Instalação solar térmica

Usina de energia solar
Termelétrica

Coletor solar plano

Coletor solar plano

O colector solar térmico de placa plana apresenta uma boa relação custo / eficácia em climas moderados e adapta-se correctamente a um grande número de aplicações (aquecimento de água quente, aquecimento de piscinas, suporte de aquecimento, pré-aquecimento de fluidos industriais, etc.)

Podemos distinguir dois tipos básicos de coletores planos, dependendo da configuração do absorvedor: o "tipo de grade" paralelo, nas versões vertical e horizontal e a série "tipo serpentina". Basicamente, a diferença entre os dois é:

  • A configuração paralela favorece que a temperatura do coletor possa ser estratificada com maior volume de circulação de água pelos ramos do interior do coletor e obter um salto térmico de aproximadamente 10ºC com bom desempenho.
  • A configuração serial consiste em um único circuito contínuo com um pequeno volume de água circulante e um salto térmico superior, com um bom desempenho.

Operação do coletor solar plano

O funcionamento de um sensor é muito básico. De fato, qualquer corpo exposto ao Sol recebe um fluxo de energia que o aquece e, portanto, faz com que a temperatura suba.

Um corpo a uma determinada temperatura emite energia ao redor dele, na forma de radiação, e isso depende diretamente da diferença de temperatura entre a temperatura corporal e a temperatura ambiente.

Se esfriarmos o sensor passando um fluido pelo interior, esse calor será usado, de modo que uma parte da energia capturada seja transmitida para esse fluido como energia útil. O resto da energia ainda é perdido na forma de radiação do coletor para o ambiente externo. Neste caso, a temperatura de trabalho é sempre menor que a temperatura de equilíbrio.

Se quisermos obter um bom desempenho, temos que trabalhar com os coletores na temperatura mais baixa possível, desde que seja suficiente para o uso pretendido.

A energia utilizada é removida do coletor por meio do fluido de transferência de calor, geralmente formado por uma mistura de água com anticongelantes e inibidores de corrosão.

Princípios físicos do funcionamento do coletor solar plano

O coletor solar funciona a partir da aplicação dos seguintes princípios físicos:

O corpo negro (o absorvente)

A radiação solar incidente é parcialmente absorvida pelos corpos. O resto é refletido ou passa por eles.

A relação entre esses efeitos depende de:

  • A natureza do corpo.
  • O estado da superfície.
  • A espessura do corpo.
  • O tipo de radiação. O comprimento de onda.
  • O ângulo de incidência dos raios do sol.

Os corpos escuros e mate captam a radiação solar melhor que qualquer outra cor; é por isso que o absorvedor do coletor solar é geralmente de cores escuras, para aproveitar ao máximo a radiação solar.

O efeito estufa

Este efeito é gerado em alguns corpos transparentes, que normalmente são atravessados apenas por radiação com um comprimento de onda entre 0,3 e 3 mícrons. Como a maior parte da radiação solar está entre 0,3 e 2,4 mícrons, a luz solar pode passar através de um vidro. Uma vez cruzada, a radiação encontra o absorvedor, que é aquecido pela radiação solar e emite radiação entre 4,5 e 7,2 mícrons para os quais o vidro é opaco.

Esta radiação que não pode sair é refletida para dentro novamente. Uma parte dessa energia aquece o vidro e o cristal envia para dentro e para fora.

Alguns plásticos (como o policarbonato) têm um comportamento semelhante ao do vidro (eles deixam a radiação de ondas curtas do Sol passar e interrompem as emissões de ondas longas vindas da placa absorvedora).

O isolamento

O terceiro dos princípios físicos que intervêm na operação dos coletores é o isolamento da montagem a partir do exterior, geralmente formado por um revestimento interno da caixa do contêiner.

Componentes de um coletor solar plano

O coletor solar plano com cobertura envidraçada é o mais utilizado em instalações de produção de água quente sanitária. Esta equipe é composta pelos seguintes elementos:

Absorvente

É o elemento que intercepta a radiação solar no interior do coletor e é responsável pela transformação da energia solar em energia térmica.

O absorvente é geralmente formado por uma folha de metal, geralmente cobre (bom condutor térmico) que escurece basicamente com:

1. Uma fina película de tinta preta que resiste a temperaturas de trabalho acima de 100ºC.

2. Um tratamento selectivo baseado em tintas de deposição electroquímicos ou óxidos de metal, tendo uma elevada absorção de radiação solar (onda curta) e um calor de baixa emissividade (onda longa).

O absorvedor incorpora uma grade de tubos através dos quais o fluido de transferência de calor circulará.

Capa transparente

Tem a função de isolar o sensor das condições ambientais externas - embora permita a passagem da radiação solar - que causam o efeito estufa. Normalmente é formado por uma única folha de vidro temperado (resistente) com baixo teor de ferro (muito transparente) de aproximadamente 4 mm de espessura.

Isolamento

Este elemento, tal como em outras aplicações, serve para evitar a perda de calor a partir do interior do colector -Especificamente o absorbidor- para fora e geralmente consiste de placas de espumas sintéticas (poliuretano, cianeto, fibras vidro, etc.) localizados nas laterais e na parte de trás do sensor.

Habitação

A caixa tem a função de alojar o resto dos componentes. Esse fechamento é geralmente formado por um perfil de alumínio anodizado que garante uma resistência da montagem, mesmo em condições extremas de trabalho. Da mesma forma, a caixa terá orifícios de drenagem de condensado na parte inferior.

Outros tipos de colectores solares térmicos

Coletores planos sem cobertura

Como o nome sugere, os coletores sem cobertura consistem basicamente do elemento absorvente, geralmente formado por um conjunto de tubos de material plástico, EPDM, borracha ou polipropileno.

Este tipo de coletores solares é muito econômico e fácil de instalar, pois eles geralmente têm configurações flexíveis que permitem que sejam colocados em qualquer superfície. Além disso, eles são resistentes à corrosão e permitem configurações de aquecimento direto como no caso do aquecimento da piscina.

Em contrapartida, os coletores sem cobertura com absorvedor sintético tendem a ter curvas de desempenho muito íngremes porque, não tendo vidro, têm um ótimo comportamento óptico, mas, por outro lado, perdem rapidamente o desempenho quando a temperatura ambiente está abaixo da temperatura trabalho ou com uma alta velocidade do vento.

Portanto, esse tipo de coletor só é aconselhável em aplicações de baixa temperatura nas quais a temperatura de trabalho é próxima da temperatura ambiente, por exemplo, para prolongar a temporada de natação em piscinas abertas. Uma variável deste tipo de coletores sem cobertura são os coletores de placa metálica embutida e offset, projetados especificamente para aplicações em circuito fechado.

Esta variante apresenta um melhor desempenho térmico do coletor e permite que ele seja usado para produzir água quente sanitária ou outras aplicações de baixa temperatura. Outro exemplo deste tipo de coletor disponível em nosso mercado consiste em uma cobertura multifuncional que combina as qualidades de uma cobertura de aço inoxidável livre de manutenção com a eficiência de um coletor solar de superfície seletiva.

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Última revisão: 30 de maio de 2018