Energia Solar Térmica - Uma proposta para o Brasil

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MULTIVIX – FACULDADE BRASILEIRA 
Camila Duarte – matrícula 1-1411621 
Gilmar Martins Corrêa Junior – matrícula 1-1411770 
Gladson Antunes – matrícula 1-1320455 
Lucas da Silva Ramos – matrícula 1-1210248 
Morgana Godoi Lima – matrícula 1-1420633 
Rodrigo Altoe – matrícula 1-1411632 
Thiago Toscano Ferrari – matrícula 1-1320561 
Vanderson Yeyê – matrícula 1-1211871 
Vinicius Halfeld – matrícula 1-1420632 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ENERGIA SOLAR TÉRMICA – UMA PROPOSTA PARA O BRASIL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VITÓRIA-ES 
JUNHO / 2015 
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MULTIVIX – FACULDADE BRASILEIRA 
Camila Duarte – matrícula 1-1411621 
Gilmar Martins Corrêa Junior – matrícula 1-1411770 
Gladson Antunes – matrícula 1-1320455 
Lucas da Silva Ramos – matrícula 1-1210248 
Morgana Godoi Lima – matrícula 1-1420633 
Rodrigo Altoe – matrícula 1-1411632 
Thiago Toscano Ferrari – matrícula 1-1320561 
Vanderson Yeyê – matrícula 1-1211871 
Vinicius Halfeld – matrícula 1-1420632 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este trabalho de pesquisa sobre a energia solar 
térmica foi apresentado à disciplina Fontes 
Alternativas de Energia, ministradas no 7º período 
do curso de graduação em Engenharia Mecânica da 
Faculdade Brasileira - Multivix, como requisito 
parcial para avaliação, cujo orientador foi o 
Professor Rafael Fracalossi. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VITÓRIA-ES 
JUNHO / 2015 
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INTRODUÇÃO 
 
A energia solar térmica ainda é pouco explorada nos dias atuais, como 
podemos observar no Anuário Estatístico de Energia Elétrica de 2013 (p. 23)[5] e 
poucos países optam por essa fonte alternativa de energia. Apesar disso, muito pode 
ser feito com o calor que o sol irradia em nosso planeta, desde aquecer um coletor 
solar, comumente utilizado para aquecer água em residências, até superaquecer sal 
em usinas gemasolares com a finalidade de se produzir a energia elétrica. 
 
A energia solar térmica é limpa e renovável, não sendo sempre necessária a 
utilização de nenhum combustível fóssil em seu processo de beneficiamento, nem 
mesmo liberação de gases poluentes para atmosfera tem por objetivo o fornecimento 
de energia elétrica tanto para a aplicação doméstica, bem como a industrial. 
 
Uma das dificuldades encontradas nesse processo é a não geração da energia 
nos períodos em que a luz solar não está presente, como em dias nublados e a noite. 
Mas em Andaluiza, na Espanha, utilizando tanques de sal aquecido já é possível gerar 
eletricidade 24h por dia, 7 dias por semana por meios de reservatórios da fonte quente 
e fonte fria que abastecem a planta nos momentos em que não há a incidência de sol 
diretamente nos espelhos, mais conhecidos como helióstatos. Mostrando a 
viabilização desse processo de fabricação. 
 
 
Usina solar Andaluzia [6] 
Com isso este trabalho visa demonstrar as vantagens e desvantagens da 
implantação de usinas termo solares, seu funcionamento e a aplicação do Ciclo de 
Rankine no caso em tela. Tal ciclo termodinâmico é utilizado em modelagem de 
turbinas a vapor, e tem como princípio de funcionamento transferir calor de uma fonte 
quente para uma fonte fria, liberando Trabalho, transformando-o em eletricidade, ou 
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ainda simplesmente como aquecimento da água com a finalidade de substituir a 
energia elétrica como fonte aquecedora. Desta forma, basicamente se dá o 
funcionamento de usinas termo solares. 
 
METODOLOGIA 
 
Nos baseamos em algumas pesquisas acadêmicas, tais como a Avaliação 
Comparativa de Sistemas de Energia Solar Térmica, realizada pelo engenheiro 
eletricista Henrique Magalhães Bianchini em sua monografia de 2013 pela UFRJ que 
visa a comparação entre as quatro diferentes tecnologias de geração de uma usina 
termo solar concentrada e qual a que oferece melhor rendimento a menor custo, o 
território mais apropriado no Brasil para sua aplicação, as dificuldades que o Brasil 
enfrenta para implantar esta tecnologia e a região com o menor potencial. Além disso, 
fomos avançando no estudo, onde também faz corpo de nossa pesquisa, a 
monografia do engenheiro eletricista Cássio Mauri de Oliveira Filho em 2014 pela 
UFRJ que traz novos elementos mais detalhados como o tema de sua dissertação a 
Metodologia para Estudo de Implantação de uma Usina Heliotérmica de Receptor 
Central no Brasil, que iremos percorrer nas ferramentas de implantação desta 
indústria e desenvolvimento no território brasileiro. 
 
Por fim, vimos na pesquisa extraída da monografia Geração Heliotérmica - 
Avaliação do Impacto da Utilização de Novos Fluidos no Custo da Energia Gerada de 
2014 do engenheiro mecânico Rodrigo Fonseca Araújo Milani Tavares, também da 
UFRJ, que visa extrair a melhor viabilidade entre as duas plantas solar térmica de 
torres solares e pratos parabólicos, concluindo qual é a mais eficiente. Contamos 
também com bibliografias complementares em nosso trabalho, visando formar um 
conceito mais embasado possível desta fonte alternativa de fornecimento de energia, 
frente a matriz energética predominante no mundo ser baseada em combustíveis 
fósseis e a necessidade de se ampliar de diversificar a matriz energética no Brasil e 
no mundo. 
 
FONTES DE ENERGIA SOLAR TÉRMICA 
 
Será preciso definirmos que a energia solar é proveniente da fonte inesgotável 
que emana das radiações solares, no período de incidência na Terra, o que vem a se 
destacar o objetivo de nossa pesquisa, a energia solar térmica concentrada e seus 
quatro tipos de tecnologias desenvolvidas, tais como a cilindro parabólica, torre solar, 
linear Fresnel e prato parabólico. Sobre estas plantas temos o ciclo simples, com 
armazenamento e híbrido. Como dado que vem a agregar em nossa abordagem, o 
engenheiro Henrique, em sua monografia nos esclarece. 
 
A maioria das fontes de energia (biomassa, eólica, hidráulica, combustíveis 
fósseis e energia dos oceanos) são provindas indiretamente da energia solar. O sol é 
a maior fonte de energia disponível na Terra, fornecendo anualmente para a 
atmosfera terrestre cerca de 1,5 x 1018 kWh de energia. Esse valor corresponde a 104 
vezes o consumo mundial de energia neste período. 
A energia solar pode ser utilizada na conversão de energia térmica, para 
aquecimentos de fluidos e geração de potência mecânica ou elétrica, ou diretamente 
em energia elétrica, por efeitos em determinados materiais, principalmente os 
semicondutores, destacando-se o efeito fotovoltaico. (BIANCHINI, 2013, P. 6) 
 
 
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RADIAÇÃO SOLAR 
 
Partindo destas definições, iremos percorrer agora nas diversas formas de 
incidência solar sobre a superfície da Terra, ao qual enumeramos a radiação difusa 
que é refratada pelas nuvens, a radiação direta que é a que mais é aproveitada pelo 
sistema solar térmico, mas percebemos que além destas duas formas de radiação 
solar, existem ainda a reflexão de uma parcela da radiação que incidem sobre as 
nuvens, ou ainda difusão como conhecida, bem como a geração fotovoltaica que 
aproveita as duas incidências solares difusa e direta, tal como encontramos a figura 
abaixo. 
 
 
Radiação solar global e suas componentes 
(BIANCHINI, 2013, p. 6) 
 
Partindo deste axioma, percebemos o estudo necessário desde o início do 
fornecimento natural das radiações solares até o consumidor final, visando um melhor 
aproveitamento da tecnologia desenvolvida até a sua maior eficiência na aplicação 
desta fonte alternativa de energia, diminuindo assim, mesmo que de forma gradativa, 
a exploração e o fornecimento das fontes de energia a base da queima de fósseis. 
 
MOVIMENTO TERRA-SOL 
 
Outro estudo que se torna relevante é o movimento da Terra em relação ao Sol 
que implica em desenvolver tecnologias mais aproveitáveis de melhor localização de 
uma planta termosolar por região na crosta terrestre, bem como desenvolver 
mecanismos de reflexão e concentração da radiação solar para a geração de energia 
térmica em um ponto focaliza, a fim de que a partir daí possa ser aproveitado para 
converter esta energia térmica em geração de energia elétrica por um ciclo 
termodinâmico, onde se destaca o ciclo de Rankine que se aplica nesse contexto; 
exemplificando seus principais componentes o bombeamento adiabático, a 
transformação da água em vapor a pressão constante na caldeira, a expansão 
adiabática na turbina e consequentemente a condensação do vapor a pressão 
constante no condensador. 
 
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Para tanto, se faz mister conhecermos a trajetória orbital da Terra em relação 
ao sol, onde percebemos que esta trajetória é elíptica em um plano inclinado de algo 
próximo a 23,5º em relação ao plano do equador. Devido a esta inclinação do orbe 
terrestre, temos um verão com dias mais longos do que o inverno que em consonância 
a este evento, temos que as altitudes solares são mais elevadas do que nos meses 
de verão. Com um maior esclarecimento, temos o comentário do engenheiro Rodrigo 
sobre esta inclinação. 
 
A posição angular do Sol, ao meio dia solar, em relação ao plano do Equador 
(Norte positivo) é chamada de Declinação Solar (δ). Na Figura 6 pode ser visto a 
variação do ângulo δ de acordo com o dia do ano, juntamente com as diferentes 
estações do ano, variando dentro dos seguintes limites: 
 
-23,45º ≤ δ≤23,45º. 
 
Figura 6 – Órbita da Terra em torno do Sol, com seu eixo N-S inclinado 
Fonte: Guimarães et al. (2004). 
(BIANCHINI, 2013, p. 7) 
 
 Como dissemos anteriormente, de forma conceitual, é necessário todo este 
estudo da direção da incidência solar na crosta terrestre, a fim de haver um maior 
aproveitamento dos painéis solares que por hora são fixos e não tem como 
acompanhar os raios solares como os painéis móveis, bem como uma melhor 
localização da planta solar térmica. Outro fator preponderante é a incidência de uma 
região nebulosa que dificulta sobremaneira também a absorção destas radiações 
solares pelas plantas solares. 
 
 Quando há a incidência dos raios solares no momento em que o sol está baixo 
no céu, a radiação solar percorre por distâncias maiores até atingir a crosta terrestre, 
em relação a incidência solar direta quando o sol se encontra ao meio dia. Com isso, 
constatamos que a absorção de raios solares se torna maior nesta ocasião em que o 
sol está posicionado perpendicularmente à crosta terrestre. Para tanto, tende haver o 
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rastreamento dos espelhos reflexivos das plantas heliotérmicas, pelo menos numa 
única direção norte-sul, ou leste oeste, tal como representa a figura abaixo. 
 
 
Trajetória do sol na Terra 
(BIANCHINI, 2013, p. 8) 
 
POTENCIAL SOLAR BRASILEIRO 
 
 A energia solar térmica tem uma grande contribuição em seu desenvolvimento 
tecnológico para o território brasileiro, bem como para o mundo, pois reduz a 
exploração e produção de energia a base de combustíveis fósseis. Com isso, no 
território brasileiro se faz mister salientar que é um continente com grande potencial 
de se gerar energia solar térmica, uma vez que está localizado na região intertropical 
que tem um maior aproveitamento na incidência dos raios solares na superfície, mas 
que ainda está em estudo o desenvolvimento desta tecnologia no Brasil. 
 
 Com base na necessidade do desenvolvimento desta nova tecnologia no Brasil 
tendo como pesquisa e desenvolvimento da indústria nacional que ainda não investe 
nesta fonte alternativa de energia, o governo federal vem por meio de incentivos fiscais 
para promover o desenvolvimento das plantas de geração de energia solar térmica 
com aplicações de atender o mercado doméstico e industrial, através do órgão 
regulador da ANEEL, tal como nos elucida o engenheiro Henrique em sua monografia. 
 
A ANEEL através da Resolução Normativa nº 482, de 17/04/2012, aprovou 
regras destinadas a redução de barreiras para instalação de geração distribuída de 
pequeno porte, microgeração e minigeração, que chegam até 1 MW de potência. A 
norma introduz o Sistema de Compensação de Energia, que permite os geradores de 
pequeno porte, que utilizam fontes incentivadas de energia (hidráulica, solar, biomassa, 
eólica e cogeração qualificada), trocar energia com a distribuidora local. Essa geração 
distribuída pode trazer uma série de vantagens sobre a geração centralizada 
tradicional, como, por exemplo, economia dos investimentos em transmissão, redução 
das perdas nas redes e melhoria da qualidade do serviço de energia elétrica. 
(BIANCHINI, 2013, p. 13) 
 
 Além dos incentivos destes órgãos regulamentadores, há ainda o potencial 
nacional devido à localização geográfica favorável para a recepção dos raios solares 
de uma melhor forma disposta a ser melhor aproveitado a geração de energia termo 
solar. Com isso, a região mais favorável para o desenvolvimento de uma planta termo 
soltar é a região nordeste, na Bahia com capacidade geradora de 6,5 kWh/m2/dia, e 
norte de Minas Gerais, mais precisamente no vale do São Francisco, devido a 
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disponibilidade de água em abundância que fornece a uma planta com reservatório 
uma maior quantidade de fluido que irá fazer parte do processo de produção de 
energia. Por outro lado, a região brasileira menos favorável para se implantar uma 
planta termo soltar é a região sul, mais especificamente no estado de Santa Catarina 
com capacidade geradora de 4,25 kWh/m2/dia, de acordo com o gráfico abaixo que 
representa a radiação solar global horizontal média anula no Brasil. 
 
 
Radiação solar global horizontal média anual no Brasil 
(BIANCHINI, 2013, p.10) 
 
 Poderia se questionar o porquê que a região equatorial no território brasileiro, 
como o norte do país, não é identificada como grande potencial de geração de energia 
solar térmica, mas o que tem que se levar em consideração é o fato de que a região 
norte do Brasil é altamente úmida, apesar de haver uma grande incidência de raios 
solares e com uma grande nebulosidade que acaba refletindo e refratando os raios 
solares, bem como não há uma área plana consideravelmente grande e disponível 
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para a implantação de uma planta solar térmica, já que são área florestais. É o que 
salientamos ser também necessário para a implantação de uma planta solar térmica, 
tal como uma região plana disponível e com pouca incidência de nuvens e com baixa 
umidade, destacando-se a região do planalto brasileiro e o vale do São Francisco que 
já destacamos como as mais propícias a desenvolver e implantar uma planta solar 
térmica, bem como nas regiões semiáridas. No mapa do Brasil logo abaixo, o 
engenheiro Enrique, em sua monografia nos elucida com a irradiação normal direta 
anual no território brasileiro. 
 
 
Irradiação normal direta anual no território brasileiro 
(BIANCHINI, 2013, p. 11) 
 
ENERGIA SOLAR TÉRMICA CONCENTRADA 
 
A energia solar térmica concentrada também conhecida como CSP 
(Concentrated Solar Power) tem o seu funcionamento baseado em concentradores 
para focar a radiação solar em um ponto receptor, que em seguida aquece um fluído 
de transferência, que será deslocado para um bloco de potência, onde será gerada a 
energia elétrica. Na figura abaixo, o engenheiro Henrique, em sua monografia nos 
apresenta um diagrama com fluxo de energia (diagrama Stankey), de uma planta solar 
térmica. 
 
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Representação do fluxo de energia de um sistema CSP 
Fonte: Miller e Lumby (2012), adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p.13) 
 
Existem quatro tipos de tecnologia solar térmica, sendo ela a de cilindro 
parabólico, linear Fresnel, torre de receptor central e prato parabólico. Destas 
tecnologias existentes, há ainda a possibilidade de uma planta solar térmica funcionar 
sem reservatório (simples), comarmazenamento e híbrida, onde a planta híbrida 
funciona com painéis fotovoltaicos, ou ainda com auxílio de combustíveis fósseis. 
Apenas o prato parabólico não é possível desenvolver uma planta híbrida. Na figura 
abaixo, o engenheiro Henrique, em sua monografia, nos demonstra graficamente 
como é cada tecnologia solar térmica já desenvolvida. 
 
 
Tipos de sistemas CSP 
Fonte: Miller e Lumby (2012), adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 14) 
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CILINDRO PARABÓLICO (CALHA PARABÓLICA) 
 
 A tecnologia do cilindro parabólico é a mais desenvolvida e testada no mundo, 
ocorrendo o início de sua pesquisa e implantação desde 1984, onde foi instalada uma 
planta SEGS (Solar Energy Generating Systems) no deserto de Mojave na Califórnia. 
Logo após esta implantação, houveram o desenvolvimento deste tipo de planta, de 
igual importância, como a Nevada Solar One e mais outras plantas mais recentes na 
Espanha. 
 
 O princípio construtivo e de funcionamento de uma planta de cilindros 
parabólicos consiste em uma distribuição de espelhos côncavos dispostos em fileiras 
paralelas que focaliza os raios solares refletidos numa tubulação de boro-silicato 
translúcido que tem em seu interior um fluxo de fluido com uma capacidade térmica 
elevada, capaz de ter suas temperaturas elevadas ao mais alto grau de temperatura, 
tais como óleos, sais fundidos, ou ainda alguma outra substância que retenha ao 
máximo o calor recebido pelas irradiações refletidas do conjunto de calhas 
parabólicas, tal como o engenheiro Henrique nos demonstra em sua monografia que 
retrata o funcionamento de um prato parabólico e a planta Nevada Solar One. 
 
 
Diagrama esquemático e foto da Nevada Solar One 
Fontes: www.nrel.gov e www.acciona.us, adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 15) 
 
 A partir do fluido superaquecido dentro das tubulações que recebem o reflexo 
das irradiações solares, este fluido superaquecido aquece a água nos trocadores de 
calor (fonte quente) a elevar a sua temperatura ao máximo, vindo a alimentar uma 
turbina que por sua vez faz movimentar um gerador, vindo a gerar a energia elétrica 
completamente limpa. 
 
O ciclo termodinâmico é fechado e o vapor que sai da turbina retorna para um 
condensador (fonte fria) e a água volta ao processo inicial em baixas temperaturas, 
dando partida em todo o processo novamente, sendo que após o fluido transferir o 
calor, ele é “reciclado” no processo e retoma a sua função inicial, tal como nos 
demonstra o engenheiro Henrique em sua monografia. 
 
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Diagrama esquemático da planta de calha parabólica 
Fonte: www.eere.energy.gov, adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 16) 
 
 As maiores plantas de cilindros de pratos parabólicos podem gerar até 100 MW 
de eletricidade, como no caso da usina SHAMS 1 que iniciou suas operações em 2013 
nos Emirados Árabes. Já as plantas SEGS VIII e IX operam desde 1990 nos EUA e 
são capazes de gerar 80 MW de energia elétrica. Existe um projeto de uma planta de 
cilindros parabólicos sendo desenvolvida no Chile, a Pedro Valdivia, que terá a 
capacidade de gerar 360 MW de eletricidade e com previsão de entrar em operação 
em 2015. 
 
 Os concentradores cilindro parabólicos são construídos para apresentar uma 
reflexibilidade de até 93%, a fim de evitar grandes perdas e resistir a ambientes 
severos como os desertos. Tal construção destes pratos segue o modelo de coletores 
que tem entre 5 e 6 metros de largura por 12 a 13 metros de comprimento. Os 
espelhos atualmente são vidros temperados finos e grossos, que variam entre 0,8 mm 
para finos e 3 a 5 mm os grossos. As diferenças entre estes dois espelhos está no 
custo que apresenta o espelho fino ser mais barato em relação ao grosso. O que 
percebemos é que esta tecnologia ainda está em desenvolvimento. 
 
 Os tubos receptores são montados no ponto focal da radiação solar refletida 
pelos espelhos, tendo como propriedade a de aquecimento do fluido térmico e 
encaminhar aos trocadores de calor com a finalidade de aquecimento da água para a 
geração de energia elétrica. A sua construção se baseia num tubo de aço inoxidável 
revestido com um tubo de boro-silicato anti-reflexivo que melhora as absorções de 
irradiação solar e diminui as perdas por convecção pelo vácuo no revestimento entre 
o tudo de aço inoxidável e o de vidro, tal como nos apresenta a figura abaixo pelo 
engenheiro Henrique em sua monografia. 
 
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Tubo absorvedor de calor 
Fonte: www.elecnor.es, adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 17) 
 
 O fluido de transferência de calor utilizado no processo dos pratos parabólicos, 
também chamados de HFT (Heat Transfer Fluid) têm de ter grandes capacidades 
térmicas sem perder as suas características físico-químicas. Desta forma, os mais 
aplicados nas plantas de cilindro parabólico são o Caloria que atinge uma temperatura 
de operação em até 300ºC e o Therminol que chega a temperatura de 400ºC. Com 
isso, o Therminol é o mais eficiente e mais utilizado. Outros óleos estão sendo 
testados, tal como o Syltherm que ultrapassa os 400ºC, onde tende a aumentar a 
eficiência na transferência de calor. Contudo, o Syltherm é mais caro atualmente e 
acaba não sendo muito utilizado. 
 
 Quanto ao sistema de rastreamento de uma planta de cilindros parabólicos, a 
disposição é realizada por motores elétricos ou de funcionamento por uma unidade 
hidráulica. O mais comumente utilizado é a unidade hidráulica que fornece a energia 
mecânica para mover os coletores. O mecanismo por de ser feito em dois eixos, ou 
de apenas um. No caso de apenas um eixo, os cilindros de movem na direção leste-
oeste, norte-sul, ou ainda paralelo ao eixo da Terra. 
 
Nas plantas de cilindro parabólicos o mais comum são as orientações dos 
coletores solares em apenas um sentido, tendo como a de maior eficiência a que se 
move no sentido leste-oeste, por se mover pouco durante o dia, com uma maior 
eficiência ao meio dia que se pode ajustar a elevação do sol e latitude. Porém os 
momentos de menos captação das irradiações solares se dão durante o início da 
manhã e fim da tarde, devido a sua maior inclinação em relação aos ângulos das 
irradiações solares, tal como podemos ver a representação da figura abaixo, 
demonstrada pelo engenheiro Henrique, em sua monografia com rastreamento no 
eixo norte-sul com rastreamento do sol leste-oeste. 
 
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Rastreamento orientado no eixo norte-sul com rastreando do sol de leste a oeste 
Fonte: Brakmann et al. (2003), adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2103, p.18) 
 
 Já o rastreamento norte-sul dos raios solares se dá mais eficientemente nos 
horários do início da manhã e fim da tarde, mas a absorção da irradiação solar ao 
meio dia é menos eficiente do que o rastreamento leste-oeste, devido aos maiores 
ângulos de incidência neste horário. O sistema de rastreamento do sol é subdivido em 
mecânico e eletro-eletrônico, onde este último é o mais confiável e subdivide-se em 
mecanismos que empregam motores controlados eletronicamente através de 
sensores que detectam a magnitude da iluminação do sol, os mecanismos que 
utilizam motores controlados por computador com controle de realimentação através 
de sensores que medem a radiação solar nos receptores, e o rastreamento virtual que 
dispensa os sensores e calcula a posição do sol por um algoritmo que calcula a 
posição do sol pelas suas coordenadas, ou seja, latitude e longitude. 
 
TORRE DE RECEPTOR CENTRAL 
 
 A torre de receptor central, também comumente conhecida como Central 
Receiver System (CRS), é baseada em um campo de espelhos, ou helióstatos que se 
movem de forma independente entre cada um e nos dois sentidos da radiação solar, 
sendo norte-sul e leste-oeste. Os receptores são focados na obtenção dos raios 
solares e refletidos no foco central do receptor, ou seja, a torre receptora próxima ao 
campodos helióstatos que por sua vez é responsável por aquecer um fluido térmico 
a base de sal fundido que pode chegar a 1000ºC que é 2 vezes maior do que uma 
planta de cilindros parabólicos. Este fluido superaquecido é levado pela gravidade até 
o solo, onde há uma planta termodinâmica que perfaz o aquecimento da água através 
de trocadores de calor, passando o valor produzido pela água a uma turbina que 
movimenta um gerador e por sua vez produz a energia elétrica. O processo retorna 
com a água superaquecida que sai dos trocadores de calor (fonte fria) e retorna ao 
processo através de um condensador (fonte fria) abaixando a temperatura da água. 
Consequentemente o sal fundido é reintegrado ao sistema com baixas temperaturas 
e por meio de um bombeamento retorna ao receptor, onde receberá novamente as 
elevadas temperaturas da radiação solar provinda dos helióstatos no foco central da 
torre receptora, reiniciando-se o processo termodinâmico, tal como é demonstrado 
pelo engenheiro Henrique em sua monografia que mostra a torre receptora central de 
PS10 na Espanha. 
 
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Diagrama do sistema de rastreamento 
Fonte: www.eere.energy.gov, adaptado pelo autor. 
Foto da planta solar de receptor central PS10 na Espanha 
Fonte: ABENGOA (2011) 
(BIANCHINI, 2013, p. 21) 
 
 Esta plantas são ainda recentes com desenvolvimento no campo dos testes em 
1980 e 1990, onde há ainda muitas pesquisas desta tecnologia. Os helióstatos é uma 
estrutura montada com um conjunto espelhos refletores que se movem de forma 
independente, refletindo os raios solares para um ponto específico nas tores 
receptoras. Os helióstatos consistem em um rastreamento dos raios solares por meio 
de uma unidade de elevação e de um azimute que tende a facilitar o movimento dos 
helióstatos em acompanhar o curso do sol durante o dia. Isso nos demonstra que cada 
helióstato tem um movimento particular, de acordo com sua disposição na planta e de 
acordo com a incidência dos raios solares durante o dia. Percebe-se na planta piloto 
de Albengoa Solar PS10, na Espanha, que é necessário que os ventos estejam abaixo 
de uma velocidade de 10 m/s para manter a integridade dos espelhos refletores, que 
eles estejam limpos e uma área plana disponível de 150m2 para seu completo 
funcionamento. O padrão construtivo dos helióstatos consiste em uma grande 
estrutura, onde está acoplados os vidros com uma camada de filme reflexivo que tem 
a função de reflexão da irradiação solar para a torre receptora, tal como vemos um 
modelo na monografia do engenheiro Henrique. 
 
 
Foto da planta solar de receptor central PS10 na Espanha 
Fonte: ABENGOA (2011) 
(BIANCHINI, 2013, p. 22) 
 
16 
 
 Os fluidos de transferência de calor são a base de sais fundidos e vapor direto 
que tem a propriedade de atingir grandes temperaturas, próximas a 565ºC, e transmiti-
las ao processo. Isso é possível ao padrão construtivo ser capaz de eliminar uma 
grande possibilidade de tubulações que deverão levar os fluidos até o fim do processo, 
devido a grande temperatura atingida na torre receptora central ser de 1000ºC. Estão 
sendo investigados sistemas e fluidos que tem a temperatura de operação entre os 
600ºC e 700ºC, a fim de substituírem os atuais ciclos Rankine subcríticos. 
 
 A altura que a torre receptora pode ter está entre 50 até 165 metros de altura a 
um distância razoável dos helióstatos, de forma que impeçam as sombras que 
ocasionam ao jogo de espelhos. O receptor, responsável por receber os raios solares 
refletidos no alto da torre para o meio de transferência pode ser uma caldeira, ou 
tambor de vapor. Este processo produz uma temperatura de aproximadamente 550ºC 
a uma pressão de 160 bar que tem por finalidade abastecer a turbina a vapor, ou ainda 
o tanque de armazenagem de vapor. 
 
 Este ano, no dia 13 de fevereiro, a empresa Google com parceria com as 
empresas NRG Energy e Brightsource Energy desenvolveram a maior planta solar 
térmica de torre receptora central na região da Califórnia, nos EUA, a Ivanpah Solar 
Eletric Generating System que tem cerca de 300 mil espelhos, é capaz de produzir 
392 MW de potência com três torres receptoras para a planta que ocupa uma área de 
14,16 km2 e que tem condições de abastecer cerca de 140 mil casas na Califórnia, 
que tem por objetivo reduzir a emissão de 400 mil toneladas métricas de CO2 por ano 
que equivale retirar 72 mil carros das ruas, tal como vemos abaixo na figura. Hoje esta 
é a maior planta de fornecimento de energia solar térmica já construída no mundo 
(OLIVEIRA FILHO, 2014, p. 36) [02], [11]. 
 
 
Ivanpah Solar Eletric Generating System [12] 
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PRATOS PARABÓLICOS CONCENTRADORES 
 
 A planta de funcionamento baseada em pratos parabólicos concentradores se 
utiliza em sua construção de espelhos em formato de um prato parabólico com 
refletores para refletir as irradiações solares para um ponto receptor, localizado no 
ponto focal do refletor. 
 
Esta energia absorvida é transformada em energia térmica. Este mecanismo é 
constituído por um coletor que são os pratos parabólicos concentradores e que são 
independentes, um receptor que é um motor Stirling e um gerador. O coletor recebe 
as irradiações solares, reflete para o receptor que transfere calor para o fluido de 
trabalho de aciona o motor Stirling para acionar o gerador de energia elétrica, tal como 
observamos na figura demonstrada pelo engenheiro Henrique em sua monografia. 
 
 
Pratos parabólicos concentradores 
Fonte: Stirling Energy Systems (SES), 2007 
(BIANCHINI, 2013, p. 24) 
 
 O funcionamento de uma planta de pratos parabólicos concentradores atuam 
com os coletores em funcionamento independente entre eles para acompanhar a 
trajetória das irradiações solares, mas com duas aplicações diferentes em seus 
receptores, sendo uma a transportada por tubulação para um sistema central e a outra 
sendo transformada diretamente em eletricidade em um gerador acoplado 
diretamente no receptor. Este segundo modelo é o mais utilizado, já que apresenta 
menor perda térmica e maior economia da geração de energia elétrica. 
 
 Contudo o mais comum é o gerador com base do motor Stirling que usa o calor 
recebido para variar a pressão existente numa câmara selada de hidrogênio, fazendo 
com que os pistões produzam a energia mecânica. 
 
Estes motores podem desempenhar um papel sobremaneira importantes e 
vantajosos em aplicações de bombeamento de água, em que o trabalho mecânico é 
necessário, a fim de realizar o acionamento de uma bomba, ao invés da energia 
elétrica para outros fins. Quando um ponto focal nos receptores converte diretamente 
as irradiações solares em energia elétrica, existem os seguintes componentes: 
 
Um receptor para absorver o raio solar concentrado para aquecer o fluido de trabalho. 
18 
 
Um gerador conectado ao motor para converter o trabalho em eletricidade. 
Um sistema de exaustão para expelir o calor em excesso para a atmosfera. 
Um sistema de controle para analisar a operação do motor com a energia solar 
disponível. (BIANCHINI, 2013, p. 25) 
 
 Um coletor recebe as irradiações solares e transmite-as aos receptores 
térmicos que os absorvem estes raios concentrados e transfere o calor para o motor. 
Este receptor pode ser um esquemático de tubos que recebe o calor com fluido 
circulando por ele, sendo resfriador como o hidrogênio ou hélio, onde ao mesmo 
tempo há fluidos térmicos que transmitem o calor, fervidos em fluidos intermediários, 
com objetivo de transferir calor ao motor Stirling. 
 
 O engenheiro Henrique, em sua monografia, citando Kalogirou, 2009, sobre a 
eficiência do prato parabólico concentrador, diz que: 
 
Segundo Kalogirou (2009), a tecnologia do sistema disco parabólico, tem alta 
eficiência na concentração de calor e baixa perda térmica, por rastrear o sol em dois 
eixos, sendo capaz de apontarpara o sol durante o dia todo, e porque o calor focado é 
aplicado diretamente para a unidade de calor do motor-gerador. Por isso, possui as 
maiores taxas de concentração (600 a 2000) e por essa razão é o coletor mais eficiente. 
Consequentemente, atinge temperaturas muito elevadas, podendo chegar acima de 
1500°C. No entanto, os custos de instalação tendem a ser mais elevados do que os 
custos da calha parabólica, refletor Fresnel e sistemas de torre central. (BIANCHINI, 
2013, p. 25) 
 
 O tamanho dos coletores, variam entre 5 e 15 metros de diâmetro e produzem 
entre 5 a 25 kW de eletricidade. Como sua capacidade de geração de energia elétrica 
independente, é possível atender pequenas vilas com até 1 hectare, vindo a dispor de 
vinte e cinco discos capazes de gerar 25 kW. 
 
Este sistema de pratos parabólicos concentradores não apresentam 
armazenagem térmica, contudo podem funcionar como sistema híbridos que na 
ocasião da não incidência de raios solares durante o dia, funcionam plantas híbridas 
a base de combustíveis fósseis que mantém o fornecimento de energia elétrica. O 
motor Stirling é o mais utilizado nesta tecnologia, mas ainda há estudos que tentam 
viabilizar a aplicação de microturbinas e as fotovoltaicas concentradas. 
 
CONCENTRADORES FRESNEL 
 
 Os refletores linear Fresnel (LFR, Linear Fresnel Reflectors) são bem 
semelhantes ao sistema de coletor cilíndrico parabólico, contudo são utilizadas longas 
fileiras de refletores no nível do solo, podendo ser planos ou ligeiramente curvos, que 
refletem os raios solares na direção de um receptor linear central afixado numa torre 
acima dos espelhos, tal como demonstra o engenheiro Henrique, em sua monografia, 
que mostra um esquemático da planta solar, Kimberlina, da AREVA, na Califórnia. 
19 
 
 
Desenho esquemático e foto da planta solar da AREVA 
Fonte: www.areva.com, adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 26) 
 
 O primeiro a aplicar esta tecnologia foi o pioneiro solar, Giordio Fraancia (1968), 
que desenvolveu o sistema linear e o sistema de rastreamento de dois eixos de 
refletores Fresnel em Gênova, na Itália, na década de 60. O funcionamento desta 
planta é similar ao de pratos parabólicos, no que tange a localização e orientação. 
 
Uma área plana se torna imprescindível e a disposição dos refletores é melhor 
aproveitada se for orientado no eixo norte-sul, com a finalidade de maximizar a 
captação da luz solar durante o dia. As plantas podem ser tanto para a produção direta 
de eletricidade, bem como para a produção de vapor extra, servindo de back-up para 
as plantas de carvão e gás natural. Com isso, o engenheiro Henrique nos mostra em 
sua monografia o desenho esquemático 
 
 
Diagrama esquemático de uma planta LFR 
Fonte: www.areva.com, adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 26) 
 
 Um dos problemas que os espelhos Fresnel causam é a questão do 
sombreamento que cada espelho provoca no outro subsequentemente ao que está 
disposto ao seu lado. Uma solução para este problema é o aumento do espaçamento 
entre os espelhos que acaba aumentando a área da planta, ou ainda o aumento da 
altura do receptor ao centro do jogo de espelhos. 
20 
 
 
Contudo, uma outra alternativa encontrada na Universidade de Sydney na 
Austrália, foi a construção de receptores laterais que impedem a formação de sombras 
entre os espelhos, ou seja a (Compact Linear Fresnel Reflector, CLFR), devido a 
descentralização da incidência 
solar em apenas um ponto focal 
no receptor ao centro, uma vez 
que há nas laterais dois 
receptores que solucionam a 
questão do sombreamento 
devido ao direcionamento dos 
coletores em diferentes 
posições, tal como a figura ao 
lado demonstrada pelo 
engenheiro Henrique, em sua 
monografia. 
Diagrama esquemático do CLFR 
Fonte: www.nrel.gov 
(BIANCHINI, 2013, p. 27) 
 
As plantas Fresnel levam a sua implantação ao um custo menor do que as de 
pratos parabólicos, mas com uma eficiência abaixo no que tange ao aquecimento do 
fluido térmico, sendo consequentemente gerada uma menor capacidade energética 
de eletricidade fornecida pela planta Fresnel. Atualmente chega-se a uma temperatura 
de vapor aquecido de 380ºC, mas há propostas de se elevar este valor até 450ºC com 
novas pesquisas. Esta planta ainda é uma tecnologia pouco explorada com algumas 
tecnologias desenvolvidas o seu projeto piloto em operação nos EUA e Espanha. 
 
Os espelhos das planas Fresnel são comumente mais baratos do que as de 
plantas de cilindros parabólicos, vindo a ter uma espessura de 1 a 2 mm. Isso ocorre 
devido ao formato dos espelhos Fresnel que não exige uma fabricação exclusiva, 
podendo ser comprado em diversos fabricantes. Em média os espelhos Fresnel 
custam US$ 9,8 por metro quadrado, pesando cerca de 3kg, que representa um terço 
do peso do cilindro prato parabólico, mas que tem uma perda maior na absorção das 
irradiações solares do que os pratos parabólicos, devido ao fato da menor faixa de 
ângulo de incidência dos raios solares. Esta tecnologia é a mais simples dentro das 
demais tecnologias CSP e tem uma menor necessidade de espaço físico para 
implantação de sua planta, em comparação com as plantas de cilindro parabólico. O 
fluido utilizado nas plantas Fresnel é o vapor como transferência de calor. 
 
ARMAZENAMENTO DE ENERGIA 
 
Nas plantas solares térmicas a disponibilidade de raios solares não é 
intermitente, pois conta com o período da noite que diariamente há uma lacuna de até 
12 horas da falta de incidência dos raios solares na superfície terrestre, bem como 
momento em que o céu está coberto por nuvens, devido ao ciclo da água que propicia 
o bloqueio dos raios solares. 
 
Com isso, é necessário haver o armazenamento durante a geração de vapor 
no momento em que o sol está irradiando nos coletores. Diante deste entrave para 
uma planta solar térmica, houve a necessidade de haver a armazenagem destes 
21 
 
vapores para gerar a energia elétrica na abstinência dos raios solares e melhorar a 
sua eficiência, minimizando as perdas. Diante disso, houveram plantas térmicas que 
desenvolveram o potencial de armazenagem, tal como nos mostra o engenheiro 
Henrique, em sua monografia. 
 
O armazenamento de energia nas centrais CSP foi demonstrado pela primeira 
vez nas usinas de 10 MW de torre de receptor central, Solar One e Solar Two. Essa 
tecnologia também vem sendo demonstrada em várias plantas de calhas parabólicas 
de 50 MW, a primeira foi a planta Andasol 1 em 2009. As usinas de calhas parabólicas 
com armazenamento atuais, normalmente têm 6 a 8 horas de armazenamento de 
energia na capacidade completa. Algumas usinas de torre de receptor central têm até 
15 horas de armazenamento, caso da usina Gemasolar Thermosolar que está em 
operação desde 2011 na Espanha. Tal armazenamento é suficiente para acomodar a 
variação diária da radiação solar e as demandas de carga, além disso, permite que o 
fator de capacidade das usinas de calhas parabólicas possa aumentar de 23-28% (sem 
armazenamento) para 36-41% (com armazenamento) (Miller e Lumby, 2012). Os 
Fatores de capacidade nas usinas de torre de receptor central variam de 24% a 75%. 
Os valores mais baixos são relacionados às usinas sem armazenamento, enquanto o 
valor mais alto é da usina Germasolar Thermosolar, que possui armazenamento. 
(BIANCHINI, 2013, p. 28). 
 
O sistema de armazenagem segue alguns parâmetros, tais como o tipo de 
tecnologia CSP a ser utilizada, a configuração do sistema de armazenamento sendo 
com dois tanques ou ainda com apenas um tanque de efeito termoclina, tipo de 
sistema de armazenamento ser direto ou indireto, escolha do fluido de trabalho 
utilizado, temperatura máxima de trabalho do sistema de armazenamento e 
capacidade e design do sistema de armazenamento. Apresentaremos agora um 
sistema de armazenagem numa planta de torrede receptor central que possui dois 
tanques de armazenamento indireto. O sistema de dois tanques indireto te um 
funcionamento similar ao direto e a diferença é que são utilizados no sistema indireto 
fluidos diferentes para a transferência de calor e para armazenamento. Este sistema, 
por ser muito caro o fluido de transferência de calor, ou ainda não adequado como 
fluido de armazenamento e acaba exigindo um trocador de calor extra, segundo está 
apresentado na monografia do engenheiro Henrique. 
 
 
Sistema de armazenamento direto com dois tanques 
Fonte: www.nrel.gov, adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 31) 
 
22 
 
Já o sistema indireto com dois tanques funciona como o transporte do fluido de 
armazenagem de baixa temperatura através de um trocador de calor extra, onde é 
aquecido pela alta temperatura do fluido de transferência de calor. Em seguida o fluido 
de armazenamento de alta temperatura flui de volta para o tanque de armazenamento 
de alta temperatura. 
 
O fluido de transferência HTF sai deste trocador de calor a baixa temperatura 
e retorna para o coletor solar, onde é novamente aquecido. O fluido a partir do tanque 
de armazenamento de alta temperatura é usado para gerar vapor do mesmo modo 
como o sistema de dois tanques, tal como vemos na demonstração na figura abaixo, 
de acordo com a monografia do engenheiro Henrique. 
 
 
Sistema de armazenamento indireto com dois tanques 
Fonte: www.nrel.gov, adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 31) 
 
Já no sistema de tanque único e efeito termoclina, o fluido com maior 
temperatura está na parte superior e o fluido de baixa temperatura na parte inferior do 
tanque. Estas regiões de baixa e alta temperaturas são separadas por um gradiente 
de temperatura, ou termoclina. 
 
O fluido de alta temperatura flui para a parte superior do termoclina e sai pelo 
fundo a baixa temperatura. Este processo move o termoclina para baixo e adiciona a 
energia térmica para o sistema de armazenamento. Pelo processo reverso, o 
termoclina move-se para a parte superior e remove a energia térmica do sistema para 
a geração de vapor e de energia elétrica. Este sistema foi aplicado na planta de torre 
de receptor central Solar One, onde o vapor utilizado como HTF e o óleo mineral como 
fluido de armazenamento, de acordo com a figura abaixo. 
 
23 
 
 
Sistema de armazenamento com tanque único e efeito termoclina 
Fonte: Pacheco et al.(2001), adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 32) 
 
Existem três modelos diferentes de operação da planta, a geração deslocada 
para o horário de pico, a geração maximizada para atender o horário de pico e a 
geração estendida. Contudo, pelo projeto da planta, só é permitido somente uma 
estratégia de produção de energia elétrica com os seguintes fatores principais: o 
tamanho do campo solar, o tamanho do sistema de armazenamento e a geração de 
eletricidade. 
O funcionamento de geração deslocada como múltiplo solar (MS) inicia a 
operação da planta a partir do meio dia, já que nestas primeiras 6h de incidência solar 
foi utilizada somente para armazenagem de energia, sendo que a irradiação solar é 
no período de 6h às 19h, podendo gerar energia elétrica por até 23h, mesmo sem a 
presença do sol. Já o modelo de geração maximizada visa atender o horário de pico, 
a energia térmica produzida durante o dia é armazenada e utilizada para atender o 
horário de pico. A geração estendida é necessário uma maior área para os coletores 
e uma parte da energia térmica é armazenada durante o dia e quando chega a noite 
essa energia é utilizada para gerar energia elétrica com o período de geração de 
energia elétrica mais longo. Este modelo é utilizado nas plantas de Andasol I e II da 
ACS Cobra, na Espanha. 
 
TECNOLOGIA DE RESFRIAMENTO 
 
A tecnologia de resfriamento numa usina CSP é basicamente a condensação 
do vapor utilizado nas turbinas, igualmente às tecnologias de funcionamento das 
turbinas a vapor convencionais. Os principais métodos de resfriamento do 
condensador são: úmido, seco e híbrido. O método úmido é o mais eficiente e com 
melhor custo benefício e deve ser aplicado em regiões com alto fornecimento de água. 
Já o método seco é menos eficiente, mas recomendável a utilização em regiões de 
carência de água, mas com perdas de desempenho e custos mais elevados de 
operação. O método híbrido é utilizado a água e o ar que acaba não reduzindo tanto 
a eficiência, mas mantém o maior custo do equipamento. 
 
Para tanto, é muito importante a análise destes métodos dentro das aplicações 
de uma tecnologia CSP, como nos aponta o engenheiro Henrique, citando Barbose 
(2012) e Philbert (2010), em sua monografia: 
 
24 
 
Segundo Barbose et al. (2012), os sistemas prato parabólicos são 
inerentemente refrigerados pelo ar ambiente, enquanto que os sistemas de torre 
central, LFR e de calha parabólica podem usar o resfriamento úmido, seco, ou híbrido. 
A seleção da tecnologia de resfriamento depende da economia, política e da 
disponibilidade de água. Em áreas com muita água, o resfriamento úmido é muitas 
vezes preferido e proporciona o menor custo, no entanto, alguns desenvolvedores de 
CSP voluntariamente optam pelo resfriamento seco para reduzir o consumo de água. 
Os sistemas de refrigeração seco e híbrido são tecnologias que têm o potencial de 
reduzir o consumo de água de uma CSP entre 40% e 97%, dependendo da localização 
e da tecnologia. 
De acordo com Philibert et al. (2010), as necessidades de água das usinas 
CSP são relativamente altas: cerca de 3000 L/MWh para plantas de calha parabólica e 
LFR (semelhante a um reator nuclear) em comparação com cerca de 2000 L/MWh para 
usinas térmicas movidas a carvão e apenas 800 L/MWh para plantas de ciclo 
combinado movido de gás natural. As CSP de torre central precisam de menos água 
por MWh do que as de calhas parabólicas, dependendo da eficiência da tecnologia. 
(BIANCHINI, 2013, p. 36). 
 
PLANTAS HIBRIDAS 
 
É possível tornar uma planta solar térmica híbrida, ou seja em funcionamento 
paralelo a alguma outra fonte de planta térmica movida a combustíveis fósseis, o que 
nos leva a uma nova tecnologia conhecida como Sistema Solar Integrado de Ciclo 
Combinado (Integrated Solar Combined Cycle – ISCC). Sendo assim, todas as plantas 
combinadas utilizam uma turbina a gás combinada a uma turbina a vapor. 
O sistema ISCC é bastante relevante, pois possibilita a garantia de 
fornecimento de energia elétrica em momentos de pico no fornecimento. Estes 
sistema ainda podem fornecer energia extra para aquecimento do fluido de 
transferência de calor, ou ainda para o fluido de armazenamento, vindo a aumentar a 
eficiência da planta híbrida. Segue abaixo uma planta esquemática ISCC. 
 
 
Planta esquemática de uma usina com ISCC 
Fonte: Miller e Lumby (2012), adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 38) 
 
 Numa planta híbrida ISCC funciona com dois ciclos termodinâmicos diferentes, 
sendo um ciclo de Brayton para a turbina a vapor e um ciclo Rankine para a turbina a 
25 
 
vapor. Esses ciclos são combinados em um único sistema, através de um recuperador 
de calor gerador de vapor (Heat Recovery Steam Generator, HRSG), conforme a 
figura esquemática apresentada. O funcionamento é explanado pelo engenheiro 
Henrique, em sua monografia, citando Miller e Lumby (2012). 
 
[...] O combustível é queimado na turbina a gás da maneira convencional e o gás quente 
vai para o HRSG, onde a energia do gás é recuperada para gerar e superaquecer o 
vapor, para ser utilizado no ciclo de turbina a vapor. Nas plantas ISCC o calor solar 
vindo da tecnologia CSP é integrada com a alta pressão no HRSG ou diretamente a 
baixa pressão na turbina a vapor. A ideia geral é uma turbina à vapor de tamanho muito 
grande, utilizando o calor do campo solar pelo gerador a vapore um exaustor de calor 
da turbina a gás para pré-aquecer e superaquecer o vapor, aumentar a potência do 
ciclo Rankine. (BIANCHINI, 2013, p. 37). 
 
ANÁLISE COMPARATIVA DE UMA PLANTA CSP 
 
 Ao término de nosso projeto descrevemos uma simulação de nosso protótipo 
que poderá ser acompanhado pelo YouTube, onde demonstramos o funcionamento 
de uma usina solar térmica de Cilindro-parabólico com sistema automatizado de 
acompanhamento da incidência de radiação solar por uma simulação com LED de um 
celular, pontuando suas vantagens e suas desvantagens. Analisamos a possibilidade 
da implantação de uma usina em território brasileiro que melhor se destaca o norte da 
Bahia, bem como descrevemos as etapas para fabricação de energia elétrica através 
da capitação de raios solares em uma usina termo solar, tipo Cilindro-parabólico. 
 
Num comparativo entre as quatro tecnologias disponíveis no mercado, temos o 
quadro abaixo que destaca a planta solar térmica de prato parabólico como a 
tecnologia mais viável, por ser mais eficiente, mas devido ao risco tecnológico e que 
atualmente não há uma planta desenvolvida para comprovar o baixo custo do 
fornecimento de energia elétrica. Com isso, concluímos que a planta com base em 
cilindro parabólico, por ser a tecnologia mais madura é a mais aplicada na indústria 
energética que no Brasil se configura a matriz energética as plantas hidroelétricas. 
 
Contudo, entendemos que as maiores plantas desenvolvidas na Califórnia ser 
de Torre Central e a em Abu Dhabi a de Cilindro-parabólico, percebemos que a planta 
desenvolvida em Torre Central é a mais indicada, tal como a parceria da Google que 
neste ano de 2015 inaugura a maior planta desenvolvida no mundo, localizada na 
Califórnia, com outras duas empresas parceiras. Desta forma, como indicado na 
pesquisa do engenheiro Henrique, em sua monografia que utiliza o modelo de um 
software SAM (System Advisor Model), onde será realizado a modelagem e análise 
dos casos. A escolha do SAM se deve a sua versatilidade para simular diferentes tipos 
de planta CSP tanto pelo modelo físico, quanto pelo modelo empírico, tal qual nos 
apresenta o engenheiro Henrique em sua monografia. 
 
A estrutura do SAM (Figura 33) consiste em uma interface do usuário, um 
mecanismo de cálculo e uma interface de programação. A interface do usuário fornece 
acesso a variáveis de entrada e controles de simulação, e ainda apresenta resultados, 
tabelas e gráficos. A ferramenta de cálculo do SAM executa uma simulação em “time-
step-by-time-step” do desempenho de um sistema de energia, e um conjunto de 
cálculos financeiros anuais para gerar um fluxo de caixa do projeto e métricas 
financeiras. A interface de programação permite que o SAM interaja com programas 
externos, como o Microsoft Excel (SAM, 2013). 
26 
 
O SAM faz previsões de desempenho e calcula o custo e estimativas de 
energia para projetos conectados à rede de energia com base nos parâmetros de 
projeto do sistema que o usuário especificar como entradas para o modelo, tais como: 
localidade, dados meteorológicos, tecnologia, custos de instalação e funcionamento, 
financiamento, dentre outras especificações do sistema (SAM, 2013). (BIANCHINI, 
2013, pp. 40-41). 
 
 
Estrutura do SAM 
Fonte: SAM (2013), adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 41). 
 
 Este modelo de software SAM utiliza como plataforma um mecanismo baseado 
na simulação horária que interage com os modelos de custos, desempenho e finanças 
para calcular a produção de energia, custo de energia e fluxo de caixa. Este modelo 
realiza cálculos hora a hora da saída de um sistema de energia elétrica, gerando um 
conjunto de 8.760 valores horários que representam a produção do sistema de energia 
elétrica ao longo do ano. Com isso, é possível realizar testes de desempenho por hora. 
 
 
Resultados obtidos nas simulações das plantas CSP 
Fonte: Miller e Lumby (2012), adaptado pelo autor. 
(BIANCHINI, 2013, p. 14) 
27 
 
 Com a demonstração do comparativo entre as quatro tecnologias CSP, 
concluímos que a mais indicada a ser implementada no Brasil é a de cilindro 
parabólico, devido ao seu desenvolvimento já maduro no mercado, o baixo risco 
tecnológico, os níveis intermediários de temperatura de operação, a capacidade de 
uma planta ser implementada com armazenagem, o custo de fornecimento de energia 
elétrica está entre os mais baixos das plantas desenvolvidas em escala industrial no 
mundo. Tal como a Acciona Solar, Abengoa Sola / Abener, Solar Milenium, Solel / 
Siemens, sendo estas tecnologias já testadas e em funcionamento. 
 
CONCLUSÃO 
 
Mediante nossa pesquisa, identificamos como proposta a implantação de uma 
planta solar térmica de cilindros parabólicos no Brasil por ser uma tecnologia mais 
madura no cenário mundial, pelo Brasil oferecer uma excelente oferta de radiação 
solar por se localizar numa região intertropical, mais precisamente na região do norte 
de Minas, ou ainda no vale do rio São Francisco no recôncavo Baiano, por ser a região 
mais propícia para receber um investimento deste vulto. 
 
Ainda dentro do âmbito desta planta, identificamos ainda a questão do custo 
final quando comparamos a nossa matriz energética hidroelétrica e de combustíveis 
fósseis, que segundo o engenheiro Henrique (BIANCHINI, 2013, p. 16), citando Lodi 
(2011), o custo de uma grande planta de cilindros parabólicos tem a capacidade de 
gerar energia elétrica a um custo de 200 a 295 USD/MWh, de acordo com os 
incentivos do Estado e a disponibilidade dos raios solares a uma região mais propícia 
a incidência da radiação solar, mas que no futuro este valor tende a cair. Comparando 
ao custo do KWh ofertado no estado do Espírito Santo que teve mais de 80% de 
aumento este ano, estar girando em torno de 80 centavos de real o KWh, ao 
compararmos com uma planta solar térmica de cilindros parabólicos, chegamos ao 
valor de até 29 centavos de dólar por KWh que poderá chegar 92 centavos de real o 
KWh, numa projeção realizada há quatro anos. 
 
Certamente que numa visão mais otimista, teremos a possibilidade de ter um 
custo inferior ao fornecido pelas plantas hidroelétricas em pelo menos em nosso 
estado do Espírito Santo em até 20 centavos de dólar por KWh que convertidos para 
a moeda nacional, chega-se ao valor de até 63 centavos de real por KWh. É bastante 
substancial esta redução de custo de 80 centavos o KWh ofertado pelas plantas 
hidroelétricas para uma planta solar térmica de cilindros parabólicos que oferta a um 
custo de 63 centavos de real o KWh, retirando a dependência dos recursos hídricos 
no país que passa por uma grande crise e reduzindo o custo doméstico e industrial 
em até 17 centavos de real o KWh. 
 
Em nossa pesquisa e com a nova realidade do mercado e a intenção do 
governo Brasileiro em dirimir a crise hídrica, é recomendável subsídios por parte do 
governo federal, mesmo que ainda se torna muito caro o desenvolvimento de uma 
planta solar térmica no Brasil, assim como conclui o engenheiro Henrique, em sua 
monografia. 
 
A instalação de uma usina CSP no Brasil ainda não é viável devido ao seu alto 
custo. A planta modelada mais barata foi a híbrida, que apresentou o custo nivelado de 
energia de 217,7 USD/MWh, que corresponde a 435 R$/MWh (taxa de conversão 1 
USD=R$ 2,02, em 03/04/2013). O preço médio de venda da geração eólica no Leilão 
28 
 
de Energia A-5/2012 (EPE, 2012b) foi de 87,84 R$/MWh, que é muito mais baixo do 
que os preços encontrados nas simulações para a geração heliotérmica neste trabalho. 
(BIANCHINI, 2013, p. 58) 
 
Já o engenheiro Cássio, que em sua monografia, fez um estudo específico para 
implantação de uma usina termo solar nas regiões também de São Paulo, bem como 
estados do Nordeste como Piauí, Goiás e também de estados do Sul como Mato 
Grosso do Sul e Paraná com capacidade de geraçãode energia elétrica entre 2 e 5,5 
kWh/m2/dia, (OLIVEIRA FILHO, 2014, p. 64). Segundo o mesmo autor, há ainda um 
projeto piloto em desenvolvimento de uma planta de torre solar no Nordeste do país, 
mais especificamente em Petrolina, (OLIVEIRA FILHO, 2014, p. 53). 
 
A pesquisa deste mesmo autor visou o desenvolvimento de uma planta solar 
térmica com a tecnologia da torre de receptor central na cidade de Bom Jesus da Lapa 
na Bahia, após uma séria de comparativos com diversas outras cidades no Brasil com 
grande potencial energético solar como Belo Horizonte (MG), Bom Jesus da Lapa 
(BA), Brasília (DF), Campo Grande (MS), Petrolina (PE), Porto Nacional (TO), Rio de 
Janeiro (RJ) e Salvador (BA), sendo que a que apresentou os melhores resultados foi 
a planta a ser desenvolvida em Bom Jesus da Lapa (BA). Após identificar esta cidade 
como a que oferece o maior potencial nacional para o desenvolvimento de uma 
tecnologia solar térmica, estudos apontaram como sendo a de torre de receptor 
central, onde o mesmo autor comparou com a planta solar de mesma tecnologia 
instalada no EUA (OLIVEIRA FILHO, 2014, p. 80). Diante disso, chegou aos seguintes 
números o engenheiro Cássio, em sua monografia. 
 
 
Quadro comparativo entre uma planta torre solar em Daggett e em Bom Jesus da Lapa 
Fonte: Elaboração própria a partir dos dados de TURCHI, C. S.; WAGNER, M. J. Power Tower 
Reference Plant for Cost Modeling With the System Advisor Model (SAM). [S.l.]: [s.n.], 2012. 
(OLIVEIRA FILHO, 2014, p. 81) 
 
Ao observamos autores diferentes, estes chegaram a resultados próximos, mas 
identificamos que houve um progresso da pesquisa do desenvolvimento de uma 
planta solar térmica em território nacional de 2013 a 2014. Este artigo apresentou as 
tecnologias CSP, o cenário mundial da geração termo solar com sugestões de 
implantação no Brasil com uma avaliação da viabilidade da instalação no Brasil em 
29 
 
termos de custos e desempenho, tanto para pratos parabólicos como torre de receptor 
central. 
 
De acordo com os dados apresentados, identificamos a tecnologia de pratos 
parabólicos como a mais indicada de implantação em território nacional, mas não 
descartamos a geração heliotérmicas que está sobremaneira crescendo em todo 
mundo, no que tange às questões ambientais, viabilizando a necessidade de redução 
das emissões de gases de efeito estufa. Atualmente a tecnologia mais madura e com 
maior número de plantas em operação é a cilindro parabólico. Porém, a tendência é 
que a capacidade instalada de plantas de receptor central aumente devido a sua 
operação com temperaturas mais elevadas proporcionar maior eficiência térmica e 
maior capacidade de armazenamento. 
 
A grande dificuldade que encontramos foi relacionado à indisponibilidade de 
dados necessários para simulação das plantas, como por exemplo, a modelagem 
financeira e de custos, já que no Brasil ainda não há políticas de incentivo à inserção 
da energia termo solar na matriz elétrica nacional. Mediante a pesquisa específica do 
engenheiro Cássio, em sua monografia, chegamos a mesma conclusão que sua 
pesquisa nos proporcionou. 
 
[...] O primeiro passo em direção à geração termo solar no país está sendo a 
construção, em Petrolina, de uma planta piloto de tecnologia cilindro parabólico para 
pesquisa e desenvolvimento. Apesar de o país possuir grande potencial para 
exploração da energia solar, faltam dados climatológicos para simulações de plantas 
CSP em áreas com melhores índices de radiação solar. Porém, dentre os municípios 
com maior incidência de radiação normal direta, cujos dados estão disponíveis, Bom 
Jesus da Lapa foi o que apresentou melhores resultados para implantação de uma 
usina heliotérmica de receptor central. 
 
Em termos de desempenho, as plantas simuladas neste trabalho apresentaram 
bons resultados, como as produções anuais e os fatores de capacidade, indicando que 
o Brasil possui boas características climáticas para implantação desse tipo de planta. 
Porém, a instalação de uma planta CSP torre solar no Brasil ainda não é viável devido 
ao seu alto custo. A planta com armazenamento de 7,5 horas simulada em Bom Jesus 
da Lapa obteve o menor custo nivelado, 272,6USD/MWh, equivalente a 618,8R$/MWh 
(conversão de 1 USD = R$ 2,27, em 13/08/2014), que é muito maior do que a média 
de 150USD/MWh das plantas nos EUA. O custo da planta termo solar em Bom Jesus 
da Lapa também é muito maior se comparado ao custo dos projetos de energia eólica 
no Brasil, que foram vendidos a uma média de 129,97R$/MWh no Leilão de Energia A-
3/2014 [62]. Portanto, é necessário que o Governo desenvolva políticas de incentivo à 
geração heliotérmica no Brasil, deixando a tecnologia CSP mais competitiva e atraindo 
mais investidores no país. (OLIVEIRA FILHO, 2014, p. 82). 
 
 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] BIANCHINI, Henrique Magalhães. Avaliação Comparativa de Sistemas de Energia Solar 
Térmica. Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2013. 
[2] OLIVEIRA FILHO, Cássio Mauri de. Metodologia para Estudo de Implantação de uma 
Usina Heliotérmica de Receptor Central no Brasil. Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 
2014. 
30 
 
[3] MILANI, Rodrigo Fonseca Araujo Tavares. Geração Heliotérmica: Avaliação do impacto da 
utilização de novos fluidos no custo da energia gerada. Rio de Janeiro: UFRJ / Escola 
Politécnica, 2013. 
[4] ALMEIDA, Marcell. Usina Gemasolar consegue gerar energia mesmo no escuro. 
Disponível em: http://www.techtudo.com.br/artigos/noticia/2011/06/usina-,gemasolar-consegue-gerar-energia-
mesmo-no-escuro.html, acesso em 22 de março de 2015. 
[5] MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA. Anuário estatístico de energia elétrica 2013. Rio de 
Janeiro: Empresa Pública de Energia, 2013. (p. 23) 
[6] https://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/ciudadania/renovables/energia-solar/energia-solar, acesso em 
22 de março de 2015. 
[7] http://www.newhome.com.br/HTMLs/Ekohome/Solar/T%C3%A9rmico/ColetorPlano.htm, acesso em 07 de 
junho de 2015 
[8] http://www.cienciaviva.pt/rede/himalaya/home/guia6.pdf, acesso em 07 de junho de 2015 
[9] COSTA, Paulo, Características e Potencialidade e Geração Termo Solar. SIEMENS 
[10] http://www.biosferatv.com.br/noticias/numeros-da-energia-renovavel-na-europa/, acesso em 09 de 
junho de 2015 
[11] https://youtu.be/czTfYKrFBdQ?list=LLU-OYfUrlXdJY7cXKhh8dgA, acesso em 07 de junho de 2015. 
[12] http://www.technocrazed.com/ivanpah-solar-power-plant-can-provide-electricity-to-140000-homes-and-roast-
birds, acesso em 21 de junho de 2015