Instalação solar térmica

Usina de energia solar
Termelétrica

Energia térmica solar

Energia térmica solar

A energia solar térmica consiste no uso de energia do Sol para transferi-lo para um meio que transporta calor, geralmente água ou ar.

Entre as diferentes aplicações da energia solar térmica existe a possibilidade de gerar energia elétrica. A tecnologia atual permite aquecer a água com radiação solar para produzir vapor e, posteriormente, obter energia elétrica.

Embora o princípio de operação seja muito semelhante, existem duas aplicações principais da energia solar térmica:

  • Energia térmica única para uso em residências e pequenas instalações
  • Grandes usinas de energia solar térmica. Nessas plantas o calor é concentrado em um ponto para gerar vapor, com o vapor uma turbina é ativada para gerar energia elétrica. Uma vez que o calor é gerado, a operação de uma usina solar térmica é muito semelhante à de uma usina termelétrica ou de uma usina nuclear. A diferença é que uma usina termelétrica de calor para gerar o vapor vem da combustão de combustíveis fósseis, geralmente carvão, e em uma usina nuclear, o calor é obtido por fissuração do núcleo de átomos de urânio.

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

  • Coletores de baixa temperatura. Eles fornecem calor útil a temperaturas abaixo de 65 ° C.
  • Coletores de temperatura média. Eles são os dispositivos que concentram a radiação solar para fornecer calor útil a uma temperatura mais alta, geralmente entre 100 e 300 ° C.
  • Coletores de alta temperatura. Eles trabalham em temperaturas acima de 500ºC. Eles são usados para a geração de energia elétrica.

Sistemas que formam uma instalação solar térmica

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

Diagrama básico de uma instalação solar térmica

Uma instalação solar térmica consiste em vários sistemas:

Sistema de coleção de radiação solar

O sistema de coleta de radiação solar consiste em coletores solares conectados uns aos outros. Sua missão é captar a energia solar para transformá-la em energia térmica, aumentando a temperatura do fluido que circula pela instalação.

Existem muitos sistemas para capturar a radiação solar. A escolha de um sistema ou outro dependerá principalmente de instalações solares térmicas de baixa, média ou alta temperatura.

Entre os diferentes sistemas de coleta solar, destacamos:

  • Coletor solar plano. É o coletor solar mais difundido, você pode obter aumentos de temperatura de 60 ° C a um custo reduzido. É usado em usinas solares térmicas de baixa temperatura.
  • Coletores térmicos solares não vitrificados. É comum, por exemplo, aquecer a água da piscina. O aumento de temperatura é baixo, em torno de 30 ° C. Eles são mais econômicos que os coletores solares planos.
  • Coletores solares de vácuo. Eles consistem em tubos de metal que cobrem o tubo metálico que contém o fluido de trabalho, deixando entre eles uma câmara que atua como um 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 parabólicos ou semi-cilíndricos.
  • Coletores térmicos solares com sistemas de rastreamento para a posição do Sol. Sua posição varia ao longo do dia para manter uma posição perpendicular à radiação solar recebida.

Sistema de acumulação de energia solar térmica

Diagrama de uma instalação solar térmica em uma casa Consiste em armazenar a energia térmica em um tanque de acumulação para uso posterior. A água quente obtida pelo sistema de coleta é conduzida até o local em que será utilizada.

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

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

O sistema de armazenamento 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 deve cobrir a demanda de água quente de um ou dois dias.

Sistema de distribuição solar térmica

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

Neste sistema estão incluídos todos os elementos destinados à distribuição do meio de transporte de calor e embalagem ao consumo: controle, tubulações e conduítes, vasos de expansão, bombas, purgadores, válvulas, etc. Também faz parte deste sistema o sistema de suporte baseado em energias convencionais (elétrica, caldeira a gás ou gasóleo), necessário para prevenir possíveis faltas derivadas da ausência de radiação solar e para atender a demanda de pico.

Sistemas convencionais de apoio à energia

As instalações solares térmicas necessitam de sistemas de suporte convencionais em antecipação à falta de radiação solar ou consumo superior ao dimensionamento. Na maioria dos casos, tanto em instalações em residências unifamiliares quanto em edifícios residenciais, as instalações solares são projetadas para fornecer às residências de 60 a 80% da água quente demandada, embora em áreas com alta insolação ao longo do ano. ano, a porcentagem de contribuição é geralmente maior.

Estes sistemas de apoio energético podem ser de várias fontes. Se a instalação estiver conectada à rede, ela poderá tirar proveito do fornecimento de eletricidade da própria companhia de eletricidade. Em outros casos, você pode usar outras fontes de energia renovável (energia eólica ou energia hidrelétrica, se as condições permitirem) ou fontes de energia não renováveis. As fontes de energia não renováveis podem ser de derivados de combustíveis fósseis (petróleo, carvão ou gás natural), em algumas instalações são utilizadas caldeiras de pellets ou de biomassa.

Nos meses de menor radiação solar não chega a cobrir 60% das necessidades energéticas. Pelo contrário, nos meses de verão quase 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 um campo solar muito grande, o que resultaria em um custo muito alto que nunca seria amortizado. Além disso, uma instalação térmica solar tão grande causaria nos meses de aumento da radiação solar um excedente de produção que não poderia ser usado e que causaria problemas de superaquecimento durante a instalação.

Por esse motivo, as instalações que funcionam melhor e são anteriormente lucrativas são aquelas que precisam de água quente sanitária durante todo o ano, aquecimento para o inverno e uma piscina para o verão ou mesmo para todo o ano.

Aspectos económicos e sociais de uma instalação solar térmica numa casa

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

 

A energia solar térmica é economicamente vantajosa economicamente, uma vez que toda a energia obter o Sun com colectores solares térmicos, força de vontade nos produzir peças (queima de combustível em uma caldeira) ou consumir (rede distribuição elétrica). Uma instalação térmica solar acaba sendo rentável ao longo dos anos, já que a economia de energia que produz materializa em economia econômica, o que permite amortizar o custo da instalação. Este reembolso pode variar de 5 a 12 anos, dependendo do tamanho da instalação, a ajuda obtida afundado, o local onde é instalado (mais ou menos da radiação solar) e o utilizador menores ou maiores necessidades.

No caso da colocação destas instalações solares térmicas em novas construções ou moradias de reabilitação, a amortização pode ser considerada instantânea, uma vez que o aumento que representa no preço total da casa é muito pequeno; o valor pago por esse custo mais elevado em um empréstimo hipotecário a cada ano é menor do que o valor em euros que implica o menor custo do gás ou do diesel.

Destacamos as principais vantagens de um sistema solar térmico:

  • 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 menor para o usuário. Além disso, a energia solar é independente do combustível convencional e seu suprimento, uma vez que é compatível com qualquer sistema convencional e independente da variação no preço de compra do combustível.
  • Vantagens ambientais, uma vez que a geração de energia com sistemas convencionais tem custos ambientais muito significativos (emissões de CO2, mudanças climáticas, efeito estufa, descargas, resíduos nucleares, chuva ácida, etc.) em relação aos sistemas solares. Em média, um m2 de coletor solar térmico é capaz de evitar a emissão de uma tonelada de CO2 por ano.
  • Manutenção fácil. A vida útil das instalações solares térmicas é superior a 25 anos e a manutenção necessária, embora seja necessária, é muito menor do que no caso dos sistemas convencionais.

No entanto, a instalação de sistemas térmicos apresenta uma desvantagem: a instalação do mesmo sistema convencional é necessária, como seria o caso se os coletores solares não fossem instalados. Às vezes, é problemático montá-los em edifícios existentes como consequência de sua falta de previsão no nível do projeto.

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Referências

Última revisão: 17 de abril de 2018