Instalação solar térmica

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Termelétrica

Coletor solar plano

Coletor solar plano

O coletor solar de placa plana é um tipo de painel solar térmico cujo objetivo é transformar a radiação solar em energia térmica. Este tipo de colector solar tem uma boa relação custo / eficácia em climas moderados e adapta-se correctamente a um grande número de aplicações de energia solar térmica (aquecimento de água sanitária, aquecimento de piscinas, suporte para aquecimento, pré-aquecimento de fluidos industriais , etc.).

Podemos distinguir dois tipos básicos de coletores solares de placa plana, 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 solar com maior volume de circulação de água possa ser estratificada pelos ramos do interior do coletor e obter um salto termodinâmico de aproximadamente 10ºC com um bom desempenho.
  • A configuração em série consiste em um único circuito contínuo com um pequeno volume de água circulante e um salto térmico superior, com bom desempenho.

Outra maneira de classificar coletores solares planos é se eles são esmaltados ou não vidrados:

O coletor solar de vidro plano é geralmente usado em sistemas domésticos de aquecimento de água ou em instalações. A temperatura de operação é geralmente entre 30 ° C e 60 ° C. É constituída por uma caixa isolada coberta por vidros. No interior, há um absorvente no qual o fluido de transferência de calor circula. O vidro bloqueia a radiação infravermelha e isola o espaço aéreo acima do absorvedor para manter o calor.

O coletor solar plano não vidrado é muito mais barato, porém menos difundido. Dependendo da temperatura exterior, é normalmente utilizado em sistemas de aquecimento de piscinas, mas pode por vezes ser utilizado como sistema de aquecimento de água quente em países quentes. Em zonas temperadas, a temperatura de operação é geralmente inferior a 30 graus centígrados. Consiste apenas em um absorvente no qual o refrigerante circula.

Desempenho do coletor solar plano 

A operação de um coletor solar térmico para o uso de energia solar térmica é muito básica. De fato, qualquer corpo exposto à radiação solar recebe um fluxo energético que o aquece e, portanto, aumenta a temperatura. Este aumento de temperatura implica um aumento da energia interna.

Um corpo a uma dada temperatura emite energia em torno dele graças às suas propriedades termodinâmicas, na forma de radiação, e isso depende diretamente da diferença de temperatura entre a temperatura do corpo e a temperatura ambiente.

Se esfriarmos o coletor solar passando um fluido através dele, esse calor é usado, o que significa que parte da energia capturada é transmitida para esse fluido como energia útil. O resto da energia ainda é perdido na forma de radiação do coletor solar térmico para o ambiente externo. Neste caso, a temperatura de trabalho é sempre menor que a temperatura de equilíbrio.

Se quisermos obter um bom desempenho, devemos trabalhar os coletores na menor temperatura possível, desde que seja suficiente para o uso pretendido.

A energia renovável usada é removida do coletor solar 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 plano 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 solares.

Corpos escuros e mate captam melhor radiação solar do 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

O efeito estufa 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 solar que não pode escapar 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 envolvidos na operação dos coletores solares é o isolamento da montagem a partir do exterior, geralmente formado por um revestimento interno da caixa do contêiner. Um bom isolamento melhora o uso da energia solar térmica.

Componentes de um coletor solar plano

O coletor solar plano pode ser vidrado ou não vidrado. O coletor com cobertura envidraçada é o mais utilizado em instalações de produção de água quente sanitária. Essa equipe consiste nos seguintes elementos:

Absorvente

O absorvedor 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 100 graus Celsius.

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 irá circular.

Tampa transparente

A cobertura transparente tem a função de isolar o coletor solar 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

O isolamento é o elemento, tal como em outras aplicações, que serve para evitar a perda de calor a partir do interior do colector -Especificamente o absorbedor- para fora e geralmente consiste de placas de espumas sintéticas (poliuretano, cianeto, fibra de vidro, etc.) localizado nas laterais e na parte de trás do painel solar.

Habitação

O alojamento do coletor solar plano tem a função de alojar o resto dos componentes. Esse fechamento é geralmente formado por um perfil de alumínio anodizado que garantirá uma resistência da montagem, mesmo em condições extremas de trabalho. Da mesma forma, o invólucro terá orifícios de drenagem de condensado na parte inferior.

Coletores solares planos sem cobertura

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

Este tipo de colectores solares é muito económico e fácil de instalar, uma vez que normalmente têm configurações flexíveis que permitem a sua colocação em qualquer superfície, são também resistentes à corrosão e permitem configurações de aquecimento directo, como no caso do aquecimento da piscina.

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

Por esta razão, coletores planos sem teto somente são aconselháveis ​​em aplicações de baixa temperatura onde a temperatura de trabalho é próxima da temperatura ambiente, por exemplo, para estender a estação 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 solar 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: 14 de junho de 2019