Instalação solar térmica

Usina de energia solar
Termelétrica

Energia térmica solar

Energia térmica solar

A energia térmica solar consiste em aproveitar a energia do  Sol  para transferi-la para um meio que transporta calor, geralmente água ou ar. É uma forma de energia renovável, sustentável e ambientalmente amigável. Essa maneira de gerar energia pode ser aplicada em residências e pequenas instalações, mas também em grandes usinas térmicas solares.

Entre as diferentes aplicações dessa fonte de energia renovável, existe a possibilidade de gerar eletricidade através de uma usina termelétrica solar. A tecnologia atual permite que a água seja aquecida com radiação solar para produzir vapor e, posteriormente, obter energia elétrica. Embora o desempenho termodinâmico não seja muito alto em comparação com outros sistemas, o preço do combustível é zero.

Princípio de operação de uma usina termelétrica solar

O princípio de operação deste tipo de radiação solar é muito semelhante, existem duas principais aplicações de energia solar térmica. Nessas usinas térmicas solares, a radiação solar é concentrada em um ponto para gerar vapor, sendo ativada uma turbina a vapor conectada a um gerador elétrico. O gerador elétrico é responsável por transformar energia mecânica em eletricidade. A operação de uma usina termelétrica solar é muito semelhante à de uma usina termelétrica ou de uma usina nuclear. A diferença está na maneira de gerar calor para obter vapor. Em uma usina termelétrica, o calor provém da combustão de combustíveis fósseis (geralmente carvão), em um centro nuclear o calor é obtido pela fissuração do núcleo dos átomos de urânio e, finalmente,

Os coletores solares de energia térmica são responsáveis ​​por capturar a energia térmica da radiação solar. Esses coletores solares são classificados como coletores de baixa, média e alta temperatura, dependendo da maneira como trabalham.

O esquema básico de uma instalação de energia térmica solar é o seguinte:

Esquema básico de uma instalação de energia térmica solar

Uma instalação solar térmica consiste em vários sistemas:

Sistema de coleta de radiação solar

O sistema de coleta de radiação solar consiste em coletores solares conectados entre si. A função desses painéis é capturar energia solar para transformá-la em energia térmica, aumentando a temperatura do fluido que circula pela instalação. 

Existe um grande número de sistemas de coleta de radiação solar. A escolha de um sistema ou de outro dependerá principalmente das instalações térmicas solares de baixa, média ou alta temperatura.

Entre os diferentes sistemas de coleta solar, destacamos:

  • O coletor solar plano. É o coletor solar mais difundido; aumentos de temperatura de 60 graus Celsius podem ser obtidos a um custo reduzido. É usado em usinas solares térmicas de baixa temperatura.
  • Coletores solares térmicos não envidraçados. É comum, por exemplo, aquecer a água da piscina. O aumento da temperatura é baixo, em torno de 30 graus Celsius. Eles são mais baratos que os coletores solares planos.
  • Coletores solares de vácuo. Eles consistem em tubos de metal que cobrem o tubo de metal que contém o fluido de trabalho, deixando entre eles uma câmara que atua como isolante. Eles têm um rendimento muito alto, mas seu custo também é alto.
  • Coletores solares com sistemas de concentração de radiação. Eles são usados ​​para instalações que exigem temperaturas mais altas. São utilizados painéis em formas parabólicas ou semi-cilíndricas.
  • Coletores solares térmicos com sistemas de rastreamento da posição do Sol. Sua posição e inclinação variam ao longo do dia para manter uma posição perpendicular à radiação solar recebida.

Sistema solar de acumulação de energia térmica

Diagrama de uma instalação de energia térmica solar em uma casaUm sistema de acumulação de energia térmica solar consiste em armazenar a energia térmica em um tanque de acumulação para uso posterior. A água quente obtida através do sistema de coleta é levada para o local onde será utilizada.

A água quente armazenada pode ser usada diretamente, como é o caso do aquecimento da água de uma piscina, em aplicações de água quente sanitária ou demanda de aquecimento.

Como o momento de necessidade de água quente nem sempre coincide com o momento em que há radiação suficiente, será necessário aproveitar ao máximo as horas de sol para acumular energia térmica na forma de água quente.

O sistema de acumulação de energia térmica consiste em um ou mais tanques de água quente. O tamanho dos tanques de armazenamento deve ser proporcional ao consumo estimado e atender à demanda de água quente por um ou dois dias.

Sistema de distribuição de energia solar térmica

Depois que os coletores solares aquecerem o meio de transporte de calor (água ou ar), aumentando sua energia térmica, podemos transferir essa energia térmica para outras fontes mais frias.

Este sistema inclui todos os elementos destinados à distribuição do meio transportador de calor e condicionamento para consumo: controle, tubulações, vasos de expansão, bombas, armadilhas, válvulas, etc. Também faz parte desse sistema o sistema de suporte baseado em energia convencional (elétrica, caldeira a gás ou diesel), necessário para evitar possíveis falhas decorrentes da ausência de radiação solar e lidar com os picos de demanda.

Sistemas de suporte de energia convencionais

As instalações de energia térmica solar precisam de sistemas de suporte convencionais, antecipando a falta de radiação solar ou um consumo maior que o tamanho. Na maioria dos casos, tanto em instalações em residências unifamiliares quanto em prédios residenciais, as instalações solares são projetadas para fornecer às residências 60-80% da água quente demandada, embora em áreas com muita luz solar durante todo o período. ano, o percentual de contribuição é geralmente mais alto.

Esses sistemas de suporte de energia podem ser de várias fontes. Se a instalação estiver conectada à rede, o fornecimento de eletricidade da própria empresa de eletricidade poderá ser usado. Em outros casos, outras fontes de energia renováveis ​​(energia eólica ou energia hidráulica podem ser usadas, se as condições permitirem) ou fontes de energia não renováveis. Fontes de energia não renováveis ​​podem ser derivadas de derivados de combustíveis fósseis (petróleo, carvão ou gás natural), em algumas instalações são usadas caldeiras de pellets ou biomassa.

Nos meses de menor radiação solar, 60% das necessidades de energia não são atendidas. Pelo contrário, nos meses de verão praticamente 100% deles são atingidos. Assim, o objetivo com o qual as instalações solares térmicas são projetadas é cobrir um mínimo de 60% das necessidades anuais de energia, dependendo da área geográfica.

Fingir cobrir mais de 60% ou 70% ao ano de energia solar térmica exigiria a colocação de um campo solar muito grande, o que resultaria em um custo extremamente alto que nunca seria amortizado. Além disso, uma instalação solar térmica tão grande causaria um excesso de produção nos meses de maior radiação solar que não poderiam ser usados ​​e causariam problemas de superaquecimento durante toda a instalação.

Por esse motivo, as instalações que funcionam melhor e são rentáveis ​​antes são aquelas que precisam de água quente sanitária durante todo o ano, aquecimento no inverno e piscina no verão ou mesmo o ano inteiro.

Aspectos econômicos e sociais de uma instalação de energia solar térmica em uma residência

O investimento inicial de um sistema de energia térmica solar será maior em comparação com um sistema convencional de fornecimento de energia. Por outro lado, seu custo operacional durante os mais de 25 anos de vida da instalação solar térmica será irrelevante em comparação com a compra de combustível ou energia elétrica, reparos, manutenção etc. associado ao sistema de energia convencional.

Uma das vantagens da energia solar está na parte econômica: toda a energia que obtemos do Sol com coletores solares térmicos será a energia que precisaremos produzir (queima de combustível em uma caldeira) ou consumir (da rede elétrica de distribuição). Uma instalação de energia solar térmica acaba lucrando ao longo dos anos, pois as economias de energia que produz são realizadas em economias econômicas. Ao longo dos anos, a economia econômica nos permitirá amortizar o custo da instalação. Essa amortização pode variar entre 5 e 12 anos, dependendo do tamanho da instalação, do auxílio obtido completamente perdido, do local onde está instalado (mais ou menos da radiação solar) e das necessidades do usuário.

No caso de colocar essas instalações solares térmicas em residências recém-construídas ou reabilitadas, a depreciação pode ser considerada instantânea. O aumento que representa no preço total da casa é muito pequeno; O valor pago por esse custo mais alto em um empréstimo hipotecário a cada ano é menor que o valor em euros, que é o menor custo de gás ou diesel.

Destacamos as principais vantagens da energia térmica solar:

  • Vantagens econômicas. Para as mesmas necessidades, o sistema convencional precisará consumir menos combustível (derivado de combustíveis fósseis ou biomassa), o que representará uma despesa anual mais baixa para o usuário. Além disso, a energia solar é independente do combustível convencional e de seu suprimento, pois é compatível com qualquer sistema convencional e independente da variação no preço de compra do combustível.
  • vantagens ambientais, já que os sistemas de geração de energia tem custos convencionais muito importantes ambientais (CO 2 , as alterações climáticas, estufa, resíduos, resíduos nucleares, a chuva ácida, etc.) em relação aos sistemas solares. Em média, um m 2 de aquecimento solar é capaz de prevenir a cada ano de emissão atmosférica de uma tonelada de CO 2 .
  • Manutenção fácil A vida útil das instalações solares térmicas é superior a 25 anos e a manutenção necessária, embora seja necessária, é muito menos importante do que no caso de sistemas convencionais.

No entanto, uma das desvantagens da energia solar térmica é que é necessária a instalação do mesmo sistema convencional daquele que resultaria se os coletores solares não fossem instalados. Às vezes, sua montagem em edifícios existentes é problemática como resultado da falta de previsão no nível do projeto.

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Referências

Última revisão: 12 de setembro de 2019