USINA ELÉTRICA TERMO SOLAR

ESQUEMÁTICO DE APLICAÇÃO:

ELECTRIC SOLAR POWER PLANT - APPLICATION SCHEMATIC

SOLAR THERMAL ELECTRIC POWER GENERATION

It is interesting to follow Internet discussions on electricity generation from solar thermal power! People talk about mega power plants with thousands of reflective mirrors focusing the sun's rays on a central tower, or alternatively, about water/air solar heaters panel.  Again I ask: Why not use cheap and simple technology developed by Israel, around 1970 to generate in the backyard of every home, electricity in the average power like 5KW - 110V/220Vac, 24 hours / day? An elementary engine using CO2 as working fluid and a reservoir of solar thermal energy installed in the basement resolve the issue.  See  "Application Schematic" above and.previous blogs about this matter.

GERAÇÃO ELÉTRICA TERMO SOLAR

É curioso acompanhar debates na Internet sobre geração de energia elétrica de fonte térmica solar! As pessoas citam mega usinas com milhares de espelhos refletores focando os raios solares em uma torre central, ou de forma alternativa, meros aquecedores de agua, ou de ar!  Volto a perguntar: Por que não usar tecnologia simples e barata (Ref. Israel, 1.970) para gerar no quintal de cada casa, energia elétrica na potência média do tipo 5KW em 110V/220V, durante 24 horas/dia? Um motor usando CO2 como fluído de trabalho e um reservatório de calor solar instalado no subsolo resolvem o assunto. Veja parte do meio proposto, mostrado em ciclo termodinâmico aberto:  http://www.animatedengines.com/co2.shtml. Veja também meus blogs anteriores à respeito.

ORC CYCLES - THERMAL EFFICIENCY, ECONOMY AND ENVIRONMENT

Considering the low thermal efficiency of ORC cycle, from 5% to 12% (previous Blog) and the 28% effective in a conventional power plant, we have at worst case:

5% x FREE ENERGY FROM THE SUN x RENEWABLE AND CLEAN VALUE   =  INFINITY  VALUE!
28% x COST OF FUEL x FINITY VALUE AND POLLUTANT   =  FINITY  VALUE !!!

From all points of view:    INFINITY VALUE>>> FINITY VALUE

CICLOS ORC - RENDIMENTO TÉRMICO, ECONOMIA E MEIO AMBIENTE

Considerando o rendimento térmico de um Ciclo ORC, na faixa de 5% a 12%, (Blogs anteriores) e os 28% efetivos de uma usina termoelétrica convencional, temos na pior hipótese:  

5%  x ENERGIA LIVRE DO SOL, LIMPA E RENOVÁVEL = VALOR INFINITO!

28% x CUSTO COM COMBUSTÍVEL FINITO E POLUENTE = VALOR FINITO!!!

Sob todos os pontos de vista: VALOR INFINITO >>> VALOR FINITO   

THERMO MECHANIC SOLAR POWER GENERATION – "ORC CYCLE”

The generation of electricity from solar energy of “Low Enthalpy Resources” indicates temperatures around 300°C in the "Hot Source" and 25°C in the "Cold Source". Working fluid would be "NH4OH" solution, or as alternative, "Freon Green” gas. The overall efficiency of the system will be 12%. The carbon gas (CO2) working as thermodynamic fluid reduces the efficiency of the system to 4%. However, results lower equipment costs in the case of market choice for household applications.

There will be good return over investments (ROI), independent of the “Organic Rankine Cycle” ( ORC ) with “low efficiency” because “low temperature” at hot source. The free, clean and renewable solar energy largely offset fuel costs, more logistic, store and handling of products like: biogas, biomass, natural gas, and diesel, as usual, in thermodynamics cycles of power plants, working with hot source in the range of 500°C.  Differences in implementation costs between PVs and solar thermo mechanics power plants are significant! Fixed PV panels towards to the South Geographic (in the northern hemisphere) has high implementation cost in terms of availability of energy put in "Watts per square meter of land, produced with reasonable efficiency only during days up to six hours (10am to 16 pm).  PVs are even more expensive in "KW" consumed in the morning, evening and night, with energy demand in 110V – 50/60 Hz ( KWh ) through bank of batteries, inverters and load controller.

However, PVs are visually beautiful and from the point of view of financial investor require simple maintenance. In practice, does not occur in power plants. The attractive appearance and simplicity of a simple panel, used to supply "very light 12V DC electric loads" promotes easy marketing business, among other interests away from engineering field.

A  geração termo solar de energia elétrica, presume temperaturas em torno de 300°C na "Fonte Quente" e 25°C na "Fonte Fria". Sendo o fluído de trabalho uma solução de "NH4OH", com alternativa para o gás "Freon Verde", a eficiência total do sistema será da ordem de 12%. O uso do gás carbono (CO2) como fluido de trabalho reduz o rendimento do sistema para 5%. Porém, resulta menores custos do equipamento, no caso de escolha de mercado para aplicações de uso doméstico.

Não vejo dificuldades com a baixa eficiência do "Ciclo de Rankine" trabalhando em "média" temperatura na fonte quente. O calor solar é gratuito, renovável e não poluí o Meio Ambiente compensando largamente a eliminação de combustíveis usuais,  tipo gás natural, biomassa e diesel dos ciclos termodinâmicos comuns de usinas termelétricas, trabalhando com a fonte quente na faixa de 500°C. Por outro lado, as diferenças de custos de implantação entre usinas solares térmicas e fotovoltáicas são significativas! No atual estado tecnológico, os painéis fotovoltáicos fixos, isto é,  voltados para o Norte Geográfico tem elevado custo de implantação em termos de disponibilidade de energia colocada em "Watts" por metro quadrado de terreno, produzidos durante média diária de até seis horas (das 10h as 16 h), sem nuvens. São ainda mais caros em "Watts" consumidos pela manhã, ao entardecer e a noite, com a demanda de energia em 110V/220V - 60 Hz.  (KWh)  através de banco de baterias, inversores e controladores de carga. Entretanto, paineis fotovoltaícos são visualmente mais bonitos e do ponto de vista do capital financeiro exigem manutenção singela, o que na prática não ocorre nas usinas. O aspecto visual atraente e a simplicidade de um mero painel, usado para suprir "cargas elétricas leves" de 12V em corrente contínua favorece o marketing empresarial, entre outros interesses afastados do campo da engenharia.

SOLAR ENERGY

 Today, we maintain focus on private area of Research and Development of electronic devices to generate clean and sustainable energy. Soon, we will have news about it!  In the recent past, when we worked to develop electric solar power from low temperatures sources, with "Hot Source" up to 300°C and "Cold Source around 30°C (or lower) we always like to know why there are no entrepreneurs in Brazilian market. We refer a simple and inexpensive engine to work with "green freon", or even, "CO2". Certainly, we do not want to discuss about effectiveness of thermal machines running at "low temperatures".  At least in Brazil, a modest Rankine Cycle would be largely offset by ZERO cost of solar heat in most of country! We do not understand why there are no small gensets up to 5 kW, capable of supply electric power, cooled air and hot water for residential and local places, like rural water pumps, and so on.  We think small engines would supply energy for hundreds of thousands of demand consumption! The question remains: Wants the government local production of energy without collecting taxes, charges and votes?

Energia Limpa Solar

Hoje, mantenho foco no trabalho privado e por conta própria na área de Pesquisas e Desenvolvimento de máquinas eletrônicas "alternativas" para gerar energia elétrica limpa e sustentável. Espero breve ter novidades à respeito. Em passado recente, quando ainda buscava desenvolver máquinas térmicas de fonte solar, em baixas temperaturas, com a "Fonte Quente" a 300°C e a "Fonte Fria"  em torno de  30°C (ou menor) sempre tive curiosidade em saber por que nenhum empresário da área da termomecânica lança no mercado brasileiro um simples e barato motor de 02 tempos para funcionar com "freon verde" , ou até mesmo, com "gás carbono" . Certamente, não quero mais discutir sobre a eficácia de máquinas témicas funcionando a "baixas temperaturas". Ao menos no Brasil, o baixo rendimento de um ciclo termodinâmico de Rankine (ou outros) seria amplamente compensado pelo custo zero do calor solar, na maior parte do território nacional! Não entendo por que não existem motogeradores termosolares, de pequeno porte, por mera hipótese, até 5 KW, capazes de suprir energia elétrica, ar refrigerado e água quente para residencias, motobombas de água na zona rural e outros?  Um modesto projeto termomecânico de máquina de "baixo custo" seria capaz de levar energia elétrica de produção local para centenas de milhares de locais de consumo! Fica a pergunta: O governo tem interesse em haver autoprodução local de energia elétrica com custo zero, sem cobrança de impostos, encargos e votos?

Devem crescer atividades de Pesquisas e Desenvolvimento de fontes alternativas para geração de energia elétrica. Para que possamos avaliar tecnologias diferentes é importante que todos os novos Projetos sejam apresentados usando unidades métricas de forma científica correta. Um produto elétrico deve informar potência em “KW” (KJoule/segundo), jamais em unidade de consumo, alternativamente, capacidade de produção de energia ao longo do tempo (Kwh).  Por exemplo: Por que divulgar “super painel” fotovoltaico, hipotético com 4m² e 1 Kw de potência, incorretamente colocado como sendo “1 Kwh”. Entre 9,00h e 16,00h este painel jamais irá gerar 7 Kwh, pois o sol não produz 1 Kw/m² de forma constante durante todo este período próximo ao solo! Com o valor MÉDIO de irradiação solar em torno de 600W/m² na latitude 23°S, durante estas sete horas e com rendimento em torno de 17% o painel irá  gerar: 0,17 x 0,6Kw x 4m x 7h = 2,86 Kwh em condições ótimas de insolação, sem haver nuvens, sem poeira e sem areia sobre o painel.  Na prática, o conceito de irradiação solar constante em painel sempre considerado totalmente limpo e o uso incorreto de unidades métricas afastam empreendedores e investidores da área de Pesquisas e Desenvolvimento.     

Research and Development will  increase activities to find new sources for power electric generation. In order to evaluate different technologies is important that all new projects are presented using metric units scientifically correct. An electrical product must inform power on "KW" (kJoule/second), never as a unit of consumption, alternatively, power production capacity along the time (kWh). As an example: Why to release a "Super PV" hypothetical as 4m² and 1 kW of power, incorrectly placed as “1 Kwh”. Between 9.00 am and 16.00 pm this panel will never generate 7 Kwh, as the sun does not produce 1 kW/m² continuous along this period close to the ground! As AVERAGE amount of solar radiation about 600 W/m² at latitude 23°S, during these seven hours, with 17% efficacy this panel will generate: 0.17 x 0.6 kW x 4m x 7h = 2.86 kWh. That means optimum insolation conditions, with no clouds, no dust and no sand over the panel. In practice, the concept of constant sunlight, PV panel always considered totally clean and incorrect use of metric units puts far away entrepreneurs and investors in the area of Research and Development.

São bem vindas todas as idéias sobre energia alternativa.   Algumas podem ser viáveis economicamente e de funcionamento eficaz.  Por exemplo, no Brasil, entre o Estado de São Paulo (Lat. 23°S) até a linha do Equador parece ser o caso da geração térmica de energia elétrica de fonte solar, mais barata que a fotovoltaica e com amplas  facilidades para materiais,  projeto,  montagem e testes por engenheiros mecânicos e elétricos de cada Região Geográfica considerada. 

Os sistemas de painéis fotovoltaicos e também os eólicos são apresentados como “Geradores de Energia Verde”, funcionando de forma contínua, dia e noite.  Poucos textos comentam sobre a falta de ventos e sobre os custosos equipamentos extras na forma de banco de baterias, controladores de carga e inversores para converter energia “DC” em energia “AC”. É preciso também avaliar o descarte e a reposição periódica das baterias elétricas com extras custos de implantação e de manutenção.  

Na prática, não conheço painel de luz solar que gere eletricidade por mais do que 07 horas/dia, produzindo no máximo cerca de 100W/m², a partir de insolação MÉDIA DIÁRIA entre 9,00h até as 16,00h, calculadas em 600 W/m² na latitude 23°S.  Na melhor das hipóteses 0,7 Kwh/m²/dia com sol pleno, ou  0,7 x 30 = 21 Kwh/m²/mês.  Uma residência padrão razoável com 03 pessoas consome média mensal de energia elétrica da Concessionária da ordem de 400 Kwh.

Não julgo importante que a fonte primária de energia seja hidráulica, solar, biodiesel (micro algas, borra de café, soja, ................. ), etanol, hidrogênio, gás natural, biogas, petróleo, entre outras possibilidades, algumas de fato revolucionárias.  Espero breve, poder falar a respeito!  ENTENDO SER URGENTE PARA TODA A HUMANIDADE ENCONTRAR NOVAS FONTES DE ENERGIA, sem degradar a Saúde e o Meio Ambiente.  Para tal precisamos melhorar o nível médio da cultura popular e respeitar as leis da ciência.

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Are welcome all news ideas about alternative energy.  Some may be economically viable and efficient operation.  For example, in Brazil between the State of São Paulo (Lat. 23° S) to the Equator line seems to be the case of electricity generation from solar thermal energy, cheaper than other systems and with ample facilities for materials, design, assembly and tests for mechanical and electrical engineers in the industry from each Geographic Region considered.

PV systems and wind systems are also presented as "Green Power Generators", running continuously, day and night. Few texts comment on the lack of wind and on the expensive extra equipment in the form of bank of batteries, charge controllers and inverters to convert energy "DC" in "AC" line.  We must also assess periodic disposal and replacement of electric batteries with extra deployment and maintenance costs.

In practice, I don´t know any PV panel that can generate solar electricity directly from sunlight for more than 07 hours/day, producing maximum 100 W/m² for average insolation of 9 am to 16 pm, calculated for 600 W/m² at latitude 23° S. At best 0.7 kWh/m² per day with full sun, 0.7 x 30 =21 Kwh/m² per month. A reasonable standard residence with 03 people consumes from Grid an average monthly about 400 Kwh.

I do not think to be important the primary energy source are:  hydropower, solar, biodiesel (micro algae, coffee dregs, soybean, .......), ethanol, hydrogen, natural gas, biogas, oil, among other possibilities, some really revolutionary. I hope brief to talk about this matter!  I UNDERSTAND THAT IS URGENT FOR HUMANITY TO FIND NEW SOURCES OF ENERGY, without degrading the Health and Environment. So, we must enhance the average level of popular culture and to respect the laws of science.

Solar Energy - Energia solar

In the Temperate Zone Geographic, THE AVERAGE DAILY NET solar energy out of the winter months is around  9 W/m². In arid Regions of the United States and Southern Spain the temperatures at night are "very low" compared with "high" temperatures daily. It is possible that on Zone Temperate solar plants builded with photovoltaic cells (PVs) are more interesting than solar thermal electric power plants (ST). I must to better assess this issue! Undoubtedly, the sunlight may be available although it occurs low solar heat radiation. Please, I am asking about comments! In Brazil, above the Tropic of Capricorn, São Paulo through the AVERAGE DAILY NET during the 12 months of the year is around  100 W/m². The figure includes 83% of heat loss due to low performance of the thermal machinery. That means,  daily average solar radiation is approximately 600W/m². In addition, temperatures are relatively stable day and night. This significantly increases the effectiveness of the system in continuous operation for 24 hours / day.  In the Tropical Zone, I have no doubt that solar thermal power plants are more interesting from the standpoint of payback and also in technical efficiency. It is curious to see that in countries located in temperate zone, enterprises with solar thermal power plants are under way, assuming there are financial and technical feasibility.

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Na Zona Geográfica Temperada, A MÉDIA DIÁRIA ÚTIL de energia solar fora dos meses de inverno é da ordem de  9 W/m².  Nas Regiões áridas dos Estados Unidos e do Sul da Espanha as temperaturas durante as noites são “muito baixas”, quando comparadas com as “altas” temperaturas diárias. É possível que na Zona Temperada as usinas solares fotovoltáicas (PVs) sejam mais interessantes do que usinas solares termoelétricas (ST).  Eu tenho que avaliar melhor este assunto!  Sem dúvida, a luz solar poderá estar disponível embora ocorra baixa radiação de calor solar. Por favor, peço comentários a respeito! No Brasil, acima do Trópico de Capricórnio, passando por São Paulo a MÉDIA DIÁRIA ÚTIL durante os 12 meses do ano é da ordem 100W/m².  O valor incluí 83% de perdas térmicas devido ao baixo rendimento das máquinas de calor, ou seja, a radiação solar média diária é da ordem de 600W/m². Em acréscimo, as  temperaturas são relativamente estáveis de dia e de noite. Isto aumenta de forma significativa a eficácia do sistema, em funcionamento contínuo, durante 24 horas/dia.  Na Zona Tropical, eu não tenho dúvidas que as usinas térmicas solares são mais interessantes do ponto de vista de retorno do capital investido e também em eficácia técnica. Curioso é verificar que em países localizados na Zona Temperada, empreendimentos com usinas térmicas solares estão em andamento, presumindo haver viabilidade financeira e técnica. Ref.  http://wikienergia.com/~edp/index.php?title=Centrais_solares_t%C3%A9rmicas