Energia, Energia renovável, Luz, Temperatura, Termodinâmica

Como funciona a torre solar?

A torre solar é outra forma de usar a luz solar como fonte de calor para produzir vapor e girar uma turbina. Pode produzir eletricidade mesmo durante a noite.

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Sistema de controle

Vários espelhos planos no solo chamados de helióstatos refletem a luz solar e concentram a luz em um receptor na torre solar.

Torre solar

Os helióstatos têm servomotores ou motores de passo para serem posicionados no ângulo certo. Refletindo o máximo de luz solar para o receptor por todo o dia.

atuadores do helióstato

Atuadores do helióstato

Os motores são controlados por microcontroladores ou computadores. Para calcular a posição do Sol, tem que saber os ângulos de elevação \theta_{el}, zênite \theta_{Z} e azimute \theta_{A} (medido do norte até a direção do Sol).

Posição do Sol

Esta é a equação para calcular o ângulo de elevação.

sin (\theta_{el})=sin\delta\cdot sin\phi+cos\delta\cdot cos\omega\cdot cos\phi

\theta_{el}=arcsin(sin\delta\cdot sin\phi+cos\delta\cdot cos\omega\cdot cos\phi)

  • \delta é o ângulo de declinação, formado pelo plano do Equador e pela direção do raio solar.

A equação para calcular este ângulo, n é o dia do ano, vai de 1 a 365.

\delta =23,45\frac{\pi}{180}sin[2\pi(\frac{284+n}{36,25})]

  • \phi é o ângulo de latitude.
  • \omega é o ângulo da hora, formado pelo raio solar e o meridiano da hora local. É negativo das seis até 11:59 e se torna positivo à tarde, varia 15º a cada hora.

O ângulo da hora é calculado conforme mostrado abaixo. Onde t é o horário local em horas.

\omega =15(t-12)

Sabendo as coordenadas da torre solar e as posições do Sol e do helióstato, são calculados os ângulos que os helióstatos devem ter para direcionar a luz para o receptor o dia inteiro. Câmeras e sensores de luz também são usados para saber a posição do Sol.

Produzindo energia elétrica

Dentro do receptor, tem um trocador de calor, onde ocorre a mudança de estado físico do líquido para o gasoso para girar a turbina. O líquido bombeado para cima é água, sódio líquido ou sal derretido, cuja composição é 60% nitrato de sódio (NaNO_{3}) e 40% nitrato de potássio (KNO_{3}). No receptor, a temperatura é entre 500 e 1000ºC.

Usina de torre solar

Como esta usina pode produzir energia elétrica sem o Sol? Se o fluido escolhido for o sal derretido, pode ser armazenado em tanques com pressão atmosférica, mantendo o calor para manter a usina operando na ausência de Sol. O sal é usado para produzir vapor para girar a turbina.

Convertendo de Fahrenheit T_{F} para Celsius T_{C}, o sal quente fica a 565,5ºC e o frio a 287,7ºC. A relação entre estas medidas é:

T_{F}=\frac{9}{5}T_{C}+32

 

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