Home » BIM e eficiência energética » Energia Solar – Coletor Solar: Fundamentos e Aplicações

Energia Solar – Coletor Solar: Fundamentos e Aplicações

O coletor solar é o principal componente do sistema solar térmico que converte a radiação do sol em calor. Descubra o funcionamento e os tipos

O sistema solar térmico é um sistema que aproveita a energia proveniente do sol para a produção de energia térmica. Como base desse mecanismo está um coletor de luz solar que capta a sua energia em forma de calor e a transfere para um fluido, que por sua vez, o transfere para a água sanitária. O coletor solar é o componente principal de um sistema térmico solar e, assim como outros, deve ser dimensionado de acordo com as necessidades: é necessário um projeto personalizado.

Para essa operação, é necessário utilizar um software de design térmico solar capaz de ajudá-lo na fase de projetação e dimensionamento de um sistema térmico solar de circulação forçada, com um ou dois tanques.

Coletor solar: o que é

O coletor solar é o termo técnico usado para se referir aos painéis solares térmicos. É o componente principal de um sistema térmico solar que permite converter a radiação do sol em energia térmica, que é transferida e armazenada para uso posterior. A água quente produzida dessa forma é usada para fins sanitários ou para o aquecimento de ambientes.

Como funciona um coletor solar?

O coletor solar é composto por um radiador, geralmente feito de materiais com alta condutividade térmica como o cobre. Esse componente é projetado para capturar o calor dos raios do sol e transferi-lo para o reservatório de água.

O funcionamento de um coletor solar pode ser comparado ao que ocorre em uma estufa. Quando os raios solares atingem a superfície de vidro, uma pequena parte é refletida, enquanto o restante passa pelo vidro e é absorvido por uma placa coletora de cor preta.

Essa placa, ao se aquecer, emite energia na forma de radiação infravermelha. Como o vidro age como se fosse opaco em relação à radiação infravermelha, ele retém o calor dentro do painel (efeito estufa), causando o aquecimento do fluido transportador primário. Posteriormente, o líquido se move através de uma serpentina em direção ao reservatório, utilizando 2 tipos de circulação: natural ou forçada.

A principal diferença entre o sistema de circulação forçada e o natural reside no uso ou não de uma bomba de circulação de água que permite que a água percorra a tubulação do coletor para o armazenamento e vice-versa. No sistema de circulação natural, o líquido circula de forma natural, ou seja, sem o uso de eletricidade, enquanto o sistema de circulação forçada utiliza uma bomba de circulação que força o movimento do fluido termoportador.

Diferença entre painel solar térmico e painel fotovoltaico

As diferenças entre o painel solar térmico e o painel solar fotovoltaico são frequentemente motivo de confusão. Os painéis térmicos solares convertem a energia solar em calor para aquecer a água, enquanto os fotovoltaicos utilizam a mesma energia solar para produzir eletricidade.

Outras diferenças importantes entre painéis solares térmicos e painéis fotovoltaicos incluem:

  • material: os painéis fotovoltaicos são compostos principalmete de silício, enquanto os painéis solares térmicos são compostos por metal (alumínio, cobre, aço) e vidro;
  • eficiência: os painéis solares térmicos podem atingir uma eficiência de até 80%, enquanto os painéis fotovoltaicos têm uma eficiência geralmente variável entre 17% e 25%, dependendo do tipo de painel;
  • instalação: enquanto um único painel solar térmico pode ser suficiente para aquecer a água sanitária, os painéis fotovoltaicos requerem uma quantidade maior para obter desempenho equivalente em eletricidade. Ambos requerem orientação para o sul, mas, ao contrário dos painéis fotovoltaicos que precisam de amplo espaço, os solares térmicos são mais flexíveis na colocação.

Coletor solar térmico: tipos

Existem 3 tipos principais de coletores solares:

  • planos;
  • a vácuo;
  • de concentração.

Os primeiros podem ser divididos em 2 categorias adicionais: planos envidraçados e planos abertos.

Coletores planos

Os painéis planos são os mais econômicos e comuns, usados principalmente para a produção de água sanitária quente. São relativamente simples de instalar e não requerem manutenção especial. Eles têm um revestimento superior de vidro, uma estrutura circundante revestida com material isolante e um absorvedor de calor interno que aquece o fluido termoconvetor presente nos tubos de cobre.

Coletor a vácuo

Os coletores a vácuo são considerados coletores de alta eficiência, capazes de funcionar em temperaturas externas muito baixas e com baixa irradiação solar. São também mais caros respeito aos painéis planos e podem atingir altas temperaturas, próximas a 100°C. São compostos por uma série de tubos de vidro, dentro dos quais há um segundo tubo de vidro e no meio um vácuo que atua como isolante e reduz as perdas térmicas. É uma tecnologia confiável, adequada também para integração com um sistema de aquecimento por painéis radiantes.

Coletor de concentração

Os coletores solares de concentração são coletores côncavos projetados para otimizar a concentração da energia solar em um ponto específico. São eficazes apenas com luz solar direta, pois precisam seguir o movimento do sol. Esse tipo de coletor, podendo atingir altas temperaturas como 400-600 °C, é uma escolha lógica para geradores solares ou centrais eletro-solares.

Os principais coletores são 4 e se distinguem pela localização, forma e posição do foco:

  • coletor solar parabólico linear de concentração: tem uma forma parabólica e é montado alinhando os painés entre si. Ao longo do seu centro focal passa um tubo que contém o líquido termoportador que, uma vez aquecido, flui para as turbinas conectadas aos geradores de corrente. Eles são equipados com um sistema automatizado que altera sua orientação para acompanhar a inclinação dos raios solares, dependendo do horário;
  • coletor linear de refletores Fresnel: são posicionados linearmente e são girados de acordo com o sol, apresentam uma forma plana e não parabólica. O ponto focal é então deslocado para cima e o posicionamento do líquido é elevado em relação ao tipo anterior;
  • coletor de refletores parabólicos circulares: são independentes e cada um possui seu próprio receptor que é colocado no centro focal, ponto central da própria parábola;
  • torre de energia solar: são espelhos independentes e caracterizados pela presença de um único ponto focal para todos os painéis. Eles se orientam automaticamente em direção ao receptor, localizado em uma torre, onde há um tanque contendo o líquido termoportador que será aquecido.

Coletor plano envidraçado e plano aberto

Os coletores envidraçados são compostos principalmente por uma cobertura de vidro resistente projetada para suportar condições climáticas adversas, como chuva, vento, granizo e temperaturas frias. Essa cobertura também serve para filtrar os raios solares e criar um efeito estufa que retém o calor. No interior, há uma placa que capta o calor e é isolada na parte inferior e lateralmente contida dentro de um recipiente metálico ou plástico.

A placa coletora pode ser:

  • de superfície não seletiva: o coletor de calor é simplesmente pintado de preto, uma cor que ajuda a captar e reter melhor e por mais tempo os raios solares. Esse tipo de painel é recomendado para residências usadas principalmente durante os curtos períodos de verão;
  • de superfície seletiva: o coletor de calor é aprimorado por uma superfície que permite ao painel reter melhor o calor do sol refletindo os raios infravermelhos que emite, reduzindo ao mesmo tempo a reflexão. Esse tipo é possível graças a uma superfície de vidro que permite a passagem dos raios solares, mas reflete os raios infravermelhos provenientes do coletor. Embora mais caros, esses painéis são muito mais eficientes e permitem o utilizo durante a maior parte do ano.

Os coletores planos abertos (também chamados de não envidraçados) apresentam um revestimento feito de material plástico. São coletores muito econômicos, mas pouco eficientes, adequados apenas para a estação de verão e áreas com alta irradiação solar. Por exemplo, são usados para fornecer água quente sanitária à instalações e acampamentos, ou para aquecer a água de uma piscina descoberta.

termus-plus
termus-plus