Os coletores solares estão em uso em um número crescente de residências alemãs. Eles absorvem a energia solar e a convertem em calor. Independentemente de ser usado para gerar água quente ou para apoiar o aquecimento - as áreas de aplicação são diversas e um passo em direção a uma vida sustentável.
Coletores solares (solar térmico) e células solares (fotovoltaicas) podem armazenar a energia do sol e convertê-la em calor (solar térmico) ou eletricidade (fotovoltaica). Esta é uma grande conquista, porque a estrela no centro do sistema solar é uma grande fonte de energia: todos os dias, cerca de 1,8 x 1.014 quilowatts atingem a Terra. Nós, humanos, nem precisamos de tanta energia - uma produção de energia de 1.010 quilowatts já cobre as necessidades globais, e recebemos cerca de 10.000 vezes mais energia fornecida a cada dia.
Embora o uso da energia solar tenha começado na antiguidade e o precursor dos coletores solares de hoje tenha sido inventado no século 19, o uso real da tecnologia solar térmica na Europa só começou durante a crise do petróleo em 1973. Naquela época, as alternativas ao óleo para aquecimento foram buscadas, portanto, apenas alguns anos então, os primeiros painéis solares chegaram ao mercado. A maioria deles era muito cara e tecnicamente não confiável.
Mas muita coisa aconteceu nos últimos 45 anos. Agora, os coletores solares podem ser encontrados em muitos telhados de casas e são uma boa maneira de gerar calor adicional.
Graças à sua aparência discreta, os coletores solares agora são adequados para qualquer solução arquitetônica. A integração do telhado foi comprovada ao longo de muitos anos e oferece proteção contra vento e clima.
Estrutura e função do coletor solar
Um sistema solar térmico é necessário para usar a energia do sol para aquecimento de água ou aquecimento. Mas atenção: é sempre necessário um segundo gerador de calor, pois a energia gerada pelo sistema solar térmico não é suficiente, principalmente no inverno. Caro, mas a única alternativa: você economiza o calor do sol com enormes tanques no inverno.
O coração de um sistema solar é o coletor. Dentro há um absorvedor que captura a radiação solar e aquece no processo. Isso cria calor, que por sua vez é transferido para um meio de transferência de calor. O meio de transferência de calor é um líquido (líquido solar), geralmente consistindo de água e propilenoglicol. O principal objetivo do propilenoglicol é evitar que a água congele no inverno e fique muito quente no verão. O líquido aquecido é bombeado através dos tubos através do absorvedor e, em seguida, para o tanque de armazenamento solar. Na maioria das vezes, o absorvedor é isolado na lateral e na parte inferior para evitar a perda de calor.
Tipos de painéis solares
Dependendo do espaço de instalação e orçamento, você pode escolher entre dois modelos básicos: o coletor de placa plana e o coletor de tubo.
Coletor de placa plana
- absorvedor
O coletor de placa plana é usado com muita frequência. Ele contém um absorvedor plano e contínuo, por exemplo, feito de metal enegrecido, na parte traseira do qual os canos de água são fixados para conduzirem calor. Quantos raios solares são absorvidos pelo absorvedor depende do material, da forma, da disposição dos tubos e do revestimento. Os painéis absorvem melhor os raios solares quando o material é o mais preto, fino e termicamente condutor possível.
- Meio de transferência de calor
A água circulante é enriquecida com agentes anticongelantes como propileno ou etilenoglicol para que as temperaturas de congelamento não rompam os tubos. No entanto, os aditivos devem ser ambientalmente neutros.
- Caixa de coletor
O absorvedor fica em uma caixa hermeticamente fechada que mantém a umidade e a poeira afastadas. A caixa deve ser feita de material resistente à corrosão.
- Camada de isolamento
A caixa é forrada com um material leve, mas forte. Deve ter um valor U baixo e suportar as altas temperaturas do coletor. Painéis de espuma dura em conexão com esteiras de lã mineral, mas também lã de ovelha e rocha são comuns. Cuidado com a liberação de gases: eles formam um precipitado na parte interna da vidraça e reduzem a incidência de luz.
- A tampa de vidro
A caixa coletora é coberta com uma placa de vidro. O chamado grau de transmissão é importante para a seleção do vidro. Ele indica quanta radiação de luz o vidro deixa passar. O vidro deve atingir um valor de 0,9. Para isso, utiliza-se vidro temperado com baixo teor de ferro. Geralmente é estruturado de forma que não ofusque. Há alguns anos existe vidro anti-reflexo que tem uma permeabilidade maior do que o vidro estruturado. No entanto, eles custam um pouco mais.
Coletor de tubo de vácuo
Os coletores de tubo de vácuo consistem em um grande número de tubos de vácuo rodeados por refletores metálicos. A luz do sol é então refletida pelos refletores no tubo. Estes contêm um absorvente escuro. Como os tubos são evacuados, a perda de calor é minimizada. Além disso, as temperaturas mais altas ocorrem em uma área menor. O coletor funciona com eficácia mesmo sob luz solar difusa. Os coletores de tubos, por exemplo, geram tanta água quente em 3,5 metros quadrados quanto os coletores de placa plana em uma área de cinco metros quadrados. No verão, isso é quase completamente o suficiente para aquecer a água de uma família de quatro pessoas. Em um ano, 60 por cento das necessidades de água quente da família são atendidas. Desvantagem: o coletor tubular custa o dobro de um coletor plano.
Quando se trata de coletores de tubo, deve-se observar que existem dois tipos diferentes que apresentaremos a seguir:
- Princípio do tubo de calor
Cada tubo fechado forma um circuito fechado. Os raios de sol que atingem o absorvedor no tubo fazem com que um líquido especial evapore. No topo do tubo, o vapor é resfriado em um bloco trocador de calor. O vapor se liquefaz novamente. O líquido no tubo flui de volta - a evaporação começa novamente. O calor liberado no processo aquece o fluido circulante que passa pelo trocador de calor. O sistema de tubo de calor requer um ângulo mínimo de inclinação de cerca de 30 por cento para que o circuito funcione.
- Tubos com fluxo direto
Com este sistema, o sol aquece diretamente o fluido de transferência de calor no tubo absorvedor no meio do tubo. O meio de transferência de calor passa por vários tubos. Uma grande vantagem desse sistema é que os tubos podem ser montados verticalmente e horizontalmente.
Os coletores de tubo de vácuo fornecem rendimentos de energia ideais, mesmo quando há pouca radiação solar e na estação fria.
De que condições depende o rendimento?
O rendimento anual de um coletor solar depende de vários fatores:
- As condições climáticas: pode haver diferenças consideráveis entre locais individuais na Alemanha. Existem locais com mais de 1.000 quilowatts-hora por metro quadrado por ano e locais com menos de 900 quilowatts-hora por metro quadrado por ano.
- A orientação: O melhor é uma orientação para o sul e um ângulo de inclinação de cerca de 45 graus.
- Sombras de outros edifícios ou árvores.
- Poluição: A chuva e a neve geralmente removem grande parte da sujeira. É melhor usar detergentes suaves e uma escova macia contra manchas difíceis. Evite usar limpadores de alta pressão.
O tamanho dos coletores para aquecimento de água
Qualquer pessoa que use coletores planos precisa de 1,5 metros quadrados de superfície coletora por pessoa na casa para aquecer a água. Para coletores de tubos mais potentes, 1 metro quadrado por cabeça é suficiente. Regra prática para o tamanho do tanque de armazenamento de água: Calcule 40 litros de água quente a 45 graus Celsius por pessoa e por dia 2. Uma casa de 4 pessoas pode sobreviver com 6 metros quadrados de coletores planos ou 4 metros quadrados de tubos e um tanque de armazenamento com 300 litros. Custo: cerca de 3.500 euros.
Aquecimento com aquecimento solar
Para usar o calor solar para aquecimento ambiente, calcule de 3 a 4 metros quadrados de área do coletor por pessoa em casas bem isoladas. O tanque de armazenamento deve conter cerca de 60 litros por metro quadrado de superfície do coletor, um pouco maior para os coletores tubulares. Custos: cerca de 6.000 euros. Em uma casa bem isolada, o sistema de aquecimento solar pode fornecer até 25% da energia para aquecimento e água quente.
Efeito da neve
Uma vez que os painéis solares estão cobertos de neve, eles geralmente não produzem mais nenhum rendimento. Freqüentemente, entretanto, não há rendimento nesses dias, porque a radiação solar geralmente é muito baixa.
Com coletores de tubos, no entanto, um bom rendimento ainda é possível em dias claros e frios, portanto, remover a neve pode ser útil.
Se o coletor solar estiver coberto de neve, ele geralmente não recebe nenhuma luz solar e, portanto, não pode armazenar nenhuma energia na forma de calor.
A eficiência de coletores solares e células solares em comparação
Além do mais - coletores solares ou células solares? A experiência mostra que os coletores solares são significativamente mais eficientes do que os módulos fotovoltaicos. Os coletores solares atingem eficiências de cerca de 90 por cento, com perdas de calor de pouco menos de 50 por cento. No entanto, isso ainda é melhor do que a eficiência de um sistema fotovoltaico com uma eficiência de apenas 20 por cento. A razão para isso é que a luz solar cobre um amplo espectro. Qualquer tipo de radiação pode ser convertido em calor. No entanto, os sistemas fotovoltaicos podem converter apenas uma pequena parte da radiação em eletricidade.