StorEnergy - uma revisão da óptica sem imagem e do armazenamento térmico como ferramentas para melhorar a geração de energia solar

O objetivo da StorEnergy é implementar novos conceitos para geradores de energia solar concentrada, para não apenas diminuir seus custos a um nível competitivo, mas também revolucionar a indústria em termos de eficiência de geração e armazenamento

Daniel Ramos, Gabriel Zanko, Mobileyourlife – Bogotá, D.C., Colombia

Com os reflexos que a indústria de combustíveis fósseis tem tido no meio ambiente desde sua concepção e o péssimo estado em que chegamos em matéria de poluição, conforme atestado pela comunidade internacional, o surgimento de projetos que visam melhorar os sistemas atuais e tecnologias relacionadas com energias alternativas e aproveitamento de fontes renováveis são muito importantes.


INTRODUÇÃO
Algo que tem definido os últimos anos de avanços tecnológicos é o foco na implantação de sistemas e dispositivos que mitiguem o efeito que mais de dois séculos de indústria tiveram em diversos aspectos de nossas vidas, dos quais o mais preocupante é o estado da meio Ambiente.
Desde os primeiros dias da queima de carvão para aquecimento, transporte e energia através da descoberta e exploração de combustíveis fósseis, os níveis de poluição, especialmente no ar, aumentaram a uma taxa alarmante. Foi até a assinatura do Acordo de Paris em 2016 que o foco geral mudou para o desenvolvimento, disseminação e melhoria de novas e existentes formas de tecnologia renovável, com o objetivo de controlar o aumento da temperatura global abaixo de 2 ° C acima dos níveis pré-industriais1 .

Com isso em mente, podemos presenciar um ressurgimento no campo das energias renováveis para melhorar a relação custo-eficácia e acessibilidade da tecnologia necessária para construir redes autossuficientes que aproveitem os recursos naturais disponíveis em diferentes regiões do mundo. Neste documento, vamos relatar como a StorEnergy, um projeto fundado em 2015 na Sérvia, visa melhorar os sistemas atuais aceitos de geração solar de energia elétrica, melhorando a coleta e conversão de energia e as medidas de armazenamento, a fim de criar um ecossistema inteiro de geração eficiente e sustentável.

CONTEXTO

A geração solar é um dos sistemas de energia alternativa menos utilizados no mundo, mas teve um crescimento incrível nos últimos anos. De acordo com o Center for Sustainable Systems da University of Michigan, no ano passado, a geração solar representava 9,1% do consumo total de energia nos EUA, e um estudo da BP Statistical Review of World Energy mostra que a geração solar total no mundo aumentou mais de 700% nos últimos 20 anos, tornando-se a terceira mais utilizada, atrás da energia hidrelétrica e eólica.

 

O processo de geração de eletricidade geralmente se enquadra em uma das duas categorias: células fotovoltaicas (PV) ou energia solar concentrada (CSP). O primeiro representa a imagem comumente associada à "geração solar": grandes painéis de cor escura que usam a luz do sol para separar elétrons de um material semicondutor, que são ajustados para fluir e uma corrente elétrica é criada, capturada, transformada e distribuída para redes de energia. Este último é, em teoria, um processo mais simples. Usando diferentes configurações de espelho e outras superfícies reflexivas, os sistemas de Energia Solar Concentrada (CSP) converte a energia do sol em um calor de alta temperatura, que é então usado para aquecer água e alimentar uma turbina a vapor.

Um dos principais benefícios do CSP é que ele gera diretamente corrente alternada (CA), portanto, pula a etapa de conversão associada às células fotovoltaicas para gerar apenas corrente contínua (CC). Porém, o PV tem um histórico de ser mais barato que o CSP e seus preços caíram ainda mais nos últimos anos, o que o torna a opção mais atraente para investidores e organizações. Isso faz com que o principal objetivo atual dos projetos de CSP seja aumentar a eficiência desse sistema, seja aumentando a capacidade de geração e armazenamento ou reduzindo os custos de fabricação e manutenção.

 

PROPOSTA DA STORENERGY

Fundada pelo físico Marko Vuksanovic, a StorEnergy tem como objetivo trazer as tecnologias CSP um passo mais perto dos sistemas fotovoltaicos, implementando conceitos de óptica sem imagem e desenvolvendo novos sistemas de captura e armazenamento para não apenas aumentar as capacidades de geração de seu sistema, mas também melhorar em termos de modularidade, escalabilidade e estabilidade.

 

Concentrador

A primeira grande melhoria que a StorEnergy propõe aos sistemas CSP atuais é a implementação de um campo conhecido como ótica de não imagem para os arranjos de espelho em seus concentradores. Ao contrário da ótica tradicional, que se baseia em lentes parabólicas para criar uma imagem confiável, a ótica sem imagem é exclusivamente focada em concentrar o máximo de energia possível, o que traz uma variedade de vantagens, incluindo:

  • Ângulos de aceitação mais amplos
  • Rastreamento menos preciso
  • Temperaturas mais altas
  • Perdas térmicas mais baixas

Todas essas vantagens se traduzem diretamente em um sistema mais eficiente e econômico, ao mesmo tempo em que são montadas em uma plataforma construída com materiais acessíveis que permite fácil rastreamento e implementação de outros recursos como espelhos autolimpantes e um design modular, transformando os concentradores StorEnergy em uma Solução de alta tecnologia e estado da arte para geração solar que atinge temperaturas até 3 vezes mais altas do que outras tecnologias CSM.

 

Receptor de energia

O segundo grande desenvolvimento da StorEnergy é a criação de um novo tipo de receptor, uma vez que a tecnologia atual não atinge uma temperatura alta o suficiente para aproveitar ao máximo seu novo sistema de armazenamento (explicado a seguir na seção III.c.).

Este novo modelo é construído em caixa de aço inoxidável e utiliza cerâmica de carboneto de silício que absorve a radiação focada pelo concentrador. O ar ambiente é então puxado para a abertura do receptor e flui através da cerâmica, absorvendo o calor e atingindo temperaturas próximas a 1000 ° C (1832 ° F).

Figura 4. Representação digital do receptor de exergia. Observe o arranjo de cerâmica no centro e o desenho cônico da parte superior concentra ainda mais os raios vindos da estrutura.

 

Armazenamento Térmico


Como último ponto a melhorar em relação às tecnologias atuais de CSP, a StorEnergy sentiu a necessidade de desenvolver um sistema de armazenamento que pudesse fazer o melhor uso das temperaturas mais altas atingidas por seu novo sistema. A solução veio na forma de uma nova iteração de Armazenamento Térmico de Estado Sólido (SSTS), um princípio usado em regeneradores desde os primórdios das indústrias de aço e vidro.

Os regeneradores foram implementados pela primeira vez para altos-fornos e patenteados em 1857 e têm sido usados ​​desde então com poucas ou nenhuma alteração em seu design. Eles funcionam trocando calor continuamente de um fluido de processo para um armazenamento de calor sólido, que então transfere calor para um segundo fluido de processo.

Ao modificar os materiais usados ​​para um sistema moderno baseado em óxido de alumínio, aço de construção e lã de rocha, a StorEnergy conseguiu a criação de um sistema de armazenamento que não só é mais barata do que outras alternativas (como armazenamento de sal fundido ou baterias), mas também tem uma vida útil mais longa e representa pouco ou nenhum risco para a saúde dos trabalhadores ou para o meio ambiente em comparação.

 

COMPETITIVIDADE

As características mencionadas anteriormente transformam o sistema da StorEnergy em uma alternativa que pode levar o CSP a níveis de eficiência e custos semelhantes aos dos sistemas fotovoltaicos, mas também competitivo com sistemas como reatores de gás natural.

A StorEnergy já construiu dois protótipos totalmente operacionais na Sérvia, um para seu concentrador MK6 menor, que atualmente opera em um complexo de piscinas e spa em Belgrado, substituindo sua conexão à rede elétrica principal, e outro para seu concentrador MK10 maior, que substituiu os geradores de gás natural  em uma oficina de pintura em Sobovica. Isso mostra o potencial de seu produto para cobrir as necessidades de uma ampla variedade de clientes, dependendo de suas necessidades de energia e da extensão de terreno disponível.


Com exemplos comprovados da funcionalidade de seu produto e planos para desenvolver um concentrador MK15 maior e construir um 200kW até 2021, com designs concluídos e terrenos designados para ambos os projetos, StorEnergy tem potencial para se tornar um dos nomes mais importantes no futuro próximo da energia solar, em um mundo que parece precisar mais dessas alternativas a cada dia.

 

Palavras de Gabriel Zanko, Consultor de Tecnologia, CEO da MobileyourLife (Banco de Investimento para Deep Tech e Energia Renovável), CEO da Urano Capital (o futuro Seed Fund para Deep Tech), pesquisador e palestrante

 

Sobre o site renovado do SiGMA:

O Grupo SiGMA tem o prazer de anunciar o lançamento de seu site renovado. O site está atualmente disponível em 5 idiomas: inglês, russo, mandarim, português e espanhol; o plano é adicionar outros 5 idiomas nos próximos meses -  francês, tailandês, coreano, japonês e hindi.

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