AS VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DA ENERGIA SOLAR PARA FAZER A PREPARAÇÃO DA ÁGUA QUENTE
SANITÁRIA:
Passou a ser obrigatório através do Decreto-Lei nº 80/06 de 4 de Abril a instalação de painéis solares
térmicos em todos os edifícios de habitação para preparação de água quente sanitária.
Os equipamentos convencionais mais utilizados no aquecimento de água sanitária no sector doméstico
são as caldeiras murais a gás natural, as caldeiras a gasóleo, e os esquentadores a gás natural.
A preparação de água quente sanitária consome cerca de 60% do consumo de energia no sector
doméstico.
A utilização de um sistema solar térmico para aquecimento das águas saniárias no sector residencial
permite uma redução importante da factura energética (em cerca de 70%), para além de contribuir para
a redução das emissões de CO2 .
A poupança económica, aliada à diversidade de tecnologias existentes no mercado, são os factores
responsáveis para que a energia solar térmica seja uma das formas mais comuns de utilização de energia
renovável para preparação de água sanitária.
Exemplo de poupança energética e económica:
Uma família de quatro pessoas tem um consumo diário de 300 litros de água a 45º C.
O custo anual da preparação de águas sanitárias feito por um esquentador a gás, com um rendimento de
75%, e porr um termoacumulador eléctrico com uma resistência interna de 1,5 kW, partindo da água da
rede a uma temperatura média de 15ºC, são os seguintes:
a) - No caso do esquentador de gás:
Poder Calorífico do butano: = 56,08 MJ/kg
Conteúdo de uma botija de gás: 13 kg. Preço de uma botija: 1 850$00.
Poder Calorífico de uma botija = 729 MJ. Dado que o rendimento do esquentador de gás é 75%,
termicamente serão aproveitados por botija:
Portanto o consumo anual será de 13 748 (MJ/ano)/546,8 (MJ/botija) = 25 botijas/ano = 46 250$00
b) - No caso do termoacumulador eléctrico:
3,6 MJ = 1 kWh
13748 MJ por ano. = X
X = 13748 MJ por ano / 3,6 (MJ/kWh) x 18$20 = 69 503$00/ano
O retorno do investimento no equipamento solar está compreendido entre 6 e 9 anos para os casos de
utilização do gás natural, propano ou butano. Nota-se ainda uma diferença entre a utilização de uma
caldeira mural, cujo rendimento de queima é cerca de 87%, ou um simples esquentador, cujo
rendimento não ultrapassa 50%.
Para quem utilizar a tarifa normal da electricidade para preparar AQS em
termoacumuladores eléctricos, sem beneficiar de forma inteligente da tarifa bi-horária, a utilização
de colectores solares é ainda mais interessante.
A Radiação Solar que incide numa dada superfície tem 3 componentes:
1.
2.
3.
Radiação directa – chega à superfície da Terra vinda directamente do Sol (representa cerca de
70% do total da radiação)
Radiação difusa – a que sofre a difracção provocada pelas nuvens e poeiras em suspensão
(representa cerca de 28% do total da radiação)
Radiação reflectida – é a que chega à superfície da Terra por ser reflectida por uma outra
superfície (representa cerca de 2% do total da radiação)
Assim, mesmo em dias nublados, há cerca de 30% de radiação solardisponível.
A quantidade de Energia Solar que chega à Terra durante uma hora é igual à energia consumida durante
um ano por toda a humanidade!!!
OS COLECTORES SOLARES (OU PAINÉIS SOLARES)
Os colectores solares utilizam-se para converter os raios solares (radiação), em energia térmica.
O colector solar mais simples e também mais utilizado é o colector de placa absorvedora plana. A
cobertura (em vidro ou policarbonato) tem duas funções.
1.
2.
Serve de protecção à superfície absorvedora, às tubagens e ao isolamento térmico. O vidro
conjuntamente com a caixa, deve assegurar que o colector solar seja estanque ao ar e à água.
Permite melhorar o rendimento do colector, quer pela criação do efeito de estufa, quer pela
redução das perdas por convecção (o absorvedor não está em contacto directo com o ar
exterior).
O absorvedor do colector solar capta a radiação solar com um comprimento de onda relativamente ao
qual a cobertura é transparente, a superfície absorvedora aquece e emite radiação de maior
comprimento de onda, para o qual a cobertura é opaca, não deixando assim que aquela se escape para o
exterior(é o chamado “efeito de estufa”).
O calor resultante do aquecimento da placa absorvedora é transferido para um fluido que circula nas
tubagens.
No sector doméstico, a água quente é utilizada na higiene pessoal, em duches e banhos de imersão, na
lavagem de louça e da roupa. Em média uma pessoa gasta entre 50 a 75 litros de água quente por dia.
Nos dias de fraca insolação, pode ser necessário recorrer a uma forma de energia convencional de
apoio a qual deve ser assegurada de forma a garantir a prioridade ao Sol.
Para o efeito pode-se à recorrer a:
1.
2.
3.
4.
A uma bomba de calor ligada em série com os painéis solares.
A um gerador eólico urbano (de eixo vertical) ligado em série com os painéis solares.
A uma caldeira a biomassa.
A uma resistência eléctrica.
O recurso a caldeiras que queimam combustíveis fósseis, retira o carácter ecológico "verde" à energia
renovável.
Independentemente da sua dimensão, os componentes básicos de um sistema solar para aquecimento de
águas são os seguintes:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Colector, Absorvedor ou Captador - Um ou mais colectores, que transformam a radiação solar
incidente em energia térmica, mediante aquecimento do fluido de transferência de calor que
nele(s) circula.
Acumulador – Um depósito que acumula a água quente até que esta seja necessária para
consumo.
Permutador – Efectua a transferência da energia térmica captada pelos colectores (circuito
primário) para a água quente de consumo.
Circuito hidráulico – Tubagens, bombas, válvulas, etc.
Regulação e controlo – Elementos mecânicos e electromecânicos que asseguram o correcto
funcionamento da instalação.
Apoio energético – Para fazer face a períodos de menor insolação ou sem Sol.
Os sistemas solares activos:
Para o aproveitamento térmico a Média e Baixa temperatura, utilizam-se fundamentalmente dois tipos
de sistemas, os Tubos de Vácuo e Colectores Planos, tendo estes últimos um rendimento inferior aos
primeiros.
Os colectores de Tubos de Vácuo consistem geralmente em tubos de vidro transparente (tubo de vácuo)
cujo interior contêm tubos metálicos (absorvedores). O calor captado por cada elemento é transferido
para o absorvedor, geralmente de cobre, que está dentro do tubo. Desta maneira, o fluido térmico
aquece e o vácuo reduz as perdas térmicas para o exterior.
No seu interior, a pressão do ar é muito reduzida, impedindo a transferência de calor por convecção. Na
fase de montagem, o ar entre o absorvedor e o tubo é aspirado assegurando-se uma hermeticidade
perfeita e duradoira.
Nos sistemas de "termo-sifão" a água aquecida pelo Sol circula naturalmente no colector devido á "força"
provocada pela variação da diferença de densidade da água com a temperatura. A água quente torna-se
menos densa e naturalmente sobe , “empurrando” a água mais fria (mais densa) que se encontra no
interior do depósito termoacumulador. Quanto maior for a temperatura da água menos densa ela se
torna forçando mais a circulação natural entre o colector e o depósito termoacumulador. Esta "força"
denomina-se termo-sifão.
Estes sistemas são compostos pelo colector solar, depósito acumulador, purgador, vaso de expansão e
outros pequenos acessórios.
No interior dos colectores solares existem dois circuitos hidráulicos, um primário e um secundário,
ambos em circuito fechado. No circuito primário circula um fluido térmico, (constituído por uma mistura
de água com uma determinada percentagem de aditivos anti-congelantes e anti-corrosivos) o qual não
se pode misturar com o circuito secundário por onde circula a água de consumo.
A permuta térmica do circuito primário para o circuito da água sanitária (secundário) é feita através do
permutador de calor de camisa dupla do depósito termoacumulador.
Para que o “termo-sifão” funcione o depósito termoacumulador tem que estar colocado acima dos
colectores. Estes sistemas não necessitam portanto de electrobomba nem de sistema de controlo
tornando-se por isso mais baratos.
Os sistemas com circulação forçada:
Nas situações em que não é viável a colocação do depósito acima da parte superior dos colectores o
depósito termoacumulador é colocado no interior da habitação num nível inferior ao dos painéis solares.
São necessárias electrobombas para movimentar o fluido térmico.
Estes sistemas são compostos pelo colector solar, depósito acumulador, bomba, controlo diferencial,
purgador, vaso de expansão e outros pequenos acessórios.
OS CONCENTRADORES PARABÓLICOS COMPOSTOS
Os Concentradores Parabólicos Compostos, abreviadamente designados por CPC são colectores solares
com maior rendimento do que os colectores planos convencionais devido ao seu maior ângulo de
aceitação.
A diferença fundamental relativamente a um colector plano convencional é a geometria do absorvedor.
Nos colectores planos convencionais existe uma superfície plana à qual estão soldados os tubos. No caso
dos C.P.C. a área absorvedora é constituída por duas alhetas unidas a um tubo e colocadas em cima de
uma superfície reflectora.
O Sol incide na parte superior das alhetas e na superfície parabólica reflectora. Os raios são reflectidos
e acabam por incidir na parte inferior das alhetas ou directamente no tubo, contribuindo a aquecer
ainda mais o fluido térmico de transporte.A radiação solar é absorvida na placa negra (absorvedor) a
qual tem uma área igual à do vidro que a cobre.
A superfície reflectora deve ser muito bem estudada, de modo a tornar os C.P.C., que têm um custo
superior aos colectores planos, com uma eficiência energética superior.
Define-se concentração solar como sendo a razão entre a área de vidro e a área do absorvedor.
As perdas térmicas num colector são proporcionais à área do absorvedor. Concentrar a radiação solar permite
trabalhar com um absorvedor de menor área, para uma mesma área de vidro, aumentando assim a concentração
solar.
O aumento da concentração solar faz com que haja menos perdas térmicas no colector, conseguindo-se temperaturas
da água mais elevadas.