Todas as tecnologias de concentração de energia solar (CSP) usam uma configuração de espelho para concentrar a energia da luz solar em um receptor e convertê-la em calor. O calor pode então ser usado para criar vapor para acionar uma turbina para produzir energia elétrica ou usado como calor de processo industrial.
As centrais de energia solar concentrada podem integrar sistemas de armazenamento de energia térmica para usar para gerar eletricidade durante períodos nublados ou durante horas após o pôr-do-sol ou antes do nascer do sol.Esta capacidade de armazenar energia solar torna a energia solar concentrada uma fonte flexível e despachável de energia renovável.
Sistemas CSP também podem ser combinados com centrais de ciclo combinado resultando em centrais híbridas que fornecem energia de alto valor e despachável. Também podem ser integradas em centrais térmicas existentes que usam um bloco de energia como CSP; tais como carvão, gás natural, biocombustíveis ou plantas geotérmicas.
CSP plantas também podem usar combustível fóssil para complementar a produção solar durante períodos de baixa radiação solar. Nesse caso, é utilizado um aquecimento a gás natural ou uma caldeira/reaquecedor de vapor a gás.
Existem quatro tipos de tecnologias CSP, sendo a mais antiga em uso, e a de mais rápido crescimento a partir de 2017 a torre. Para cada uma delas, existem várias variações de design ou configurações diferentes, dependendo se o armazenamento de energia térmica está incluído, e que métodos são usados para armazenar a energia solar térmica.
Sistemas de calha parabólica:
br> Num sistema parabólico de calha CSP, a energia do sol é concentrada por reflectores parabólicos em forma de calha sobre um tubo receptor – o tubo absorvedor de calor – correndo ao longo de cerca de um metro acima da superfície curva dos espelhos. A temperatura do fluido de transferência de calor que passa pelo tubo, geralmente óleo térmico, é aumentada de 293ºC para 393ºC, e a energia térmica é então utilizada no bloco de energia térmica para gerar electricidade num gerador de vapor convencional.
Um campo de colector solar compreende múltiplos espelhos parabólicos em forma de canal em filas paralelas alinhadas para permitir que estes espelhos de eixo único em forma de canal rastreiem o sol de este para oeste durante o dia para assegurar que o sol está continuamente focado nos tubos receptores. A partir de 2018, 90% do CSP em operação comercial é de calha. Base de dados de implantação.
Sistemas de torres de energia:
br>Sistemas de torres de energia ou receptores centrais utilizam espelhos de rastreamento solar chamados helióstatos para focalizar a luz solar em um receptor no topo de uma torre. Um fluido de transferência de calor aquecido no receptor até cerca de 600ºC é utilizado para gerar vapor que, por sua vez, é utilizado num gerador de turbina convencional para produzir electricidade.
As primeiras torres de energia utilizam vapor como fluido de transferência de calor, que não se presta ao armazenamento. A Khi Solar One na África do Sul e a Ivanpah na Califórnia operam comercialmente através do aquecimento directo da água ao vapor. Mas Gemasolar (2011), Crescent Dunes (2013) e Noor III (2018) usam sais fundidos devido à sua capacidade superior de transferência de calor e armazenamento de energia.
Muita pesquisa está investigando vários outros materiais de transferência de calor ou armazenamento de energia devido ao potencial de atingir uma temperatura mais alta com os ganhos de eficiência resultantes, levando a custos mais baixos. Estes possíveis materiais de armazenamento de energia variam do ar a partículas de areia, a misturas alternativas de produtos químicos. Base de dados de implantação de torres.
Sistemas Fresnel Lineares:
br> Semelhante às longas matrizes de um sistema parabólico através de CSP, um campo coletor de concentração linear consiste de um grande número de coletores em linhas paralelas. Estes são tipicamente alinhados numa orientação norte-sul para maximizar a recolha anual e de energia de verão. Os espelhos são colocados no chão e refletem a luz do sol para a tubulação acima. Como a calha e a torre, Fresnel também pode incorporar armazenamento em um bloco de energia, ou gerar vapor para uso direto. Fresnel deployment database.
Parabólicos Sistemas de prato:
br>Um sistema de prato parabólico consiste num concentrador de ponto focal em forma parabólica na forma de um prato que reflecte a radiação solar num receptor montado no ponto focal. Estes concentradores são montados numa estrutura com um sistema de seguimento de dois eixos para seguir o sol. O calor coletado é normalmente utilizado diretamente por um motor de calor montado no receptor movendo-se com a estrutura da antena parabólica. O prato pode atingir temperaturas extremamente altas, e tem promessa de uso em reatores solares para a fabricação de combustíveis solares que requerem temperaturas muito altas. Os motores Stirling e de ciclo Brayton são atualmente preferidos para conversão de energia, embora a antena parabólica raramente tenha sido implantada comercialmente para geração de energia. Dish deployment database.
