021.
Veja também
- Concentração de energia solar
- Energia solar
- Energia solar na Itália
- Energia solar térmica
- Lista de estações de energia solar térmica