Energia Solar Térmica: Uma Revolução Verde na Energia Térmica Limpa

Em plena onda global de transição energética de baixo carbono, a energia solar — um recurso renovável inesgotável — tornou-se um motor central da revolução energética. Entre as suas aplicações, a tecnologia solar térmica, com vantagens únicas de "conversão direta de energia térmica, forte armazenamento de energia e amplos cenários de aplicação", evoluiu gradualmente de um "ator potencial" para uma "força fundamental" no setor energético, oferecendo uma solução prática para lidar com a escassez de energia e a poluição ambiental.

O princípio fundamental da energia solar térmica é converter a radiação solar diretamente em energia térmica através de dispositivos específicos, ao contrário da tecnologia fotovoltaica (FV), que primeiro a converte em eletricidade. O processo baseia-se na operação coordenada de três elos principais: "recolha de calor, transferência de calor e armazenamento de calor". Como componente central, o coletor de calor capta a luz solar utilizando tecnologias como revestimentos de absorção e espelhos concentradores, convertendo a energia luminosa em energia térmica e transferindo-a para um meio de transferência de calor (como a água ou o óleo condutor de calor). O meio transporta então o calor para um dispositivo de armazenamento através de tubagens ou fornece-o diretamente aos utilizadores finais. O sistema de armazenamento de calor, utilizando materiais de mudança de fase ou tanques de água isolados, permite o armazenamento de calor a longo prazo, garantindo um fornecimento estável de energia mesmo durante a noite ou em dias nublados. Comparativamente à tecnologia FV, a energia solar térmica tem uma vantagem distinta: "utilização direta da energia térmica" — evita a perda de energia na conversão de eletricidade, alcançando uma eficiência térmica de 50% a 80%, tornando-a particularmente adequada para cenários que exijam um fornecimento térmico contínuo e estável.

Em termos de desenvolvimento tecnológico, a energia solar térmica formou um sistema técnico multidimensional para satisfazer as necessidades energéticas das diferentes escalas. Para aplicações de pequena a média dimensão, são comuns os coletores de placa plana e os coletores de tubo de vácuo. Os coletores de placa plana, com estruturas simples e de baixo custo, são muito utilizados para o abastecimento residencial de água quente. Por exemplo, nas zonas rurais do norte da China, os "aquecedores solares de água" — instalados em telhados — satisfazem necessidades diárias como a lavagem e o aquecimento. Os coletores de tubos de vácuo, graças à sua camada de vácuo isolada, apresentam um melhor desempenho a baixas temperaturas (operando normalmente mesmo a -20 °C), sendo a melhor escolha para regiões de alta latitude. Em projetos de energia de grande dimensão, a tecnologia solar térmica concentrada (CSP) apresenta um grande potencial: utiliza vários helióstatos para concentrar a luz solar num recetor central, gerando energia térmica de alta temperatura (superior a 400 °C) que pode não só acionar turbinas a vapor para a geração de energia, mas também auxiliar na produção industrial de vapor e na dessalinização da água do mar. A central solar térmica PS10 de Espanha, por exemplo, utiliza 1.250 heliostatos e um recetor de torre central para conseguir uma geração de energia contínua 24 horas por dia, 7 dias por semana, com uma produção anual de 23 milhões de kWh, estabelecendo um modelo para a operação comercial de projetos solares térmicos de grande escala.

Em cenários de aplicação em expansão, a energia solar térmica está a evoluir do "fornecimento único de água quente" para a "utilização integrada em múltiplos campos", tornando-se um elo fundamental que liga as necessidades de subsistência das pessoas à produção industrial. No setor civil, para além dos aquecedores de água residenciais, os sistemas de aquecimento solar térmico têm sido amplamente promovidos nas cidades do norte da China. Em Pequim, por exemplo, foram adicionados mais de 5 milhões de metros quadrados de novas áreas de aquecimento solar térmico em 2024. Utilizando um modelo combinado de "coletores de calor + tanques de armazenamento de calor + bombas de calor auxiliares", o consumo de energia para aquecimento no inverno foi reduzido em mais de 60% em comparação com as caldeiras tradicionais a gás, enquanto as emissões de carbono diminuíram aproximadamente 300.000 toneladas. Na indústria, a energia solar térmica oferece uma nova abordagem aos setores com elevado consumo de energia para "reduzir o carbono". Indústrias como a têxtil e a de transformação alimentar requerem grandes quantidades de calor industrial (100-200 °C); a instalação de coletores de calor de média temperatura pode substituir diretamente as caldeiras a carvão ou a gás, reduzindo os custos energéticos das empresas e as emissões de poluentes. Além disso, na agricultura, a energia solar térmica é utilizada para o aquecimento de estufas e para a secagem de produtos agrícolas. Uma base produtora de cerejas na província de Shandong adotou equipamentos de secagem solar térmica, encurtando o ciclo de secagem das cerejas de 7 dias (método tradicional) para 3 dias, evitando a perda de qualidade da secagem a carvão e aumentando os preços premium dos produtos em 20%.

O valor ambiental da energia solar térmica reside não só no seu atributo de “emissão zero de carbono”, mas também no seu efeito de substituição nos sistemas energéticos tradicionais. Dados da Agência Internacional de Energia (AIE) mostram que o consumo de energia térmica nos edifícios e na indústria a nível mundial representa mais de 50% do consumo total de energia, dependendo principalmente de combustíveis fósseis como o carvão e o gás natural. Se a taxa de aplicação de energia solar térmica for aumentada para 20%, as emissões globais de carbono poderão ser reduzidas em aproximadamente 3 mil milhões de toneladas anuais – o equivalente ao efeito de sequestro de carbono da plantação de 16 mil milhões de árvores. No âmbito dos objectivos de "duplo carbono" da China (pico de carbono até 2030 e neutralidade carbónica até 2060), a energia solar térmica foi incluída nos planos de desenvolvimento energético. O 14º Plano Quinquenal para o Desenvolvimento das Energias Renováveis ​​afirma claramente que, até 2025, a capacidade instalada de energia solar térmica atingirá os 5 milhões de quilowatts e a área de aquecimento solar térmico e de fornecimento de calor industrial ultrapassará os mil milhões de metros quadrados – proporcionando um forte impulso à industrialização da tecnologia solar térmica.

É evidente que a energia solar térmica ainda enfrenta desafios: elevado investimento inicial para projetos de grande dimensão, espaço para melhorias no desempenho dos materiais de armazenamento de calor e disponibilidade limitada de recursos solares em algumas regiões. No entanto, com a iteração tecnológica e o apoio das políticas públicas, estas questões estão a ser gradualmente resolvidas. Os novos coletores de nanorrevestimento aumentaram a eficiência térmica para mais de 85%, a tecnologia de armazenamento de calor por sal fundido permite o armazenamento de calor a ultralongo prazo e os sistemas híbridos de energia "solar térmica + fotovoltaica" complementam as vantagens de ambas as tecnologias para aumentar ainda mais a estabilidade do fornecimento de energia.

Desde aquecedores de água residenciais em telhados até centrais solares térmicas de grande escala em desertos, a energia solar térmica está a remodelar os padrões de utilização de energia da humanidade de uma forma "visível e utilizável". Não se trata apenas de uma tecnologia de energia limpa, mas também de uma força vital para o desenvolvimento verde. No futuro, com os contínuos avanços tecnológicos e cenários de aplicação em expansão, a energia solar térmica desempenhará, sem dúvida, um papel mais importante na transição energética global, fornecendo um sólido suporte térmico para a construção de uma "Terra zero carbono".