Tipos de coletores solar

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Sistemas Solares Térmicos

Docente: Sergio H. F. Oliveira Integrantes:

Gilberto dos Santos junior Jose Victor Pinatto

Tarcisio Candido Yan O. Garbarino

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Sumário

• Aquecedor Solar • Tipos de Coletores

– _{Coletor solar Plano}

– Coletores Solar a Vácuo

• Eficiência dos coletores

• _{Novas tecnologias}

• Plantas solares • Conclusão

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20/04/12

Aquecedor Solar

• Sistema de aquecimento: • Coletor Solar;

• _{Reservatório Térmico ou Boiler;}

• Caixa d'água;

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Aquecedor Solar

• Coletor Solar

• Parte exposta do sistema;

• Contato com a energia solar;

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Aquecedor Solar

Reservatório Térmico

• Manter quente a água armazenada no coletor; • Feitos de cobre, inox ou polipropileno;

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Aquecedor Solar

Sistema Auxiliar de Aquecimento

• Garantir a alta temperatura da água; • Pode ser elétrico ou a gás;

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Coletor Solar Plano Aberto

• Estes coletores consistem apenas numa placa absorvedora.

• São indicados para utilização em aquecimento de piscinas, pois resistem a produtos químicos e cloro.

Absorvedor de aço inoxidável sem proteção

250-300 kWh/m² Coletor Plano 350-500 kWh/m²

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Vantagens:

• modo de fixação e instalação bastante simples.

• disponível para diversas formas de telhado.

• é uma solução mais estética para telhados em alumínio.

Desvantagens:

• por causa da baixa performance é necessário instalar uma superfície de coletores maior.

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Coletor solar plano fechado

• Estes coletores solares são fabricados em geral com tubos de cobre, aletas de cobre ou alumínio revestidas com pintura especial preta, cobertura em vidro liso e caixa externa em alumínio. São indicados para

temperaturas até 70°C.

• Os coletores planos pesam entre 15 a 20 kg/m² são fabricados em diversos tamanhos desde 1,5 m² a 12,5m² e em alguns casos dimensões maiores. No entanto os tamanhos mais comuns são de 2 m², ou seja coletores apresentam um peso de cerca de 40 Kg por módulo.

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Placa Absorvedora

• consiste em uma chapa metálica com uma absorbância elevada, ou seja uma chapa que apresenta boas características de absorção de calor(fabricadas, por exemplo, em alumínio ou cobre numa superfície unitária ou em várias

placas).

• Podendo ser fabricadas, já anexas a tubulação.

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Otimização:

• consiste em aumentar capacidade de

absorção e diminuir emissividade térmica.

Cobre puro

α= 5% Preto Foscoα= 15% cromo-preto ou níquel-preto α= 85%

*TiNOx α= 95%

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Roll Bond

Boas propriedades térmicas, reciclagem simplificada.

Sujeito a corrosão do alumínio em contato com tubo de cobre

Tubos Soldados em 1 chapa

Tamanho flexível e barato Muitos pontos de soldagem

Sistema de tubo prensado entre duas folhas de metal

Separação de materiais, reciclagem simplificada

Custo elevado de produção por causa das ligações

Sistemas de Tubos “Climpados”

Tamanho flexível,

Boa taxa de escoamento

Baixa otimização de transferência de calor

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Serpentina

Dois pontos soldados no sistema de tubos

Elevadas perdas de pressão em relação ao absorvedor de superfície total

Superfície Total

Baixas perdas de pressão em relação ao absorvedor em serpentina

Muitos pontos de soldagem no sistema de tubos

Escoamento total em aço inoxidável

Boas propriedades térmicas, reciclagem simplificada.

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Isolamento Térmico

• Mais utilizados poliuretano, o poliuretano isento de CFCs, a lã de rocha e a lã de vidro.

• Indicados para ate 200 °C.

Caixa

CAIXA ALUMINIO AÇO PLASTICO MADEIRA

ENVERNIZADA PESO BAIXO ELEVADO MEDIO ELEVADO

CONSTRUÇAO FACIL FACIL MEDIO DIFICIL CONSUMO

ENERGETICO ALTO BAIXO MEDIO BAIXO

CUSTOS ALTO BAIXO BAIXO MEDIO

OUTROS AUMENTO DO TEMPO DE RECUPERAÇAO ENERGETICA, RECICLAVEL RARAMENTEE

UTILIZADO POUCO UTILIZADO MATERIAL ECOLOGICO, APENAS INSTALAÇOES

INTEGRADAS AO TELHADO

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Cobertura

• Os materiais utilizados são geralmente o vidro e ocasionalmente o plástico

Cobertura Vidro Plastico

Transmissão Estabilidade a longo

prazo Deteriorizaçao Estabilidade Mecânica Estável Estável

Preço elevado baixo

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• Vidro com baixo teor em ferro(vidro muito

transparente) com uma espessura de 3-4 mm (factor de segurança) é o mais utilizado.

Otimização

• tratamento anti-reflexo sobre a superfície exterior

para diminuir as perdas por reflexão dos raios solares incidentes;

• tratamento na superfície interior para que reflita as radiações de elevado comprimento de onda, e não impeça a passagem da radiação de onda curta, para diminuir as perdas por radiação.

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• Em condições normais, o vidro reflete cerca de 4% da radiação (em cada lado), e absorve 1%.

• Permitindo assim a transmissão de 91% da luz para o coletor solar.

• Através de um tratamento em que é reduzido o índice de refração de 1,53 para 1,3, e a cobertura

apresentando rugosidade, se consegue chegar a 96% da capacidade de transmissão (reflexão reduzida ao mínimo)

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Coletores Solares a Vácuo

• Os principais tipos de coletores solares a vácuo são:

 Coletor solar a vácuo Heat PIPE

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Coletor solar a vácuo

• Os coletores a vácuo são basicamente

compostos por dois tubos concêntricos. Os gases que possam estar entre as paredes dos tubos são retirados , formando um vácuo, que é um dos melhores isolantes térmico. O vácuo entre os tubos reduz a perda de calor por convecção e condução, assim, aumentando a eficiência do coletor

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Coletor solar a vácuo Heat PIPE

No coletor solar a vácuo heat pipe, dentro dos tubos de vidro à vácuo há um tubo de cobre oco. O tubo de cobre é ligado a um trocador de calor, onde acontece a troca de calor para o aquecimento da água.

Dentro do heat pipe circula um fluido de baixíssimo ponto de ebulição, que ao evaporar sobe até a cabeceira do sistema e troca de calor com a agua fria. Após a troca de calor com a água o fluido se condensa e retorna ao tubo na forma liquida para repetir o ciclo

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Coletor solar a vácuo U PIPE

O aquecedor solar U PIPE, possui na sua camada interna dos tubos de vidro a vácuo uma aleta de alumínio de alta absorção de calor, a qual transfere o calor para um tubo de cobre em U, onde circula a água a ser aquecida.

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Eficiência dos coletores

Os tubos de vácuo, por apresentarem pequenos coeficientes de perdas térmicas, podem trabalhar de forma mais eficiente à temperaturas mais elevadas. Isto se evidencia quando se compara a eficiência térmica entre os coletores de tubos de vácuo e os coletores planos.

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Eficiência dos coletores solares a 800W/m2

Acréscimo de

temperatura Eficiência coletor plano-Tipo A Eficiência tubo de Vácuo Heat pipe Eficiência tubo de Vácuo U pipe

15 60,5% 70,0% 61,5%

35 42,3% 63,6% 55,0%

45 32,4% 59,7% 51,0%

55 22,1% 55,3% 46,5%

65 11,2% 50,4% 46,1%

Tabela 1 – Eficiência energética dos diferentes modelos de coletores

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Eficiência dos coletores.

10 20 30 40 50 60 70 0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% Eficiência coletor plano-Tipo A Eficiência tubo de Vácuo Heat pipe Eficiência tubo de Vácuo U pipe

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Novas tecnologias

• Analisando o desenvolvimento de tecnologias solares no sec. XX não ocorreram grandes descobertas.

• Tecnologia mais comum: Coletor solar plano (Converte energia solar em energia térmica) atende demandas

residenciais. Vem ganhando cada vez mais mercado dentro do pais.

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Novas tecnologias

Em termos de conversão de energia solar em energia térmica, os coletores utilizados no Brasil não são diferentes dos utilizados em todo o mundo! A única exceção e a nova tecnologia instalada no deserto de Monjave na Califórnia que utiliza um concentrador de foco linear.

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Plantas Solares

• _{Concentram e retém o calor do sol (Campos de espelhos) que, posteriormente, seria} utilizado para gerar energia em uma usina convencional. Existem 4 tipos:

1. Aquecimento de água (Produz vapor para girar turbina); 2. Aquecimento de óleo (Produz vapor para girar turbina);

3. Aquecimento de sal fundido (Produz vapor para girar turbina);

4. “Antena parabólica de TV”, focaliza o calor no aquecimento de um cilindro fechado, a contração e expansão do cilindro movimenta um pistão.

• _{O calor gerado durante o período de sol pode ser armazenado nos líquidos e} liberado conforme necessidade no período noturno.

• _{Em dias de pouco Sol, a geração de energia pode chegar próxima de zero.} • _{Alto consumo de água para resfriamento. Cerca de 3.000L/MW}

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Coletores Parabólicos

• Os coletores parabólicos foram sempre uma normal com os raios incidentes do Sol, pois são capazes de seguir seu movimento;

• São normalmente utilizado para aplicações que exigem temperaturas por volta de 400C.

• Os espelho em formato parabólico reflete a radiação do Sol diretamente para um tubo que transporta o fluido a ser aquecido (Normalmente água).

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Coletores Hibridos

• O coletor hibrido converte radiação solar, simultaneamente, em eletricidade e calor;

• Composto por uma parte térmica e uma elétrica;

• Gera mais energia térmica e elétrica por m2 do que sistemas separados;

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Conclusão

A utilização da energia solar de forma geral, a fim de gerar calor ou energia elétrica, pode ser aplicada em varias escalas e em diversos tamanhos de investimentos. De modo que o custo-benefício seja bom, e necessário uma analise tanto quantitativa quanto qualitativa do processo. Geração de energia limpa torna-se cada vez mais essencial para o equilíbrio do planeta.

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Bibliografia

• _{http://uppecoworld.blogspot.com.br/2010/03/grande-reportagem-energia-do-deserto.html}

• Tecnologia Solar no Brasil. Os próximos 20 anos. Naum Fraidenraich Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas de Energia - Departamento de Energia Nuclear Centro de Tecnologia e Geociências –Universidade Federal de Pernambuco.

• _{http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?pid=MSC0000000022004000100011&script=sci_arttext}

• http://www.universidadedosol.org.br/artigos/o_coletor/coletor-solar-placa-coletora.php