Entenda tudo sobre como funciona o aquecimento solar térmico, as variações e funcionalidades dos tipos de sistema

O Brasil é um país privilegiado no que diz respeito à insolação por ser localizado na zona tropical e equatorial, possuindo cerca de oito horas de incidência direta de luz solar por dia (baseadas em uma média anual). Por esse motivo, é um excelente mercado para o sistema solar fotovoltaico e para o aquecimento solar de água através da radiação solar (energia solar térmica).

Diferentemente da energia solar fotovoltaica, cujo princípio de funcionamento é a conversão da energia solar em energia elétrica, a energia solar térmica é uma tecnologia que permite a conversão da energia solar em energia térmica, e a partir disso, proporciona o aquecimento da água em sistemas residenciais, prediais e comerciais.

A conversão da radiação eletromagnética proveniente do sol em energia térmica é realizada pelos coletores (ou painéis) solares.

Há diversos tipos de coletores, com diferentes eficiências na conversão de energia. Para cada finalidade, há um tipo de coletor mais apropriado, como pode ser visto na imagem a seguir:

Imagem: aquakent

Assim, como é possível perceber pela imagem, os sistemas solares térmicos são versáteis, podendo ser utilizados no fornecimento de água quente para diversas funções, como o aquecimento de piscinas, apoio ao aquecimento central, água para banho e setores industriais. Dessa forma, ele contribui para uma máxima poupança energética no aquecimento da água.

Como funciona?

A superfície dos painéis possui aletas feitas de cobre ou alumínio, comumente pintadas de uma cor escura para maior absorção da radiação solar. Assim, estas aletas captam essa radiação para então transformá-la em calor. O calor é então absorvido pelo líquido presente no interior dos painéis, que é em seguida transportado por bombeamento através de tubos isolados, até que chegue ao depósito de água quente (reservatório térmico ou boiler).

O depósito de água quente é composto por material isolante, que impede o resfriamento da água, permitindo que seja fornecida água quente mesmo em períodos sem sol, como à noite.

Imagem: Soletrol (adaptada)

Há ainda um sistema auxiliar de aquecimento (que pode ser elétrico ou a gás), que atua garantindo que haja água quente mesmo nos momentos em que a radiação solar não é suficiente para aquecê-la completamente.

Componentes

De forma geral, o sistema solar de energia térmica é composto pelos seguintes itens:

Painel solar

Podem ser um ou mais painéis, que possuem a função de transformar a radiação solar incidente em energia térmica.

Acumulador solar (reservatório térmico)

Depósito que reserva a água quente até que esta seja necessária para uso. O tamanho do tanque deve ser compatível com as necessidades da residência.

Circuito hidráulico

Tubulação, bombas circuladoras e válvulas.

Grupo de circulação

Faz parte do circuito hidráulico, e tem por função a circulação do líquido térmico pelos tubos que ligam o painel solar ao depósito acumulador.

Central de controle

Elementos de controle e regulação que asseguram o correto funcionamento do sistema.

Apoio energético

Sistemas complementares de aquecimento que são acionados apenas em momentos em que a radiação incidida sobre os painéis não foi suficiente para o pleno aquecimento da água.

Coletores

Como foi possível ver na imagem sobre as aplicabilidades dos coletores, há mais de um tipo de coletor, e essas variações apresentam eficiências diferentes, dependendo do objetivo de sua utilização. Vejamos então as principais diferenças entre os coletores planos abertos, coletores planos fechados e coletores tubulares a vácuo:

Coletores planos fechados e abertos

Os principais componentes de um coletor plano fechado são:

• Caixa externa: geralmente feita de alumínio. Possui a função de suportar os demais componentes.
• Isolamento térmico: sua função é minimizar as perdas de calor para o meio, sendo normalmente feito de lã de vidro ou  e rocha, ou espuma de poliuretano.
• Flauta: tubos conectados entre si que permitem o escoamento a água no interior do coletor, sendo geralmente feitos de cobre.
• Aletas: responsáveis pela absorção e transferência da energia solar para a água. São feitas de alumínio ou cobre e são pintadas de preto fosco para aumentar a absorção da radiação.
• Cobertura: geralmente de vidro, policarbonato ou acrílico que permite a passagem da radiação solar, minimizando a perda de calor.

A principal diferença entre o coletor plano fechado e o aberto, é que o aberto não apresenta caixa externa, cobertura e isolamento térmico, sendo menos eficiente no aquecimento da água a temperaturas mais elevadas.

Imagem: Esfera Energia Solar / Dasol

Coletores tubulares a vácuo

Coletores tubulares a vácuo apresentam como seus principais componentes:

• Tubos: geralmente são dois tubos concêntricos de vidro, sendo que a água flui pelo seu interior. Entre o interno e o externo há uma camada de vácuo, responsável pela minimização das perdas térmicas.
• Cabeçote: os tubos são inseridos no cabeçote, por onde passa a água. Pode ser feito de aço, alumínio ou cobre, e revestido por algum material isolante térmico.
• Estrutura: é o que mantém os tubos na posição adequada à captação da energia solar, e presos ao cabeçote.

Imagem: Esfera Energia Solar

Circulação

Há ainda duas variações de sistemas solares térmicos, que se diferenciam pela forma como a água circula dentro do sistema: o sistema com circulação em termossifão e o sistema com circulação forçada.

Circulação em termossifão

Esse tipo de sistema se utiliza da física para promover a circulação da água de forma gratuita, ou seja, faz uso da termodinâmica e da força da gravidade, que fazem com que a água quente suba naturalmente para o reservatório e que a água fria desça para o painel solar.

Assim, os sistemas com circulação em termosifão dispensam a utilização de bombas elétricas, sendo, por isso, mais econômicos e mais simples de instalar. Para alguns casos, pode ser menos eficiente que o de circulação forçada, além de exigir que o reservatório esteja, necessariamente, posicionado acima dos painéis.

Circulação forçada

Sistemas com circulação forçada geralmente apresentam o tanque de água separado dos painéis, permitindo então o posicionamento do tanque a nível do chão, podendo ser instalado em qualquer compartimento da casa, enquanto os painéis geralmente são instalados nos telhados. Ao contrário dos sistemas de circulação em termossifão, os de circulação forçada precisam de bombas de água que são controladas eletronicamente.

Instalação

Para a instalação de sistemas de energia solar térmica, alguns pontos devem ser considerados:

• O local de instalação deve ser seguro, ou seja, os componentes devem ser instalados em local ao qual pessoas e animais não tenham acesso facilitado, sendo geralmente instalados nos telhados (rooftop);
• É aconselhável evitar instalar os painéis em locais com sombreamento total e/ou parcial;
• Os painéis devem ser instalados o mais próximos possíveis do local de consumo.

fonte da imagem: Soletrol

O tempo de retorno do investimento em energia solar térmica tende a variar, acontecendo geralmente em um intervalo que vai de 18 a 36 meses. A vida útil de um aquecedor solar é estimada por volta de 240 meses, fazendo com que o sistema seja bastante vantajoso e econômico.

Por utilizar pouca ou muitas vezes dispensar a utilização da energia elétrica para o aquecimento da água, o sistema é econômico, além de ambientalmente amigável por não gerar resíduos para além das placas e não causar danos ao meio ambiente. É também promissor no Brasil e no mundo, pois causa impactos ambientais mínimos e reduz a pegada de carbono dos consumidores, que estarão minimizando suas emissões ao optar por uma forma de obtenção de água quente a partir da redução do consumo de energia elétrica.

O vídeo elaborado pela Soletrol, demonstra o princípio de funcionamento da energia solar térmica e dos coletores solares.

Para saber como instalar o sistema solar fotovoltaico acesse nosso guia de instalação - mas ele orienta apenas como instalar o sistema fotovoltaico energético e não o térmico, explicado nesta matéria.

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