O documento discute o potencial das energias renováveis, particularmente a energia solar heliotérmica, e sua competitividade crescente em relação às fontes tradicionais de energia devido ao aumento dos custos e à escassez de recursos. Destaca-se a evolução histórica da energia solar, suas tecnologias atuais, e a viabilidade da implementação de plantas heliotérmicas, especialmente no Brasil, onde as condições climáticas são favoráveis. O texto conclui sugerindo que a energia renovável pode contribuir significativamente para o desenvolvimento sustentável e local, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis.

1. UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ – UNIOESTE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA NA AGRICULTURA PPGEA
Evandro Luiz Volpato
Janaina Bedin
Ricardo Cortina Benassi
Robson Josué Molgaro
Wellington Lucas Tondo
ENERGIA HELIOTÉRMICA
Trabalho apresentado à disciplina
Fontes renováveis e matriz energética,
como requisito parcial para aprovação.
Profº Jair Antonio Cruz Siqueira
Cascavel
2013

2. 1. INTRODUÇÃO
O baixo custo das energias tradicionais, oriunda de hidroeletricidade,
de combustível atômico, ou combustíveis fósseis usados para mover a frota de
veículos, tem impedido que as fontes renováveis conquistem com maior
velocidade uma posição de destaque. Esta situação começa a mudar conforme
se esgota as fontes ditas “baratas” de energia. Como exemplo, temos a
dificuldade crescente em obter licenças para a construção de grandes usinas
hidrelétricas, e com a constante pressão para o aumento de oferta de energia,
somado a condições climáticas desfavoráveis, tem sido necessário a geração
de eletricidade com o uso de combustíveis fósseis. Neste caso, o custo da
geração de energia elétrica é alto, o que tem feito que fontes renováveis de
energia, ganhem competitividade, estimulando os investimentos nesta área. O
mesmo se aplica a energia solar, seja para aquecimento de água, seja para
geração de eletricidade. Com o aumento de custo das fontes tradicionais,
aliado ao desenvolvimento tecnológico das plantas de aproveitamento de
fontes renováveis, a utilização destas fontes de energia começa a se tornar
competitiva.
2. ENERGIAS RENOVÁVEIS
Segundo ANEEL (2008), em muitos países ocorreu uma expansão das
chamadas fontes renováveis de energia, principalmente no ano de 2008. Mas
as
duas
principais
fontes,
aproveitamento
hídrico
e
biomassa,
não
apresentaram significativo potencial de expansão. Assim, pesquisas e
aplicações acabaram por se beneficiar de outros grupos, os chamados "Outras
fontes" ou "Fontes alternativas". Nesse grupo, estão a energia proveniente dos
ventos (Eólica), a maremotriz, geotérmica (calor existente no interior da Terra),
esgoto, lixo e dejetos de animais. O que existe em comum entre elas é o fato
de serem renovavéis, ou seja, corretas do ponto de vista ambiental. O que
possibilita não só a diversificação, mas também a "limpeza" da matriz
energética local, ao reduzir a dependência dos combustíveis fósseis, como o
carvão e o petróleo, cujo o uso é responsável pela grande parte das emissões
de gases que provocam o efeito estufa. Essas fontes também permitem operar

3. como fontes complementares a grandes usinas hidrelétricas, cujo potencial é
bastante aproveitado, principalmente em países desenvolvidos.
3. ENERGIA SOLAR: HISTÓRICO
O uso da energia solar em grande porte foi referenciado por diversos
autores entre 100 a.C. e 1.100 d.C. e no livro Optics Vitelio, do matemático
polonês Vitelio, embora não comprovado, Arquimedes (282 a 212 a.C.), teria
queimado a frota romana na Baía de Syracuse (hoje Itália) concentrando raios
solares em um foco a ponto de aquece-los até pegarem fogo. Segundo relatos
Arquimedes utilizou um vidro composto com 24 espelhos que convergiam para
um único ponto focal, alguns historiadores acreditam que Arquimedes teria
utilizado escudos de soldados ao invés de espelhos em função da tecnologia
de manufatura de vidros para a época.
Durante o período Bizantino, Proclus teria repetido o experimento e
queimado a frota inimiga em Constantinopla (KALOGIROU, 2009). Já no século
XVIII, na Europa e Oriente Médio, Lodi (2011) traz que deu-se início ao
desenvolvimento das fornalhas solares, cuja aplicação era a fundição de
metais, principalmente ferro e cobre.
No século XIX, segundo Ragheb (2011 apud LODI, 2011) surgiram as
primeiras máquinas a vapor movidas à energia solar teriam sido construídas
por Augusto Mouchot, entre 1864 a 1878, na Europa e norte da África. Uma de
suas produções, uma impressora movida à energia solar (Figura 01) foi
apresentada em uma exposição internacional em Paris, em 1882, considerada
pelo governo francês cara demais para ser fabricada em larga escala.

4. Figura 1: Coletor parabólico de uma impressora à energia solar (Paris, 1882)
Fonte: KALOGIROU (2009)
O século XX ocorreu uma continuidade na evolução do uso da energia
solar em concentradores. Em 1901, A. G. Eneas instalou um coletor solar para
bombeamento de água em uma fazenda da Califórnia, o que segundo Kreith e
Kreider (1978, apud Kalogirou, 2009), consistia de uma estrutura similar a um
guarda-chuva invertido, composto por 1788 espelhos alinhados em sua parte
interna, onde os raios solares eram concentrados em uma caldeira localizada
em seu ponto focal. Na caldeira, a água era vaporizada e utilizada para operar
uma centrífuga.
Ragheb (2011 apud Lodi, 2011) traz que em 1912, Frank Shuman e
Charles Vernon Boys construíram uma planta de bombeamento de água
próximo ao Rio Nilo, no Egito. Lodi (2011) acrescenta que apesar de o projeto
ter sido bem sucedido, a planta foi desativada em 1915 em função da 1ª
Guerra Mundial. Após a guerra, grandes descobertas de campos de petróleo
no Oriente Médio e na Venezuela, contribuíram para a expansão do setor
petrolífero e em paralelo para um esquecimento da energia solar.
Yergin e Hobbs (2005) relatam que durante a década de 1970,
ocorreram o primeiro e o segundo choques do petróleo, em 1973 e 1978
respectivamente, fato que estimulou o incentivo de diversas fontes alternativas
de energia e o desenvolvimento dos atuais modelos de coletores solares, que

5. começaram nos EUA na década de 1970 coordenados pelo DOE. Os grandes
investimentos em pesquisa e desenvolvimento no setor, na Europa também
surgiram na década de 1970.
Malagueta (2012) traz que o conhecimento adquirido em programa e
desenvolvimento, ao longo dos anos, assim como o aprimoramento da
tecnologia e os incentivos econômicos, contribuem para que EUA e Espanha
sejam hoje em dia os países referências no setor de energia solar térmica de
alta potência.
4. ENERGIA HELIOTÉRMICA NO BRASIL
Kreider e Kreith (1985) trazem que a energia solar é a forma mais
abundante de energia disponível do mundo. É uma alternativa importante para
a geração de eletricidade que oferece vantagens econômicas e ecológicas,
sendo uma fonte inesgotável, renovável e gratuita.
Cavalcanti e Brito (1999) trazem que o Brasil é um país com elevado
potencial para a implementação de plantas heliotérmicas, por causa da
grandes áreas com disponibilidade de radiação solar e a proximidade do
equador. Energia solar em quantidade suficiente para uso em grande escala
comercial é predominantemente disponível na área de semiárido, localizada
principalmente na Região Nordeste brasileira. Esta área apresenta as melhores
condições climatológicas para a instalação de plantas térmicas solares, como,
baixa nebulosidade, precipitação reduzida, baixa umidade, alta insolação, e o
mais alto nível de radiação solar direta disponível no Brasil.
Para os autores a limitação do uso da hidroeletricidade e a demanda
potencial de eletricidade para irrigar o semiárido na região Nordeste apoiam a
ideia de associar a geração heliotérmica a projetos de irrigação. Esta
associação criará maior disponibilidade de energia nesta região. Esta energia
conduzirá a vários benefícios, tais como: crescimento local e desenvolvimento,
implementação de benefícios sociais locais, oferta de novos empregos no
campo evitando o êxodo rural, água para a irrigação ao invés da geração, a
hidroeletricidade não usada para irrigação estará disponível para outras
aplicações.

6. 5. O SISTEMA
5.1 COLETORES SOLARES
Kalogirou (2009) define os coletores solares como trocadores de calor
que transformam radiação solar em calor. O sistema dos coletores capta a
radiação solar, a converte em calor, e transfere esse calor para um fluido (ar,
água ou óleo em geral). Os coletores podem ser concentradores e
nãoconcentradores. Os coletores não concentradores possuem a mesma área
de abertura (área para interceptação e absorção da radiação) e são aplicáveis
para sistemas que necessitem de baixa temperatura. Em aplicações que
demandem
temperaturas
mais
elevadas,
são
mais
adequados
os
concentradores solares, que possuem em geral uma superfície refletora (em
alguns modelos são utilizadas lentes) que direcionam a radiação direta a um
foco, onde há um receptor pelo qual escoa o fluido absorvedor de calor.
Segundo o autor o sistema ainda pode ser classificados em
estacionários ou rastreadores. Dentre os rastreadores, os coletores podem
rastrear em um eixo ou em dois eixos.
5.1.1 Concentradores Cilíndricos-Parabólicos
Os coletores cilindrícos parabólicos (Figura 02) são revestidos por um
material refletor em formato parabólico. Ao longo da linha de foco do refletor
parabólico é colocado um tubo metálico preto, coberto por um tubo de vidro
para evitar perdas de calor, denominado receptor (KALOGIROU, 2009).

7. Figura 02: Concentradores Cilíndricos-Parabólicos
Fonte: CRESESB (2013)
Os sistema funciona basicamente pelo direcionamento dos rios solares
através da reflexão pelas superfícies dos concentradores (Figura 03). Para
Kalogirou (2009) a radiação concentrada aquece o fluido que circula
internamente no tubo.
Figura 03: Esquema da concentração da radiação em um concentrador parabólico
Fonte: SOLARPACES (2011) apud LODI (2011)

8. Kalogirou (2009) traz que é comum serem construídos com sistema de
rastreamento de um eixo, podendo ser orientados no sentido leste-oeste com
rastreamento do sol de norte a sul, ou no sentido norte-sul rastreando o sol de
leste a oeste. No sentido leste-oeste tem-se como vantagens o fato de moverse pouco ao longo de todo o dia e de sempre ficar diretamente voltado para o
sol ao meio-dia. Porém possui uma performance reduzida no início do dia e no
fim da tarde, devido aos maiores ângulos de incidência dos raios solares sobre
a superfície coletora. No sentido norte-sul, tem-se os maiores ângulos de
incidência durante o meio-dia e consequentemente as maiores perdas de calor
nessa fase do dia, enquanto aponta mais diretamente para o sol no início do
dia e no fim da tarde.
5.1.2 Coletor Fresnel
Os coletores Fresnel têm duas variações: o coletor Fresnel de lentes e
o refletor linear Fresnel. O coletor Fresnel consiste de um material plástico
transparente de modo a concentrar os raios a um receptor, enquanto o refletor
linear Fresnel é formado por uma série de tiras planas lineares de espelho
(KALOGIROU, 2009).
Kalogirou (2009) traz que os modelos Fresnel (Figura 04) não são
ainda uma tecnologia madura e a maior parte das plantas existentes no mundo
são plantas piloto, com algumas poucas plantas comerciais de baixa potência
(de 1 a 5 MW) em operação nos EUA e na Espanha.
Figura 04: Refletor Fresnel
Fonte: AREVA (2011) apud LODI (2011)

9. 5.1.3 Disco Parabólico
O disco parabólico (Figura 05) é um concentrador de foco pontual. O
disco rastreia o sol em dois eixos, e assim é capaz de apontar diretamente para
o sol desde o nascer até o poente (KALOGIROU, 2009).
Figura 05: Concentrador de disco parabólico
Fonte: CRECESB (2013)
Nesse sistema os raios solares incidem sobre a parábola e são
concentrados no ponto focal da parábola, onde aquecem o fluido circulante.
Kalogirou (2009) aponta que esse calor pode ser usado de duas maneiras:
transportado por tubulação para um sistema central ou transformado
diretamente em eletricidade em um gerador acoplado diretamente no receptor,
sendo o mais comum.
5.1.4 Torre Central
Um campo de coletores de heliostatos é composto de vários espelhos
planos (ou levemente côncavos), capazes de rastrear o sol em dois eixos, e
que reflete os raios do sol na direção de um receptor central, instalado no alto

10. de uma torre, sendo assim, esse tipo de planta é conhecida como torre de
concentração (KALOGIROU, 2009).
O calor concentrado absorvido no receptor é transferido para um fluido
circulante que pode ser armazenado e/ou utilizado para produzir trabalho
(KALOGIROU, 2009). A torre de concentração (Figura 06) possui algumas
vantagens como: os espelhos coletam a luz solar e a concentram em um único
receptor, minimizando assim o transporte de energia térmica. Esse sistema,
assim como o concentrador em disco, por concentrar os raios solares em um
único receptor central e por rastrear o sol em dois eixos, possui altas taxas de
concentração, de 300 a 1500, menor apenas que o disco.
Figura 06: Torre de concentração
Fonte: ABENGOA (2012)
5.1.5 Receptor
Kalogirou (2009) define que o receptor deve ser instalado na linha de
foco dos concentradores e costuma ter de 25 a 150 metros de comprimento.
Sua superfície é revestida por uma cobertura com alta absorbância a irradiação
solar e baixa emitância para irradiação térmica (infravermelho).

11. Figura 06: Receptor
Fonte: INFRASCAPEDESIGN (2013)
Em geral uma cobertura de vidro é usada ao redor do receptor para
reduzir as perdas por convecção do receptor para o ar ambiente, reduzindo
assim o coeficiente de perda de calor (KALOGIROU, 2009). Para o autor, uma
desvantagem é que a luz refletida pelo coletor tem de atravessar o vidro,
adicionando assim uma transmitância (de aproximadamente 0,9 quando o vidro
está limpo). Outra medida comum para redução das perdas por convecção é
manter um vácuo no espaço entre o vidro e o tubo receptor.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Não há como fazer um aproveitamento energético sem que isto venha
a causar algum impacto sobre o meio ambiente. O que é possível é buscar
formas de aproveitamento que tenham o menor impacto possível, ou que estes
impactos possam ser mitigados. Sob este prisma é que devemos avaliar as
opções de fontes energéticas: como fazer uso dos recursos naturais para dar
suporte à vida humana, sem exaurir os recursos disponíveis, nem tão pouco
sobrecarregarmos o ecossistema de resíduos, a ponto de excedermos a
capacidade de recuperação/reciclagem natural, transformando esses resíduos
em poluição. Isto nos leva ao conceito de “desenvolvimento sustentável”, que

12. considera o desenvolvimento econômico com o uso de energias renováveis, e
nestes termos é que devemos considerar a geração héliotérmica.

13. REFERÊNCIAS
ABENGOA, 2012. Abengoa Innovative Technology Solutions for
Sustainability. Disponível em:<http://www.abengoa.es> Acesso em: Nov. 2013
ANELL, Atlas de Energia Elétrica do Brasil - Parte II, 2008 Disponível em:
<http://www.aneel.gov.br/arquivos/PDF/atlas_par2_cap5.pdf> Acesso em: Nov.
2013
CAVALCANTI E. S. C.; BRITO R. B. S. Geração Heliotérmica: Uma Nova
Opção de Energia Limpa para o Brasil. Artigo a ser submetido ao VIII
Congresso Brasileiro de Energia – CBE. Rio de Janeiro, 1999.
CRESESB. Concentradores Cilíndricos-Parabólicos.
<http://www.cresesb.cepel.br> Acesso em: Nov. 2013
Disponível
em:
INFRASCAPEDESIGN.
Receptor
<http://www.infrascapedesign.wordpress.com> Acesso em: Nov. 2013
KALOGIROU, S. A., 2009. Solar energy engineering: processes and
systems. 1ª edição, Academic Press, Elsevier, EUA
LODI, C., 2011. Perspectivas para a Geração de Energia Elétrica no Brasil
Utilizando a Tecnologia Solar Térmica Concentrada. Dissertação de M.Sc.,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, PPE/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro,
RJ, Brasil.
MALAGUETA, D. C. Geração Heliotérmica :Princípios e Tecnologias.
CRESESB/CEPEL: Rio de Janeiro, 2012
YERGIN, D.; HOBBS, D.. In Search of Reasonable Certainty – Oil and Gás
Reserves Disclosure. CERA, 2005