RESUMO
O artigo compara, com dados científicos reais e recentes, as baixas eficiências dos caros, mas da “moda, sistemas de captura solar para energia fotovoltaica ou para aquecimento, com os resultados obtidos com as novas e baratas calhas parabólicas do tipo PTC, reflexivas e altamente concentradoras solar (aonde a temperatura no ponto de captação chega a ser 70 vezes mais do que na base da parábola, qual uma lente de aumento ou um óculos com alto grau), tanto para super aquecimento de água – local, rural, predial, condominial, industrial - entre 150º C e 250º C (e a estocar por muitos dias) ou para produção diária de muito vapor a estocar (por até 48 horas), inclusive para dessalinizações (projeto patenteado recente por pesquisador da UNICETEX e prof. da FZEA/USP Pirassununga). Também, bem mais moderno e eficaz, pode objetivar o reaquecimento continuado de muito fluido térmico circulante em até 370º C (similar a minha recente patente diferenciada e para pequenos projetos). Tal fluido, quando estocado adequadamente, é capaz de dar sobrevida real a qualquer sistema solar (alterando de estocagens elétricas em caras baterias - com 5 anos para a necessária renovação - para estocagens químicas baratas, como numa lava vulcânica, mas reaquecível continuadamente), permitindo ampliar os efeitos da captura solar em até 15 horas/dia, ou seja, de apenas 9 horas/dia atuais para até 24 horas/dia nesses novos sistemas e já com forte ampliação mundial. A principal base cientifica comparativa são as recentes pesquisas e os resultados de campo (2016 e 2017), obtidos pelo eminente pesquisador ucraniano e prof. Sergy Yurko. Preventivamente, não foram comparados esses resultados com os das gigantes e caríssimas usinas solares heliotérmicas já comuns no exterior (gerações locais de 30 MWh a 1.200 MWh), estas também apenas para reaquecimentos solares continuados de fluidos térmicos e para, posteriores, seguidas trocas térmicas continuadas, vespertinas e noturnas, também com água recuperável para a produção continuada de muito vapor térmico para aquecimento e/ou geração elétrica.
Vide mais detalhes de campo em: https://www.youtube.com/watch?v=RGJB8lO-YpQ&feature=youtu.be
ARTIGO
Embora pouco divulgado, a captura solar para aquecimento ou para geração elétrica fotovoltaica enfrenta, pelo menos, cinco sérios problemas difíceis de transpor, a não ser que mudando o sol, a saber: 1) Há poucos dias realmente ensolarados no ano, sobretudo nos países mais frios (entre 5 e 21 dias na média de dezembro a fevereiro nos países do Norte); 2) Mesmo nestes dias ensolarados, a captura real somente ocorre por 6 a 10 horas/dia; 3) Mesmo durante este período, a captura eficaz, quase integral, se resume a 3 a 4 horas/dia e isto somente em dias realmente ensolarados (isto é, sem nuvens, sem chuvas ou neblinas, sem neves, com pouca poeira ou areia, em locais sem sombras etc..); 4) Também, as perdas de captura fotônicas são elevadíssimas (78% a 85%), mesmo utilizando novos compostos minerais mais outros materiais moderníssimos – vide a seguir; 5) As baterias para estocagem da energia fotovoltaica captada mesmo com todas as dificuldades acima, chegam a custar metade do valor dos projetos e somente duram até 5 anos (prazo de validade concedido pelos fabricantes).
Em setembro/2018, o Departamento de Engenharia e Ciência Aplicada da Universidade da Califórnia (UCLA) dos EUA divulgou o resultado inédito de desenvolvimento e de fabricação, em parceria com pesquisadores chineses, de uma nova célula solar recorde e revolucionária, construída por uma mistura de cobre mais índio e gálio em camadas duplas, e com a capacidade recorde de captar, apenas, 22,4% da energia de entrada do sol, ou seja, com elevadíssimas perdas reais de 77,6% de captura. (vide artigo “nova célula solar bate recorde de eficiência” no site http://engenhariae.com.br/category/meio-ambiente/ ).
Também, a bem da verdade e da ciência real, também tenho que dizer que as perdas não reveladas com captação e geração de energia eólica chegam a 80%, conforme o exposto pela corajosa e experiente empresa Neolica no seu diagnostico: “Como dimensionar o seu sistema eólico?” disponível no site http://www.neoeolica.com.br/dimensionar.htm.
Quanto às capturas moderníssimas em calhas solares parabólicas bem mais eficientes e baratas (raio igual) ou parabolóides (quase num formato de um ovo) para refletir e concentrar – como numa lente de aumento ou um óculos com alto grau - a captura térmica solar (temperatura no ponto focal de até 70 vezes maior do que na base da parábola) mais as estocagens moderníssimas por até 15 horas de fluido térmico nelas reaquecidos continuadamente (para produção constante de muito vapor elétrico e/ou para aquecimentos ou dessalinização) ou mesmo de água muito quente até 250º C (com armazenagem programada e constante e para uso da mesma forma, como previstos no projeto abaixo implantados pelo prof. Sergiy) ou de vapor por até 48 horas (tecnologia da Allborg da Holanda), vejamos a seguir, informes, dados e recentes resultados comprobatórios de campo (2016 e 2017), pelo famoso e eminente pesquisador e ex-prof. Sergiy Yurko da Ucrânia.
Em absoluto, não queremos nem estamos jogando pedra nas vidraças dos outros, mas apenas divulgando as evoluções cientificas e cobrando pela seriedade cientifica e por resultados dos propósitos industriais, comerciais e governamentais, tudo pela necessária revolução ambiental mais evolução humana, honestas e sérias e, com que todos, certamente, mais do que concordam.
Os vídeos recentes acima e a seguir (2016 e 2017) demonstram a superioridade técnica e econômica destas novas e revolucionárias calhas captadoras, refletoras e ultra concentradoras solares do tipo PTC, ucranianas (prof. Sergiy Yurko), quando comparadas com outros sistemas de calhas e Placas com ET (“evacuated tubes” = tubos evacuados) e mesmo com FP “flate plates” (= placas planas), esses já muito utilizados, tanto para captura de aquecimento solar, como possível geração elétrica por vapor pressionado. Como já temos um pedido recente de patente no Brasil, com algumas melhorias nestas calhas acima – mas, para reaquecer continuadamente e de forma bem mais barata somente fluido térmico circulante em até 370º C -, proximamente, estaremos fabricando e testando protótipos demonstrativos para produção barata e estocagem estratégica de aquecimentos de muita água, vapor ou fluido térmico mais de geração elétrica mais de dessalinização continuada de bons volumes de água salgada, tudo em parcerias com a start-up Gerasol Energias Sustentáveis (parte da UNICETEX/UNICET da FZEA/USP - Pirassununga) mais com a Consultoria INOVA VivaMelhor Energias Sustentáveis do mesmo local.
O projeto dos links acima e abaixo, já em escala comercial, do prof. Sergiy Yurko pode ser instalado em qualquer tamanho de área (conforme a demanda), mas os cálculos e os detalhes apresentados foram para uma área de 5,0 mil m2, ou seja, próximo a meio campo de futebol no Brasil.
Nesta pequena área (considerando o fator local de elevados 7 KWh equivalente térmico = 01 KWh real) seria possível gerar 335 KWh (suficiente para 1.000 residências classe média e vizinhas no “grid in” do Brasil) pela captura igual a 0,66 Watts/hora por m2 e a 530 KWh/ano por m2, isto em 330 dias realmente ensolarados. O investimento parcial ficou entre Us$ 15 e Us$ 40 por m2, conforme o preço da mão-de-obra e dos materiais em cada Pais. A meta será reduzir em 30% proximamente. Assim, nos países com custos menores, o valor total a investir, somente na captura térmica, era muito barato para tal nível de possível geração total e apenas de Us$ 100 mil para os 335 kWh, e eu estimo que dobre para APENAS US$ 200 mil (= US$ 597/KWh) ao somarem-se os sistemas estocadores da água quente mais de geração rankine em novas e pequenas turbinas do tipo Tesla mais seus geradores.
Em outro excelente estudo de 2017, tal prof. demonstrou que o numero de dias ensolarados no hemisfério norte entre dezembro e fevereiro é muito baixo e em quase todos os países (ou seja, são meses quase nulos e também com muitas dificuldades – reais embora não divulgadas nem propagandeadas - nos demais), o que muito prejudica a captação solar local, bem ao contrário do Brasil e de outros países equatoriais e africanos, onde o potencial de captura solar é bem superior (mesmo ainda usando certos equipamentos até já antiquados, até porque fabricados para realidades de países bem diferentes e com bem piores condições térmicas e de insolações reais e diárias do que no Brasil, o que demonstra a imensa necessidade, urgente, de termos equipamentos nacionais - apropriados, sérios e, sobretudo, honestos - para captações reais e usos corretos no Brasil e nos demais vizinhos da América do Sul).
Vejamos a baixa quantidade de dias ensolarados entre dezembro e fevereiro em alguns países na média mensal acima e a temperatura média em janeiro dos anos recentes: a) Alemanha (Munique) – média de 7,2 dias/mês e temperatura de -2o C; b) Ucrânia (Kiev) – média de 5,2 dias/mês e temperatura de -6o C; c) Canadá (Regina Saskatchewan) – média de 11,6 dias/mês e temperatura de -17o C; d) EUA (Denver - Colorado) – média de 21,3 dias/mês e temperatura de -1o C; e) China (Changchun) – média de 21,0 dias/mês e temperatura de -17o C; f) Coréia do Sul (Seul) – média de 17,6 dias e temperatura de -3o C.
Para amenizar, as dificuldades de captura solar real mais os custos elevadíssimos com compra de outras fontes para aquecimentos por 90 dias ou mais nas residências, o prof. Sergiy Yurko propõe construir sistemas baratos apenas para capturar térmica rápida (água muito quente) em sistemas baratos das calhas acima e estocar aquecimento, desde o mês de abril, em tanques especiais em cada residência (externos ou internos). Segundo ele, em outro vídeo, o custo de captura e estocagem externa (captura em calhas em área total com apenas 58 m2 mais estocagem programada em tanques simples, enterrado e em plástico polietileno, tudo bem isolado termicamente para 125 m3 acumulados e já com temperatura máxima de 90º C em outubro, reduzindo progressivamente para 37º C em fevereiro) ficaria apenas no total de US$ 5.400 (com base em custos baratos de materiais e mão-de-obra em Kiev – Ucrânia).
Já o mesmo sistema acima em Kiev com estocagem no porão interno teria custo total de US$ 6.200 (captura em 100 m2 nas calhas PTC deste seu projeto mais estocagem a partir de setembro até novembro de 116 m3 acumulados (portanto, em três meses = 90 dias, ou seja, com produção média diária necessária de apenas 1,28 m3 dia) e já com temperatura máxima de 130º C em outubro, reduzindo progressivamente para 30º C em fevereiro).
Desde o inicio da captura em outubro no sistema menor (captura em 57,6 m2) até o uso final em abril, o total de perdas térmicas (em equivalente KWh térmicos) seriam de apenas 24,2% do total em equivalente térmico acumulado no período (10.376 KWh equiv. térmico), sendo perdas acumuladas de 16,8% (1.748 KWh equiv. térmico) na estocagem continuada mais 7,4% (767 KWh equiv. térmico) de perdas acumuladas nos tubos de transportes entre o sistema de estocagem até a residência. Nos meses em que ocorrer captura térmica pelo sistema completo de forma maior do que a demanda residencial, o prof. sugere que tal aquecimento seja usado para aquecimento de piscinas; vendas para os vizinhos ou clubes ou empresas ou lavanderias ou governos; geração de eletricidade local; produção de refrigeração local ou grupal ou condominial ou predial atrás dos chiller de absorção; bombeamento de água subterrânea ou de locais próximos; limpeza de água pela evaporação.
Ainda segundo tal professor e pesquisador/aprimorador constante - bem mais preocupado com soluções ambientais rápidas, corretas e de baixos custos para as pessoas, grupos e governos - com tais custos baixíssimos (com base nos baixos custos descritos em Kiev - Ucrânia), seu sistema de captura em calhas PTC duplas e com estocagens também diferenciadas fica até 10 vezes mais barato do que nos demais sistemas muito usados hoje, até como “moda” (captura por placas ET ou FP, conforme acima) - vide dados mais comparativos e até orçamentos em: https://youtu.be/GMLQ7UXSgus .
Voltando, as calhas revolucionárias acima do prof. Sergiy Yurko, elas ainda tinham raio igual (não parabolóides) - e atuais com base em aço inox ou aço carbono e com baixo peso (eram de alumínio) - ainda foram construídas com espelho especial (sobras de vidros, mas já substituídas por placas de acrílico ou policarbonato nos projetos mais novos do mesmo pesquisador) e eram 2 em paralelo, ambas focadas em uma caixa-estufa de captura com 18-22 cm de largura e distante apenas cerca de 110 cm da base da calha e a ela fixada por 2 garras laterais de metal - em “amarelo” (antigamente tal caixa-estufa era fixada a calha PTC, mas já é independente – embora sempre linkada - nos novos projetos, isto para facilitar os ajustes direcionais necessários).
Cada caixa-estufa contem 6 tubos de aço AISI 430 em ¾ polegada, em paralelo e todos pintados de preto mais com isolante térmico superior e com muita água quente circulante, sendo 3 tubos com entrada mais 3 com saída (conforme a demanda pode-se aumentar para até 12 tubos em paralelo, mas em ½ polegada).
As calhas parabólicas, segundo o pesquisador, sempre foram as escolhidas, pois têm eficiência de captura de 60% e são muito mais baratas, com bem menos problemas de quebras e de limpezas - necessárias e constantes - e atingem bem maiores temperaturas do que nos tubos evacuados ET ou nos “flate plate” FP (ambos com eficiência média de 80%).
Cada calha tem comprimento de 2,00 m e altura/largura de 0,80 m e com intervalo de 40 cm entre elas (vez que são duas no mesmo suporte, ou seja, uma em cima e outra em baixo). Assim, a seção vertical integral desde a área útil da calha atinge 2,00 m, como no seu comprimento.
As calhas são todas orientadas no sentido LESTE-OESTE, exatamente na linha, e não em direção norte, como se faz muito no Brasil.
Embora a calha seja estacionária parcial, para baratear os custos, ela é re-fixada em direção ao sol no novo sentido leste-oeste preferencialmente as 12:00 h, pelo menos, semanalmente (parafusos especiais e deslocáveis facilmente) entre 50 e 100 vezes/ano conforme o local, ou seja, com média de aproximadamente 4 a 8 acertos ao mês (assim, fácil e barato de se fazer e, melhor, sem custos elétricos diários, também absorvendo mão-de-obra local).
A temperatura média interna da água captada (para vapor a 15 bar) ficou de 150º C a 220º C conforme o local (bem acima do máximo de 160º C que se consegue nos Tubos ET), mas chegava a 250º C no pico horário de captura térmica (lembrando que em outros projetos tal temperatura nos canos coletores da caixa-estufa chegou a ser 70 vezes mais do que no piso da calha naquelas horários).
Como no local é muito frio (média diária de 25º C no outono) e com média insolação em alguns períodos do ano (no outono irradiância de até 1.000w/m2, mais do que no Brasil), só ocorreram boas capturas térmicas apenas por 7 horas/dia e em 330 dias limpos e minimamente ensolarados, mas com rápida redução horária (nos sistemas fotovoltaicos e de aquecimento no Brasil chega a 10 horas/dia em alguns locais) e no horário de 9.00 h (200º C) até 15:00 h (219º C), mas entre 8:00 h e 9:00 h se conseguiu 125º C e entre 15:00 h e 16:00 h se obteve 135º (portanto, ambos também vaporizáveis). Nos demais horários, não compensava capturar.
