Coletores Solares: Diferentes Tipos e Campos de Aplicação

Coletores solares   Transformar a radiação solar em calor e transferir esse calor para um meio (água, fluido solar ou ar). Em seguida, o calor solar pode ser usado para aquecer água, para fazer backup de sistemas de aquecimento ou para aquecer piscinas.

O uso do calor solar

O coração de um coletor solar é o absorvedor, que é composto geralmente de diversas tiras de metal estreitas. O fluido transportador para a transferência de calor flui através de um tubo transportador de calor, o qual está ligado à tira absorvedora. Em absorventes de tipo placa, duas folhas são colocadas juntas, permitindo que o meio flua entre as duas folhas. Os absorventes são tipicamente feitos de cobre ou alumínio.

Os absorventes de piscina , por outro lado, são geralmente feitos de plástico (principalmente EPDM, mas também de polipropileno e polietileno), uma vez que as temperaturas mais baixas envolvidas não requerem maior capacidade de calor.

Aquecimento e armazenamento estão unidos em um   Coletor do reservatório.   Arrays de coletores de reservatório não precisam de bombas de circulação ou mecanismos de regulação, como a água potável é aquecida e armazenada no coletor.

Superfícies de absorção altamente eficientes

Absorbers são geralmente preto, como superfícies escuras demonstrar um grau particularmente elevado de absorção de luz. O nível de absorção indica a quantidade de radiação solar de onda curta que está sendo absorvida, o que significa que não está sendo refletida. À medida que o absorvedor aquece até uma temperatura superior à temperatura ambiente, liberta uma grande parte da energia solar acumulada na forma de raios de calor de ondas longas. A relação entre a energia absorvida e o calor emitido é indicada pelo grau de emissão.

A fim de reduzir a perda de energia através da emissão de calor, os absorvedores mais   Revestimento de superfície seletivo . Este revestimento permite a conversão de uma elevada proporção da radiação solar em calor, reduzindo simultaneamente a emissão de calor.

Os revestimentos habituais proporcionam um grau de absorção superior a 90%. As tintas solares que podem ser aplicadas mecanicamente aos absorventes (com escovas ou pulverizadores) são menos ou não selectivas, uma vez que têm um elevado nível de emissão. Os revestimentos seletivos aplicados galvanicamente incluem cromo preto, níquel preto e óxido de alumínio com níquel. Relativamente nova é uma camada de óxido de nitreto de titânio, que é aplicada através de vapor num processo a vácuo. Este tipo de revestimento se destaca não só por causa de suas baixas taxas de emissão, mas também porque sua produção é livre de emissões e eficiente de energia.

Coletores planos

  • Esboço de um coletor de chapa plana

Um coletor de chapa plana é composto por um absorvente, uma tampa transparente, um quadro e isolamento. Geralmente um vidro de segurança solar pobre em ferro é usado como uma tampa transparente, pois transmite uma grande quantidade do espectro de luz de onda curta.

Simultaneamente, apenas muito pouco do calor emitido pelo absorvente escapa à tampa (efeito de estufa).

Além disso, a tampa transparente impede vento e brisa de transportar o calor coletado de distância (convecção). Juntamente com o quadro, a tampa protege o absorvedor contra condições climáticas adversas. Materiais de quadro típicos incluem alumínio e aço galvanizado; Às vezes é usado plástico reforçado com fibra de vidro.

O isolamento na parte traseira do absorvente e nas paredes laterais diminui a perda de calor através da condução. Isolamento é geralmente de espuma de poliuretano ou lã mineral, embora às vezes materiais de isolamento de fibra mineral como lã de vidro, lã de rocha, fibra de vidro ou fibra de vidro são usados.

Os colectores planos demonstram uma boa relação preço / desempenho, bem como uma ampla gama de possibilidades de montagem (no telhado, no próprio telhado, ou não).

A fim de reduzir a perda de calor dentro do quadro por convecção, o ar pode ser bombeado para fora dos tubos coletores. Tais coletores podem então ser chamados coletores de tubo evacuado. Eles devem ser re-evacuados uma vez a cada um a três anos.

Colectores de tubo de vácuo

  • Esboço de um coletor de heat pipe

Neste tipo de colector de vácuo, a tira absorvedora está localizada num tubo de vidro evacuado e à prova de pressão. O fluido de transferência de calor flui através do absorvente directamente num tubo em U ou em contracorrente num sistema tubo-em-tubo. Vários tubos individuais, interligados em série, ou tubos ligados entre si através do colector, constituem o colector solar. Um coletor de tubo de calor incorpora um fluido especial que começa a vaporizar mesmo a baixas temperaturas. O vapor aumenta nos tubos de aquecimento individuais e aquece o fluido transportador no tubo principal por meio de um permutador de calor. O líquido condensado então flui de volta para a base do tubo de calor.

Os tubos devem ser angulados em um grau específico acima da horizontal para que o processo de vaporização e condensação funciona. Existem dois tipos de conexão de coletor para o sistema de circulação solar. Ou o permutador de calor estende-se directamente para o colector ("ligação húmida") ou é ligado ao colector por um material condutor de calor ("ligação seca"). Uma "conexão seca" permite trocar tubos individuais sem esvaziar todo o sistema de seu fluido. Os tubos de evacuação oferecem a vantagem de que funcionam eficientemente com altas temperaturas de absorção e com baixa radiação. Temperaturas mais elevadas também podem ser obtidas para aplicações tais como aquecimento de água quente, produção de vapor e ar condicionado.

Quanta energia um coletor solar fornece?

  • Gráfico de faixas de eficiência e temperatura de vários tipos de coletores (radiação: 1000 W / m²)

A eficiência de um coletor solar é definida como o quociente de energia térmica utilizável versus energia solar recebida. Além da perda térmica há alwas é perda ótica também. O factor de conversão ou eficiência óptica h0 indica a percentagem de raios solares que penetram na cobertura transparente do colector (transmissão) e a percentagem a absorver. Basicamente, é o produto da taxa de transmissão da cobertura e da taxa de absorção do absorvedor.

Os custos específicos dos coletores também são importantes. Os colectores de tubos de vácuo são substancialmente mais caros (em 511,29 - 1278,23 Euro / m² de superfície de colector) do que os coletores de chapa plana (153,34 a 613,55 Euro / m²) ou mesmo absorvedores plásticos (25,60 a 102 , 26 euros / m²). No entanto, um bom colecionador não garante um bom sistema solar. Em vez disso, todos os componentes devem ser de alta qualidade e capacidade e resistência similares.

Texto e gráficos com permissão do:  
Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie eV - Sociedade Alemã de Energia Solar.

Explicações concisas e compreensíveis dos conceitos básicos em aquecimento solar e fotovoltaica podem ser encontradas no nosso Solar-Lexicon.

Relatórios sobre tecnologia, negócios e política, bem como apresentações sobre sistemas e produtos inovadores podem ser encontrados no Solar Magazine