Central solar de torre

Uma central solar de torre usa um campo de espelhos que seguem o sol, os helióstatos, para enviar a luz para um recetor no alto de uma torre. A luz concentrada transforma a água em vapor, ou aquece um sal fundido que pode ser armazenado, e esse calor faz girar uma turbina a vapor. Giovanni Francia construiu a primeira central de torre em Sant’Ilario, perto de Génova, em meados da década de 1960.

O que é

Uma central solar de torre, também chamada central de recetor central, recolhe a luz do sol de uma grande área de terreno com centenas ou milhares de espelhos planos, os helióstatos. Cada helióstato roda ao longo do dia para continuar a refletir o sol para o mesmo alvo: um recetor no alto de uma torre alta, no meio ou na orla do campo. A luz concentrada aquece um fluido que corre pelo recetor. Nalgumas centrais é água, que se transforma em vapor; noutras é sal fundido, que leva o calor torre abaixo.

Ao pé da torre, o calor alimenta uma central elétrica comum. O vapor, produzido diretamente no recetor ou num gerador de vapor aquecido pelo sal quente, faz girar uma turbina a vapor acoplada a um gerador. Uma célula solar transforma a luz diretamente em eletricidade; uma torre transforma-a primeiro em calor, e o calor guardado em sal quente deixa a central continuar a produzir depois do pôr do sol ou com nuvens.

Como funciona

O helióstato tem de estar virado a meio caminho entre o sol e o recetor para a luz cair no alvo.

Um espelho devolve a luz com o mesmo ângulo com que ela chega. Para manter o feixe refletido no recetor, um helióstato tem portanto de estar virado a meio caminho entre o sol e o recetor, e como o sol se desloca no céu, essa direção muda durante todo o dia. Cada helióstato assenta num pedestal com motores que o fazem rodar em torno de dois eixos, em geral um vertical para a direção e um horizontal para a inclinação. Como cada helióstato está num ponto diferente do campo, cada um segue o seu próprio percurso. Um controlador calcula os dois ângulos de cada helióstato a partir da data, da hora e da sua posição no campo.

O recetor é uma parede de tubos onde convergem todos os feixes refletidos.

O recetor é um permutador de calor feito de tubos. Na Solar Two, na Califórnia, era um cilindro de painéis de tubos à volta do topo da torre: o sal fundido, bombeado de um tanque frio, saía a cerca de 565 °C antes de descer para um tanque quente. Dali era bombeado através do gerador de vapor e de volta ao tanque frio. Neste tipo de central, o sal mantém-se em geral entre cerca de 290 °C e 565 °C. As centrais que aquecem água produzem o vapor no próprio recetor, como fazia a Solar One na Califórnia e faz a PS10 em Espanha. Em ambos os casos, o recetor tem de aguentar um fluxo de luz intenso e variável. Quando passa uma nuvem, a luz que recebe cai de repente, e uma central sem armazenamento perde potência com ela.

Como fazer

Alguns espelhos de bolso e uma lata preta fazem uma pequena torre cuja temperatura se pode ler.

Alguns espelhos planos pequenos e uma lata escura bastam para uma maqueta que funciona num dia de sol. Pinte de preto mate uma lata pequena vazia, encha-a de água até meio e meta-lhe um termómetro. Prenda a lata no alto de um pau ou de uma pilha de tijolos, mais ou menos à altura do joelho, ao ar livre, num chão lajeado ou pedregoso. Ponha quatro a seis espelhos de bolso sobre bolinhas de plasticina no chão à volta dela, a um ou dois passos.

Anote a temperatura da água, depois rode um espelho até a sua mancha de luz cair na lata e leia o termómetro de dois em dois minutos. Junte os outros espelhos um a um, apontando cada um para a lata. A água aquece mais depressa com cada espelho acrescentado, e uma lata branca ou uma à sombra aquece mais devagar, o que mostra porque os recetores são escuros e os campos grandes.

Aviso de segurança. Nunca olhe para o sol nem para o reflexo de um espelho, e nunca aponte uma mancha refletida para uma pessoa, um animal, uma janela ou um carro: a luz solar concentrada pode danificar os olhos e queimar a pele. Use apenas espelhos planos pequenos, nunca uma lupa nem um espelho curvo, que podem incendiar materiais secos, e mantenha papel, erva e madeira longe da lata. Cubra as arestas dos espelhos com fita-cola e deixe a lata arrefecer antes de lhe tocar. As crianças só fazem a experiência com um adulto, e no fim os espelhos ficam virados para baixo.

História e evolução

O matemático e engenheiro italiano Giovanni Francia procurava em Génova formas de recolher o calor do sol a alta temperatura. Dedicou-se a espelhos que concentravam o sol e, em meados da década de 1960, em Sant’Ilario, perto de Génova, construiu um campo de espelhos quase planos que refletiam a luz para uma caldeira e produziam vapor. Os relatos do seu trabalho datam os primeiros ensaios de 1965, enquanto o instituto agrícola em cujo terreno se encontrava data a sua instalação de 1964. Francia descreveu as suas instalações-piloto na revista Solar Energy em 1968.

As torres construídas para gerar eletricidade chegaram no início da década de 1980. A Eurelios, uma central de 1 MW em Adrano, na Sicília, entrou em serviço em 1981. A Solar One, perto de Barstow, na Califórnia, gerou 10 MW de 1982 a 1988 com um recetor que transformava a água em vapor. Foi depois reconstruída como Solar Two, que funcionou no fim da década de 1990 com um recetor de sal fundido e guardava o calor em tanques de sal quente e frio, de modo que podia dar eletricidade depois do pôr do sol.

Seguiram-se torres comerciais em Espanha. A PS10, perto de Sevilha, gera 11 MW com água e vapor. A Gemasolar, que entrou em serviço na Andaluzia em 2011, produz cerca de 20 MW e armazena sal quente suficiente para funcionar cerca de 15 horas sem sol, o que lhe permitiu fornecer eletricidade dia e noite.