Energia Solar
Quais as aplicações da energia solar?
Todas as formas de energia podem converter-se entre si e, portanto, a energia da
radiação solar pode transformar-se, mais ou menos diretamente e com melhor ou pior
rendimento, em calor (energia térmica), e eletricidade (energia elétrica). Por sua vez,
qualquer destas duas formas de energia pode converter-se em movimento (energia
mecânica).
De facto é possível converter diretamente radiação solar em eletricidade através de
processos físicos que ocorrem em determinados materiais (meios condutores). Com
base neste processo, há empresas que comercializam as chamadas células
fotovoltaicas mas o seu rendimento e custo aconselham apenas a sua aplicação onde
a distância à rede elétrica seja suficientemente grande para que a eletricidade obtida
seja mais barata do que a extensão da rede até ao local de utilização. Esta situação
da eletricidade proveniente diretamente das células fotovoltaicas pode verificar-se, por
exemplo, em bombagem de água, iluminação doméstica, conservação frigorífica de
alimentos em locais isolados, iluminação de faróis, alimentação de telefones em
autoestradas, entre outros.
A aplicação da energia solar mais habitual é, no entanto, o aquecimento de água ou
de ar a baixa temperatura (até 60 ou 70 graus centígrados), podendo considerar-se
económica em muitas situações, uma vez que o investimento no sistema solar pode,
por vezes, ser recuperado pela poupança de energia nas formas tradicionais.
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Justifica-se,
economicamente,
a
aplicação
da
Energia
Solar
ao
aquecimento de água ou de ar a baixa temperatura?
O que interessa ao utilizador é saber se o seu gasto inicial na compra do sistema é
pago pelo que vai poupar com a energia que o equipamento lhe fornece.
Pode-se assim dizer que a aplicação é ou não economicamente vantajosa conforme:
- as características do próprio sistema que condicionam o rendimento da conversão,
tais como, a qualidade dos coletores e a boa execução e orientação da instalação;
- a utilização da água ou do ar aquecido, porque dela depende a quantidade de
energia que se poupa.
Este último ponto é muito importante e nem sempre se lhe dá a atenção devida. Basta
pensar que, em idênticas condições de disponibilidade de energia solar, um
equipamento que permita, por exemplo, fornecer a água quente para banhos diários,
tem um determinado custo e permite poupar muito mais energia se for utilizado todos
os dias do ano do que se for aproveitado apenas esporadicamente, como acontece se
estiver instalado numa habitação ocupada só nas férias ou nos fins de semana.
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Como é que a Energia Solar pode ser posta ao seu serviço?
O sol envia-nos energia sob a forma de raios de luz, a que se chama radiação. A
atmosfera filtra grande parte dessa radiação deixando-se atravessar pela porção
restante. Uma parte desta radiação chega ao solo diretamente: é a radiação direta.
Outra parte «embate» nas gotas de vapor de água e poeira existentes na atmosfera
sendo refletida em todas as direções chegando também ao solo mas sem direção
determinada: é a radiação difusa.
A radiação difusa não é de desprezar por duas razões: primeiro, porque nos meses de
Inverno representa cerca de 50 % da energia total que recebemos e, segundo, num
dia encoberto ainda dispomos de uma quantidade significativa de energia graças a ela.
Podemos afirmar que o nosso país é favorecido pelo sol!
De facto, recebemos cerca de 70 a 80 % da radiação recolhida nas zonas mais
quentes do mundo e cerca de 2 vezes a radiação em países como a Inglaterra e a
Alemanha.
Portugal apresenta valores de insolação tão elevados que permitem pensar
seriamente no seu aproveitamento, pois colocam à nossa disposição anualmente uma
energia entre 1500 a 1900 KWh por metro quadrado.
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Mas como aproveitar esta energia?
Utilizar a energia solar pode ser algo muito simples. Por exemplo, já reparou que num
dia de muito sol, uma mangueira no jardim aquece a água contida no seu interior?
Quanto mais lentamente a água circular e quanto mais comprida for a mangueira mais
quente sairá a água.
Interessante?
Sabia que nas zonas soalheiras da Austrália algumas pessoas colocam uma
mangueira espalhada nas traseiras, a partir da janela da cozinha e regressando ao
lava-louças. É quanto basta para aquecer a água que se utiliza na cozinha!
Todos nós sabemos o que é entrar num carro fechado num dia de sol. O calor chega a
ser insuportável e o contacto com qualquer parte do carro (por exemplo tocar no
volante) quase queima.
Este fenómeno é explicado pelo Efeito de Estufa. O Efeito de Estufa é o resultado de
uma propriedade do vidro e de alguns tipos de plástico. Quando os raios solares
atingem um vidro, atravessam-no quase integralmente sendo absorvidos pelos objetos
que deste modo aquecem. Estes, por sua vez, também emitem outro tipo de raios, os
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raios infravermelhos. Acontece agora uma coisa engraçada! O vidro que era
transparente aos raios solares (não os deixa passar), é opaco aos infravermelhos
emitidos pelos objetos.
O vidro vai absorver os raios emitidos pelos objetos, aquecer e irradiar ele próprio por
toda a sua superfície; tanto para uma face como para a outra. Os objetos receberão
portanto, a radiação solar e ainda metade da radiação do vidro.
E se a mangueira passasse dentro do carro, junto ao tablier?
Pode parecer estranho, mas basicamente é assim que funciona um coletor solar!
Com alguns aperfeiçoamentos, é claro!
Um coletor solar plano é basicamente uma chapa preta de metal com tubos soldados
ou canais dentro da própria placa. É constituído por:
- Uma superfície absorvente (que é a placa);
- Uma cobertura transparente;
- Isolamento térmico lateral e posterior;
- A caixa.
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Como funciona?
Grande parte da radiação solar que atinge a cobertura transparente é transmitida para
o interior do coletor (há sempre uma pequena parte que a cobertura reflete e que
absorve) e incide na placa. Esta transforma os raios solares (e os raios suplementares
provocados pelo efeito de estufa) em calor que é conduzido (pelo próprio material da
placa) até aos tubos com água. A água, ao circular, vai então transferir o calor até ao
termoacumulador.
Superfície absorvente
Geralmente é em cobre, embora o ferro, aço e alumínio também sejam utilizados
depois de tratados. É pintada de preto, pois as cores escuras absorvem mais calor que
as cores claras. Os tubos devem estar bem soldados à superfície de modo a facilitar a
transferência de calor da placa para a água.
Há um tipo especial de superfície absorvente chamada superfície seletiva que é boa
absorsora dos raios solares e má emissora dos seus próprios raios. Naturalmente que
os coletores que possuem este tipo de superfície são mais caros.
Contudo, as vantagens em termos de redução de área de coletores necessária e de
durabilidade são geralmente compensatórias.
Cobertura transparente
Utiliza-se fundamentalmente por duas razões: para produzir o efeito de estufa e para
evitar que o ar exterior arrefeça a superfície absorvente. Geralmente é em vidro, sendo
necessário incluir juntas de dilatação na sua fixação à caixa.
Isolamento térmico
A sua função é reduzir o mais possível as fugas de calor pelo fundo e lados da caixa.
O material mais aconselhado é a lã de vidro por ser económico, excelente isolador e
resistente a mais de 100º C.
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Caixa
A caixa serve para acolher todos estes elementos. Contudo, deve ser estanque ao pó
e à água. A condensação junto à cobertura deve ser evitada uma vez que diminui o
rendimento do coletor.
Como instalar o coletor?
O coletor capta mais energia quando está perpendicular aos raios solares. A
inclinação dos raios varia durante o dia e com as estações do ano ( o sol está mais
baixo no inverno e mais alto no verão).Como os coletores serão fixos (um dispositivo
para seguir o sol é caro), devemos orientá-los para sul para aproveitar ao máximo os
raios durante o dia. No entanto, variações de 30º para este ou para oeste são
aceitáveis. Virados a norte é que não!
Por outro lado, devem inclinar-se os coletores tendo em conta o período da sua
utilização. No caso do aquecimento de águas domésticas verifica-se que a energia
solar é excedentária no verão e deficitária no inverno. Assim, é de todo o interesse
escolher, quando for possível, uma inclinação mais favorável à captação de inverno
embora diminuindo ligeiramente a captação durante o verão. Para tal, é utilizada
geralmente a seguinte regra: o ângulo de inclinação dos coletores excede a latitude
em 10 a 15 graus.
Também é importante que o local escolhido para os coletores não esteja sujeito a
sombras, que podem ser provocadas por árvores ou edifícios. Finalmente, do ponto de
vista estético, convém que a disposição dos coletores não seja visualmente
desagradável.
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Pode a energia solar preencher a totalidade das necessidades de água
quente?
A resposta é negativa. De facto, não se pode contar com a energia do sol durante
todos os dias do ano, havendo que prever o recurso a uma outra forma de energia
convencional, a qual se designa por energia de apoio, não dependente de
incontroláveis condições meteorológicas. Aliás, as necessidades de energia para
aquecimento de água são, em termos globais, maiores precisamente quando a
disponibilidade de energia solar é menor (banhos mais quentes no inverno).
Neste momento, certamente que não se deixaria confundir com slogans do género «A
energia solar pode satisfazer todas as suas necessidades de água quente». Sem
dúvida que pode, mas seria necessário um sistema sobredimensionado e
antieconómico. Agora veja a seguinte situação: o sistema solar aqueceu água até 32º
C, mas pretende tomar um duche, para o qual a água deve estar a 40º C. Que
sistema, e de que modo, fará este aquecimento suplementar?
A resposta a esta questão é algo complexa e delicada, devendo cada caso ser
analisado isoladamente. No entanto, os conselhos que se seguem poderão ser
bastante úteis.
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- - Se no seu caso já existe um sistema convencional de aquecimento de água, o
melhor será estudar como adaptá-lo ao sistema solar, pois poderá poupar bastante
utilizando o que já tem disponível.
- - Em termos de eficiência, um sistema em que há um depósito de água quente
«solar» que pré-aquece a água e em seguida existe outro depósito que fará o
aquecimento suplementar, será o melhor (embora mais caro). É importante, de
resto, encarar sempre o sistema solar como pré-aquecedor de água. Mas é
precisamente este pré-aquecimento que poupa dinheiro.
- - No caso do apoio energético complementar estar incorporado no depósito solar
(por exemplo, uma resistência elétrica) o depósito deverá ser vertical e o apoio
energético deve situar-se tanto quanto possível no topo do depósito.
Que cuidados se devem ter na rede de distribuição de água quente de
origem solar?
Como a distribuição é feita através da rede normal de água quente os cuidados a ter
são os mesmos que em princípio se devem observar em qualquer tipo de instalação,
nomeadamente:
- Tubagem em material que assegure a maior durabilidade (por exemplo, instalação
de canalização em cobre)
- Isolamentos que garantam um mínimo de perda de calor através das paredes da
tubagem (recomenda-se cerca de dois centímetros em lã de vidro ou o equivalente
noutro material isolante).
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É aconselhável alterar os hábitos de consumo de água quente depois de
adquirir uma instalação solar?
Deve realmente haver uma preocupação constante de racionalização do consumo de
água quente por forma a aumentar as economias de energia que, como se disse, são
decisivas para a rentabilidade do investimento.
Convém não esquecer que cada instalação é dimensionada, à partida, para um
consumo médio previsto (normalmente de 50 litros por pessoa e por dia, considerando
apenas os banhos, embora tal quantidade possa ser alterada consoante as outras
utilizações desejadas) e, portanto, se esse consumo for excedido, baixa a
percentagem de energia solar (fração solar) que satisfaz esse consumo, obrigando a
aumentar a contribuição da energia de apoio.
Durante a noite ocorrem normalmente perdas da energia armazenada no depósito
(maiores ou menores consoante o seu isolamento) havendo vantagem em utilizar a
água quente no fim do dia por forma a maximizar o aproveitamento da instalação.
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Depois de adquirida a instalação solar, quais os principais problemas que
podem surgir e, se possível, como evitá-los?
Os problemas mais frequentes numa instalação provêm da dilatação, da ebulição e do
congelamento do fluido de circulação. Qualquer deles pode ser evitado.
A dilatação do fluido é uma consequência natural do seu aquecimento, podendo daí
resultar uma pressão excessiva sobre as paredes das tubagens. Para o impedir deve
ser previsto no circuito de escoamento do fluido um vaso de expansão, consistindo,
basicamente, na comunicação entre a tubagem e um recipiente em contacto com a
atmosfera, que absorva esse excesso de pressão.
Num caso extremo de aquecimento do fluido devido, por exemplo, à não utilização do
sistema solar (como acontece em casas não habitadas durante o verão), há o perigo
de a água atingir o ponto de ebulição. Mas é possível evitar esta situação cobrindo os
coletores durante o período de não utilização.
Esta vaporização de água pode verificar-se por sobreaquecimento, sendo por isso
conveniente prever a inclusão no sistema, de purgadores de vapor de água, na parte
mais elevada do circuito. Uma alternativa consiste em utilizar no circuito, como fluido
circulante, em vez de água, um fluido orgânico cuja ebulição ocorra a temperaturas
mais elevadas do que as previstas para uma instalação solar.
Finalmente, pode ainda acontecer que, para temperaturas ambiente muito frias, o
fluido de circulação congele e o seu volume aumente, a ponto de destruir a tubagem.
Em regiões onde este problema possa surgir há que prever na instalação processos
de o eliminar, nomeadamente o esvaziamento automático da tubagem comandado por
um termostato, a ligação de uma resistência aos coletores, ou ainda, a adoção de um
fluido com baixo ponto de congelação.
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Como escolher entre os equipamentos que estão à venda no mercado?
Trata-se de uma opção que não é basicamente diferente da que se toma ao comprar,
por exemplo, uma antena de televisão ou um esquentador. Encontram-se algumas
marcas no mercado, e inúmeros instaladores, não se conhecendo regras infalíveis
para garantir qual a melhor compra.
Apenas no que se refere ao coletor, é possível aferir o seu comportamento pela sua
reta de rendimento, dependente dos materiais com que é fabricado, mas essa
informação técnica, mesmo que correta, não é de fácil apreensão por parte da
generalidade dos consumidores.
Assim, é preferível basear qualquer decisão de compra em informações colhidas sobre
equipamento já instalado, e adotar um conjunto de procedimentos que diminuam o
risco de adquirir uma instalação que não corresponda ao que dela se espera.
Em primeiro lugar, convém pedir propostas, compará-las e fazer todas as perguntas
julgadas necessárias para esclarecer os pontos significativamente diferentes em cada
uma delas, quer quanto à solução técnica (incluindo a dimensão) quer aos custos de
equipamento e de instalação. Qualquer dos fornecedores e instaladores deve dar
referências de instalações por eles equipadas ou instaladas, que permitam inquirir
junto dos respetivos utilizadores quais as vantagens e os problemas detetados nas
suas instalações.
Caso haja informações equivalentes sobre o comportamento de mais de uma
instalação, o preço, incluindo o custo de manutenção, deve ser considerado como
critério decisivo e, se os preços forem da mesma ordem de grandeza, deverá optar-se
pela proposta que ofereça maiores períodos de garantia.
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O que ganha com a compra de um sistema de aquecimento de água por
energia solar?
Todos os meses recebe em sua casa uma fatura relativa aos seus gastos em
eletricidade. Se aquecer água utilizando um «cilindro», uma parte dessa fatura
corresponderá precisamente à energia gasta neste aquecimento. Naturalmente,
quanto mais água quente gastar, mais pagará por isso.
Pode obter uma estimativa bastante realista dos seus gastos anuais em água quente,
seguindo o raciocínio que se apresenta.
Que quantidade de água quente utiliza a sua família?
Uma família típica portuguesa (quatro pessoas) gasta, em média, por dia, 120 litros de
água quente a 60º C. Este consumo pode duplicar quando a água quente também é
utilizada em máquinas de lavar roupa e louça. Por exemplo, num duche gastamos
cerca de 30 litros enquanto num banho de imersão gastamos mais do dobro, três litros
para fazer a barba e dois litros para lavarmos as mãos, mas quando experimentamos
a água do chuveiro podemos gastar cinco litros.
Quanto poderemos poupar utilizando um sistema solar?
Um sistema solar destina-se a aquecer o mais possível uma certa quantidade de água
por dia. Em média não o faz a 100 % porque isto não é económico. Seria necessária
uma área de coletores demasiado grande (com os custos que daí resultariam). O
sistema convencional (cilindro elétrico, por exemplo) vai então fornecer a energia
complementar para elevar a temperatura da água até ao valor desejado.
Interessa então saber o que é a fração solar:
Fração solar é a percentagem da energia necessária fornecida pelo sistema solar
para aquecer a água
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Isto é, a fração solar representa a poupança. A experiência vem mostrando que a
fração solar ótima do ponto de vista económico varia entre 60 e 80 % das
necessidades anuais.
Assim, no inverno terá 40 % de poupança enquanto no verão e parte da primavera e
outono receberá 100 % e água quente gratuita.
Podemos poupar alguma energia regulando o termostato do termoacumulador entre
40 e 50º C, o que é suficiente na maioria dos casos. A fração solar seria então maior.
Quais os benefícios da Energia Solar?
O País beneficia porque:
Reduz a dependência energética nacional (Portugal é fortemente dependente do
exterior, importando mais de 80 % da energia primária).
Reduz as importações de petróleo diminuindo assim a saída de divisas.
Contribui para a descentralização energética.
A sociedade beneficia porque:
A energia solar não é poluente.
As reservas de petróleo, carvão e gás natural durarão mais tempo, beneficiando assim
os nossos descendentes.
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