As diferentes tecnologias da energia solar térmica

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Artur Varanda, David Barros Baxi Aquecimento

as diferentes tecnologias da energia solar térmica As tecnologias de conversão da energia solar em energia térmica têm desenvolvimentos distintos em função das gamas de temperatura necessárias. Para as aplicações que requerem baixas temperaturas (até 60ºC), tipicamente para aquecimento de água, existe uma tecnologia bem desenvolvida e madura – colectores estacionários, planos ou do tipo CPC de baixa concentração.

Também está bem desenvolvida a tecnologia associada aos depósitos de armazenamento de água quente e existem regras de arte bem precisas para o dimensionamento e instalação de sistemas solares térmicos destinados a estas aplicações.

Nas temperaturas médias (60ºC a 120ºC) podem considerar-se dois tipos distintos de aplicações, condicionamento de ar (aquecimento / arrefecimento) e industriais. Os colectores solares utilizados nestas gamas de temperatura podem ainda ser colectores estacionários mas torna-se necessário que integrem mecanismos de redução de perdas térmicas como o vácuo e/ou a concentração (do tipo CPC, ainda inferior a 2).

O gráfico que se segue representa uma comparação entre as diferentes tecnologias de colectores e temperatura de funcionamento acima da temperatura ambiente, com rendimento aceitável (>40%).

Temperaturas superiores têm interesse em aplicações industriais e até na produção de energia eléctrica por via térmica, utilizando para o efeito colectores concentradores de alta concentração.

Figura 1 . Comparação entre as diferentes tecnologias de colectores

TIPO DE TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS › › › ›

Colector sem cobertura; Colector plano preto baço (ou não selectivo); Colector plano selectivo; Colector CPC (concentradores parabólicos compostos); › Tubos de vácuo; › Colectores concentradores (alta concentração).

COLECTOR SEM COBERTURA Estes colectores consistem basicamente em tubos de plástico (propileno, policarbonato ou polivinil), colocados em forma de esteira e unidos por dois tubos de maior diâmetro nas partes inferior e superior. Para piscinas exteriores, cuja utilização normalmente ocorre de Maio a Setembro, os colectores a utilizar numa instalação solar serão preferencialmente os colectores de borracha sem cobertura. A utilização destes colectores permite a circulação directa da água da piscina pelos mesmos. Em termos económicos, são mais acessíveis do que os colectores com cobertura, embora o tempo de retorno do investimento seja bastante similar, pois

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condições para que se dê o congelamento da instalação, pelo que, os circuitos solares contêm água à qual se adiciona glicol numa proporção adequada às temperaturas extremas que se registem no local da instalação. Como complemento específico de segurança da instalação, o circuito solar deverá incluir ainda um vaso de expansão que permita fazer face às variações de volume da água em função da temperatura, e uma válvula de segurança.

O grupo hidráulico completa-se com os órgãos de controlo da instalação: um circulador que movimenta a água da instalação; um regulador de caudal para que as condições de transferência de calor permaneçam adequadas à instalação existente e uma central de regulação electrónica que faz a gestão do funcionamento do circulador em função das temperaturas observadas no colector solar e na água quente acumulada no depósito acumulador, podendo ainda controlar outras funções em instalações mais complexas.

Finalmente, do lado da água de consumo, um elemento misturador termostático vai ajudar a gerir a água quente sanitária, através da pré-mistura de água da rede com a água acumulada de forma a consumir a menor quantidade possível de água quente, enviando-a ao consumo à temperatura de utilização.

Outra solução para a produção doméstica de água quente sanitária consiste na utilização de sistemas em termossifão que têm a enorme vantagem de se apresentarem compactos e dispensarem o apoio de meios mecânicos, funcionando por acção da diferença de densidades que se estabelece com as diferentes temperaturas atingidas pelo fluido que circula entre o colector solar e o depósito acumulador que, por esse motivo ocupa o ponto mais alto do conjunto, favorecendo assim a troca de calor com a água de consumo através do permutador de calor que incorpora.

A escolha do apoio, continuando-nos a centrar numa instalação doméstica, implica a escolha de uma fonte de energia convencional e a optar entre sistemas de apoio instantâneos ou com novo recurso à acumulação.

Se a climatização da habitação inclui um sistema de aquecimento central, poderemos aproveitar a caldeira para o apoio da instalação solar; fazendo uso das características da caldeira – prevista ou já existente – para definição da instalação.

A produção de água quente instantânea tem a vantagem de ser um sistema mais barato e o inconveniente de introduzir limitações ao consumo; enquanto os sistemas de apoio por acumulação, por oposição, resultam mais caros, requerem mais espaço para a instalação, mas proporcionam uma maior disponibilidade de água quente, praticamente sem restrições de utilização. De qualquer forma, um ou outro sistema, beneficiará sempre da potência instantânea que a caldeira é capaz de entregar, resultando de forma simples e eficaz.

Caso não se preveja a existência de caldeira, haverá que fazer recurso à instalação de um esquentador a gás (sistema instantâneo) recordando que a potência que este é capaz de entregar é, regra geral, menor que numa caldeira, pelo que deverá certificar-se de que o aparelho em questão tem a potência adequada às necessidades da instalação e, por outro lado, se é compatível com uma instalação de energia solar, dado que o fabricante deverá indicar de forma inequívoca.

Pela sua facilidade de instalação, constitui um óptimo recurso para a adaptação de sistemas solares de produção de água quente sanitária a já existentes. › Gerador de calor de apoio: Porque a energia solar nem sempre se encontra disponível, é indispensável contar com o apoio de um gerador de calor.

Se, no entanto, a opção recair num sistema eléctrico, recorde que a potência instalada é, regra geral, bastante inferior à dos sistemas citados anteriormente, pelo que obriga a recorrer à acumulação, que deve ser independente da energia solar, pois as características dos dois sistemas assemelham-se bastante e obrigam ao seu funcionamento simultâneo, sacrificando a prioridade que deve ser dada à energia solar e, por consequência, baixando o rendimento da instalação solar.