O coletor solar de placa plana é uma espécie de painel solar térmico cujo objetivo é transformar a radiação solar em energia térmica.
Este tipo de painéis solares térmicos apresentam uma boa relação custo/eficácia em climas moderados e adaptam-se corretamente a um grande número de aplicações térmicas, tais como:
- Produção de água quente sanitária (AQS).
- Aquecimento de piscina.
- Apoio ao aquecimento através de energia solar térmica.
- Pré-aquecimento de fluidos industriais.
Partes de um coletor solar plano
O coletor solar plano é composto pelos seguintes elementos:
1. Absorvente
O absorvedor é o elemento que intercepta a radiação solar no interior do coletor e é responsável por transformar a energia solar em energia térmica.
O absorvedor geralmente é feito de uma folha de metal, geralmente de cobre (bom condutor térmico) que é escurecida. Corpos escuros e foscos captam a radiação solar melhor do que qualquer outra cor.
Existem duas maneiras de escurecer o absorvedor:
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Uma fina película de tinta calórica preta resiste a altas temperaturas.
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Tratamento seletivo, baseado em deposições eletroquímicas ou tintas com óxidos metálicos que apresentam alta absorção de radiação solar e baixa emissividade de calor.
O absorvedor incorpora uma grade de condução através da qual o fluido de transferência de calor circulará.
2. Capa transparente
A tampa transparente tem a função de isolar o coletor solar das condições ambientais externas e permitir a passagem da radiação solar. Essa cobertura é o que causa o efeito estufa.
Normalmente é constituído por uma única lâmina de vidro resistente com aproximadamente 4 mm de espessura.
Esta parte está presente apenas em coletores solares de vidro plano.
3. Isolamento
O isolamento tem a função de evitar a perda de calor do interior do coletor – especificamente do absorvedor – para o exterior. Normalmente é constituído por lâminas de espumas sintéticas (poliuretano, cianeto, fibra de vidro, etc.) localizadas nas laterais e traseira do painel solar.
4. Habitação
A caixa serve para alojar os restantes componentes do colector solar.
Este fecho é normalmente formado por um perfil de alumínio que garante a resistência do conjunto, mesmo em condições extremas de trabalho. Além disso, a caixa possui orifícios de drenagem de condensado na parte inferior.
Como funciona um coletor solar plano?
A operação de um coletor solar plano é baseada na transferência de calor.
A radiação solar afeta o absorvedor de calor do coletor. Quando a radiação atinge a superfície do absorvedor, parte de sua energia é convertida em calor. Consequentemente, a temperatura do coletor solar aumenta.
Se passarmos um fluido pelo interior do coletor, parte desse calor é transferida para o líquido de acordo com a primeira e a segunda leis da termodinâmica. O restante da energia continua a ser perdido na forma de radiação do coletor solar térmico para o ambiente externo.
Se quisermos obter um bom desempenho e reduzir o consumo de energia, devemos operar os coletores na temperatura mais baixa possível.
Tipos de coletores solares planos
Podemos classificar os coletores solares de placa plana de duas maneiras diferentes.
Por um lado, se os classificarmos com base na configuração do absorvedor temos:
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Configuração de absorvedor paralelo : Este tipo de coletor pode ser utilizado nas posições horizontal e vertical. A configuração paralela permite a estratificação da temperatura no coletor, pois o maior volume de água circula pelos ramais internos do coletor.
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Configuração de absorvedor em série : é composto por um único circuito contínuo, com menor volume de água circulante e maior salto térmico, o que lhe confere bom desempenho.
Por outro lado, também podemos distinguir os coletores solares conforme sejam envidraçados ou não:
- Vidros – Utilizados principalmente em sistemas de aquecimento de águas domésticas ou outras instalações de aquecimento. Sua temperatura operacional varia entre 30 °C e 60 °C. Este coletor consiste em uma caixa isolada coberta por vidro. Dentro desta caixa, um absorvedor transmite calor ao fluido que circula por ela. O envidraçamento bloqueia a radiação infravermelha e isola o espaço de ar acima do absorvedor, retendo assim o calor.
- Não vidrado : Este tipo de coletor é mais barato, embora menos comum. Dependendo da temperatura exterior, é normalmente utilizado em sistemas de aquecimento de piscinas ou por vezes como sistema de aquecimento de água quente em regiões quentes. Em áreas temperadas, a temperatura operacional é geralmente inferior a 30°C.
Vantagens dos coletores solares envidraçados
Este tipo de coletor possui uma tampa transparente que retém a radiação que repercute no absorvedor e aumenta a eficiência geral. Para conseguir isso, a tampa transparente do coletor gera um efeito estufa.
O efeito estufa é gerado em alguns corpos transparentes, que normalmente só são atravessados por radiações com comprimentos 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 do vidro.
Depois de passada, a radiação encontra o absorvedor, que é aquecido pela radiação solar e emite radiação entre 4,5 e 7,2 mícrons que não consegue passar novamente pelo vidro.
Essa radiação solar que não pode sair é refletida novamente para dentro. Parte dessa energia aquece o vidro e o vidro a envia para dentro e para fora.