Instalação solar térmica

Usina de energia solar
Termelétrica

Energia solar térmica de baixa temperatura

Energia solar térmica de baixa temperatura

Instalações térmicas solares de baixa temperatura são consideradas as instalações de energia solar térmica que fornecem calor útil a temperaturas abaixo de 65 graus Celsius através de energia solar.

Uma instalação de baixa temperatura solar térmica é formada por colectores solares, dois circuitos de água (primários e secundários) do permutador de calor, do acumulador, do tanque de expansão e tubos.

A circulação de água dentro dos circuitos pode ser obtida por termossifão, aproveitando a diferença de densidade da água em diferentes temperaturas ou por meio de uma bomba de circulação. Embora com uma bomba de circulação seja necessária uma contribuição externa de energia elétrica.

Aplicações de energia solar térmica

a energia térmica solar de baixa temperatura é uma forma de energia renováveis ​​que podem ser aplicadas em muitos domínios, a fim de reduzir a dependência de outras fontes de energia não renovável, tal como a combustão de gás natural ou do carvão.

Os sistemas de energia solar térmica a baixa temperatura são úteis em aplicações tais como o aquecimento de piscinas, para uso doméstico (aquecimento e água quente), para aplicações industriais que requerem água quente, mas não a temperaturas mais altas de 65 °C.

Produção de Água Quente Sanitária (ACS)

A principal aplicação da energia solar térmica é a produção de água quente sanitária (AQS) para o setor doméstico e de serviços. A água quente doméstica é usada a uma temperatura de 45 graus Celsius. A esta temperatura pode ser facilmente alcançado com coletores solares planos que podem atingir a temperatura média de 80 graus Celsius.

Considera-se que a porcentagem de cobertura da AQS anual de água quente é de aproximadamente 60%; essa porcentagem é falada e não superior, de modo que, na época da maior radiação solar, não é energia. A energia fornecida pelos coletores deve ser tal que nos meses mais favoráveis ​​contribua com 100%. O restante das necessidades que não são fornecidas pelos coletores é obtido de um sistema auxiliar, que geralmente é diesel, gás ou energia elétrica. Com esse percentual de cobertura, os períodos de amortização são reduzidos.

Aquecimento de baixa temperatura

A energia térmica solar a baixa temperatura pode ser um complemento ao sistema de aquecimento, especialmente para sistemas que usam o fornecimento de água a menos de 60 ° C.

Para aquecimento com fonte solar, o sistema que funciona melhor é o piso radiante (circuito de tubos pelo piso), já que a temperatura do fluido que circula por este circuito é de cerca de 45 ° C, facilmente alcançável por coletores solares. .

Aquecimento de água da piscina

Outra aplicação generalizada de energia térmica solar a baixa temperatura é o aquecimento da água da piscina. O uso de coletores pode permitir o suporte energético em piscinas para o exterior, prolongando o período de banho, enquanto, em instalações para uso no inverno, em tempos de baixa radiação solar, poderão fornecer uma pequena parte de apoio para a instalação convencional.

Deve-se ter em mente que, em alguns países, a legislação atual não permite o condicionamento de ar de piscinas externas usando fontes de energia convencionais que normalmente são fontes não renováveis ​​de energia.

Para aplicações de aquecimento de água em piscinas, coletores solares sem vidro podem ser usados. Estes painéis solares são simplesmente formados por um grande número de minúsculos tubos de metal ou plástico dispostos em bobinas através das quais a água circula.

Esses coletores não precisam de uma caixa ou tampa de vidro, por isso o aumento de temperatura é baixo, em torno de 30 graus Celsius. As perdas de calor são grandes, o que limita sua aplicação a outros tipos de instalações. Os tubos flexíveis toleram a passagem de água agressiva, como a água da piscina clorada, mas eles não podem suportar as tensões mecânicas que ocorrem quando a água e os arranhões da superfície congelam. Eles são mais econômicos que os coletores solares planos.

Ar condicionado por máquinas de absorção

Um dos campos de desenvolvimento máximo de instalações térmicas solares de baixa temperatura que serão vistas em um curto período de tempo serão coletores de vácuo ou aviões de alto desempenho que produzem água quente sanitária, aquecimento no inverno e, por máquinas absorção, produzir frio no verão.

A utilização de energia térmica solar a baixa temperatura para todos estes sistemas em conjunto é a melhor maneira de tirar proveito da instalação, pois a utilização apenas para água quente sanitária ACS e aquecimento produz algum excedente no verão, provocando sobreaquecimento na instalação que é necessário evitar por meio de algum sistema dos existentes.

As aplicações da energia solar térmica também se estendem ao setor industrial: água quente e pré-aquecimento de água de processo, aquecimento, ar quente e resfriamento.

Sistemas de coleta de radiação solar

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

O tipo mais difundido de coletor térmico é o coletor solar plano que atinge aumentos de temperatura de 60 ° C a um custo reduzido. Estes colectores são adequados para a produção de água quente para várias aplicações: água quente sanitária, piso radiante, etc.

O coletor solar plano é formado por uma placa de metal que é aquecida pela radiação solar com sua exposição ao sol (absorvedor). Esta placa é preta, de modo que não reflete a radiação solar incidente. Normalmente, o painel solar é colocado em uma caixa com tampa de vidro. Dentro da caixa, a água é circulada através de um circuito de bobina ou tubo, de modo que o calor é transmitido para o fluido através de um processo termodinâmico. O efeito produzido é semelhante à de uma estufa, a luz solar passa através da placa de vidro e aquece a chapa de enegrecida. O vidro é uma "armadilha solar" porque deixar a radiação solar (onda curta), mas não divulga a radiação térmica emitida pela placa enegrecida (onda longa) e consequentemente

Existem também no mercado os 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.

Os coletores solares térmicos são compostos dos seguintes elementos:

  • Capa: A capa deve ser de material transparente, geralmente é de vidro, mas existem certos plásticos que também podem ser usados ​​com a vantagem de serem mais baratos e mais fáceis de serem manuseados. A função da cobertura é minimizar as perdas termodinâmicas do calor por transmissão por convecção e radiação e, portanto, deve ter uma transmissão solar o mais alta possível.
  • Canal de ar: O canal de ar é um espaço que separa a cobertura da placa absorvente e pode estar vazio ou não. Para calcular sua espessura, é necessário equilibrar as perdas por convecção e as altas temperaturas que podem ser produzidas se forem muito estreitas.
  • Placa absorvente: A placa absorvente é o elemento que absorve a energia solar e transmite o calor para o líquido que circula pelos tubos. A principal característica da placa absorvente é que ela deve ter uma alta absorção de radiação solar e uma redução de emissão térmica. Para atender a esse requisito, materiais combinados são usados ​​para obter a melhor taxa de absorção / emissão.
  • Tubos ou dutos: Os tubos estão tocando (às vezes soldados) a placa absorvente para maximizar a troca de energia térmica por condução térmica. O líquido que é aquecido circulará pelos tubos e transportará o calor para o tanque de acumulação.
  • Camada isolante: A finalidade da camada isolante é cobrir o sistema para evitar e evitar perdas térmicas. Para que o isolamento seja o melhor possível, o material isolante deve ter uma baixa condutividade térmica.
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Última revisão: 12 de abril de 2019