Vantagens da Instalação de Painéis Solares de Tubos de Vácuo
Porquê usar o sol como fonte de energia?
O recurso solar é uma fonte energética inesgotável, abundante em todo o planeta e
principalmente no nosso país. Portugal é o país da Europa com mais tempo de
exposição solar. A média anual é aproximadamente 8 horas dia com recepção superior a
1200W/m2.
A energia solar diária que chega a Portugal é em média 430.000 GWH o que representa
aproximadamente a energia que o país gasta em 1000 dias.
Qual o papel dos colectores solares de vácuo?
Os colectores solares de vácuo tiveram um grande desenvolvimento nos últimos anos, e
hoje em dia, são o sistema de aquecimento de águas mais rentável do mercado.
Estes captam a energia solar através de tubos de vácuo com a finalidade de aquecer
águas sanitárias, aquecimento ambiente e aquecimento de piscinas.
Os colectores solares de vácuo são compostos de uma série de tubos modulares,
montados paralelamente, por onde circula a água glicolada. Este número pode variar
conforme as necessidades de consumo de água quente.
Devido à situação geográfica de Portugal, um metro quadrado de tubos de vácuo produz
acima de 800W/h de energia. Quer isto dizer que a energia solar que chega à terra é
aproveitada numa grande percentagem.
Devido à forma cilíndrica do tubo de vácuo, o sol incide sempre sobre ele
perpendicularmente, o que reduz a reflexão e maximiza a quantidade total de radiação
solar a que os colectores estão expostos durante o dia.
O vácuo do tubo reduz as perdas de calor condutivas e convectivas no seu interior. Os
tubos são capazes de absorver a energia dos raios infravermelhos e ultravioleta que
podem passar através das nuvens.
A existência desse espaço em vácuo no tubo possibilita uma captação constante de
energia mesmo com temperaturas negativas só sendo necessário a existência de luz
solar. O vento e as baixas temperaturas têm o mínimo efeito na eficiência dos painéis de
tubos de vácuo.
Os sistemas tubos de vácuo são de montagem fácil e com grande capacidade de
captação da radiação solar.
Os Tubos de Vácuo
Institutos de investigação da Alemanha e
Inglaterra inventaram e experimentaram
tubos de vácuo no aproveitamento da
energia solar. Esta tecnologia é agora muito
aceite em todo o mundo e está a ser
utilizada há vários anos em países como
Alemanha, Inglaterra, Canadá e China.
O componente chave deste sistema solar
são os tubos de vácuo de alta tecnologia.
Estes, além de absorverem a radiação solar
directa, também absorvem o calor do meio
ambiente e a radiação solar difusa (céu
nublado).
Cada tubo de vácuo consiste em dois tubos
de vidro. O tubo exterior é feito de
borosilicato transparente de alta resistência
capaz de suster o impacto de granizos com
2,5cm de diâmetro. O tubo interior, também feito de borosilicato, está coberto com
nitrato de alumínio, material com uma excelente absorção de calor.
Durante o processo de fabrico do tubo, o ar entre os dois tubos de vidro é extraído para
formar o vácuo, o que elimina perdas de calor por condução. Para manter este vácuo é
utilizado bário a altas temperaturas para cobrir o fundo dos tubos, que solidifica numa
capa prateada. A capa de bário também serve de indicador visual: se o tubo perder o
vácuo, a capa prateada de bário adquire a cor branca. Isto ajuda a determinar se o tubo
está a funcionar eficientemente.
Técnica dos Tubos de Vácuo
O modo de aquecer água usando energia solar é
através de colectores que são colocados no
telhado de edifícios ou em paredes viradas para o
sol. Noutros casos, o colector pode ser montado
no solo, desde que nele incidam directamente os
raios solares.
O sistema solar de vácuo baseia-se no princípio
de concentração. Requer uma superfície
reflectora curva, onde recebe a radiação. Por
efeito desta curva os raios são projectados para a
parte central do tubo onde se concentram e
alcançam uma temperatura elevada. Essa
temperatura é transmitida para a parte superior.
do colector para posterior aproveitamento.
Esta transmissão pode ser efectuada por dois processos:
•
Fluxo directo
O tubo de vácuo absorve os raios solares e transforma-os em energia térmica,
aquecendo a água que se encontra dentro deles. O aumento da temperatura torna a água
ligeiramente menos densa, e então, esta ascende para o tanque. Consequentemente, a
água a uma temperatura inferior desce até aos tubos de vácuo.
Ao manter-se este ciclo natural de aquecimento, a água no depósito é progressivamente
aquecida.
•
Com tubo de calor (heat-pipe)
- Circulação de fluido
Funciona com um fluido facilmente evaporável
armazenado no interior do tubo e que actua como
transportador do calor.
Este fluido evapora-se por efeito da radiação solar
e sobe até a parte superior do tubo, que se
encontra a uma temperatura inferior. Aí, cede a
sua energia térmica à agua e condensa, voltando
ao estado líquido e cai por acção da gravidade na
parte inferior do tubo. Ao receber mais radiação,
volta a evaporar e começa um novo ciclo. O ciclo
de evaporação condensação tem lugar enquanto
não se alcança a temperatura crítica do fluido
vaporizante, evitando os riscos de um aumento
incontrolado da temperatura no interior dos tubos.
- Tubo condutor
O transporte do calor é efectuado para a parte superior, através de um
metal super condutor.
- Alhetas
Para um melhor aproveitamento da energia, ao tubo condutor são
acrescidas alhetas de modo a uma melhor captação e transmissão da
energia produzida. Estes sistemas são considerados os de super
condução.
Aquecimento Águas Quentes Sanitárias
Os colectores solares de vácuo têm um alto rendimento e baixos custos de manutenção,
o que origina que seja o sistema de aquecimento de águas mais rentável do mercado.
O aquecimento de águas pode-se efectuar por dois processos:
Sistema de Termossifão
Neste sistema a circulação da água faz-se por efeito de
termossifão. Este efeito resulta da diferente densidade
da água quente que é aquecida por radiação solar e a
água fria que entra no depósito vinda da rede. Para que
este efeito resulte é necessário que exista uma
determinada inclinação no painel e que o depósito esteja
colocado na parte superior.
Os sistemas de termossifão não necessitam de bombas
de circulação nem controladores sendo por essa razão mais económicos.
Sistema de circulação forçada
Neste sistema o depósito acumulador é instalado separadamente dos painéis solares. O
depósito é colocado verticalmente, resultando uma melhor estratificação dos níveis de
temperatura e num maior aproveitamento da energia solar. Sendo o depósito colocado
num local resguardado, onde as perdas térmicas são mínimas. Outra vantagem deste
sistema diz respeito à estética já que o acumulador não precisa de ser colocado em local
visível.
Aquecimento Ambiente por Energia Solar
Na maioria dos casos combina-se o sistema solar para aquecimento central com o
sistema de aquecimento tradicional, tendo como objectivo aproveitar ao máximo a
energia solar disponível.
A energia acumulada é utilizada quando necessário no aquecimento da habitação quer
através de piso radiante, de radiadores ou de ventiloconvectores.
No sistema solar a energia aquece a água de um acumulador que terá prioridade no
aquecimento da habitação.
A casa pode ser aquecida pela combinação de dois ou mais sistemas.
Convém combinar o aquecimento solar com piso radiante dado este sistema se torna
mais económico devido a ter de utilizar temperaturas inferiores comparativamente com
os outros sistemas.
Através de uma combinação eficiente dos sistemas de climatização é possível garantir
um bem-estar com um consumo energético mínimo.
Aquecimento de Piscinas
O aquecimento de piscinas é uma aplicação ideal para o uso de
painéis solares tubos de vácuo, uma vez que a temperatura
requerida é bastante baixa: menos de 30ºC.
Em comparação com os painéis solares planos, os painéis de
tubos
de
vácuo
possuem
várias
vantagens:
Para aquecer uma piscina com painéis planos é necessário uma
área com cerca de 50% da área da piscina.
Com os colectores de tubos de vácuo essa área é reduzida para cerca de 25%.Uma
instalação em tubos de vácuo tornasse assim também mais económica e de maior
rapidez de amortização relativamente ao investimento.
Devido à alta eficiência dos colectores de tubos de vácuo, mesmo nos meses mais frios,
o aquecimento da piscina será em grande parte garantido.
A utilização de painéis tubos de vácuo no aquecimento de piscinas de uso doméstico em
complemento do aquecimento da habitação torna altamente rentáveis estes sistemas
pois poderão trabalhar os doze meses do ano.
Em piscinas cobertas de utilização anual conseguimos que o retorno do investimento se
faço num muito curto espaço de tempo. Depois de decorrido esse tempo vamos usufruir
dessa energia de uma maneira grátis e sem emissões de gases poluentes.
Aquecimento Industrial
A capacidade de ligar colectores solares de tubos de vácuo em série torna este sistema
ideal para a indústria, onde a necessidade de águas quentes é bastante elevada.
As temperaturas de água exigidas por algumas indústrias tornam os painéis tubos de
vácuo a ferramenta ideal para estar à altura dessa demanda. Os ganhos económicos e
ambientais são elevados.
Instalação de Painéis Solares de Tubos de Vácuo
A instalação de um sistema solar de aquecimento de água através de tubos de vácuo é
um investimento que tem um retorno económico a curto prazo e que irá poupar dinheiro
e energia ao longo de muitos anos.
Estes sistemas de aquecimento minimizam os efeitos ambientais associados ao consumo
exigido pela vida actual.
O retorno do investimento num sistema de tubos de vácuo é em alguns casos é inferior
a dois anos.
São ideais para lugares frios onde existe uma grande diferença entre a temperatura
ambiente e a do colector.
A tecnologia dos tubos de vácuo garante não só a absorção da energia solar directa, mas
também da radiante. Como o coeficiente das perdas de radiação é reduzido torna-os
bons para o aproveitamento da radiação solar difusa. Trabalham bem em dias frios
durante todas as horas do dia e em dias parcialmente nublados.
A sua instalação é rápida e o seu alinhamento com o sol é fácil. Mesmo com fraca
radiação solar o sistema começa a funcionar prontamente.
Não requer manutenção técnica, apenas os tubos deverão ser limpos de vez em quando
para não acumularem demasiadas impurezas o que os tornaria menos eficientes.
No caso de partir algum tubo de vidro é fácil a substituição e o sistema continua a
funcionar.
Permitem elevadas poupanças porque utilizam um recurso gratuito: o sol.
Durabilidade: O tempo médio de vida de um tubo de vácuo sujeito às condições de
funcionamento normais é superior a quinze anos.
A utilização deste tipo de fontes de energia reduz o recurso a sistemas de aquecimento
convencionais, e consequentemente reduz os níveis de poluição.
Utiliza-se todo o ano pois tem uma grande resistência quer a temperaturas negativas
quer a temperaturas positivas elevadas.
Comparação entre painéis solares planos e de tubos de vácuo
O gráfico à esquerda mostra-nos a comparação entre um colector de tubos de vácuo (a
vermelho) com um painel plano (a azul). Quando o sol brilha mais intensamente (ao
princípio da tarde), ambos os colectores são bastante eficientes a absorver o calor
proveniente do sol e a transferi-lo para a água. Mas noutras alturas do dia, nas quais o
sol já não incide directamente nos painéis, o colector solar de tubos de vácuo tem uma
muito melhor performance que o painel plano.
Os tubos de vácuo isolam o fluído contido nele (ou o “heat-pipe”), prevenindo perdas de
calor por condução, e assim aumenta a eficiência do colector. O gráfico abaixo mostra
como os tubos de vácuo funcionam bem em dias frios. A temperatura exterior pode ser
muito inferior à do interior do tubo, mas mesmo assim o colector é eficaz.
Quanto maior for a sua necessidade de água quente, maior é o rendimento retirado do
uso de colector solares de tubos de vácuo.