Documento de resumo / estudo energia solar

Energias Renováveis: Energia Solar Térmica
02-10-2024 Por : Luís Timóteo 1
ENERGIA SOLAR
Térmica
Não concordo com o acordo ortográfico

Energia Solar: Radiação solar...
 O Sol é a fonte original de toda a energia que move algo na Terra (com excepção da energia
nuclear). O Seu valor é altíssimo, assim como é muito alta a temperatura na superfície do Sol.
 Por maior que seja o valor da energia que o Sol emite, esta energia se espalha pelo
espaço, e a energia que chega a uma determinada área muito distante do Sol será cada
vez menor, e fácil de ser medida.
 A radiação solar fornece anualmente para a atmosfera terrestre 1,5 x 1018
kWh de energia, a qual,
para além de suportar a vasta maioria das cadeias tróficas, sendo assim o verdadeiro sustentáculo da
vida na Terra, é a principal responsável pela dinâmica da atmosfera terrestre e pelas características
climáticas do planeta.
 Radiação solar é a designação dada à energia radiante
emitida pelo Sol, em particular aquela que é transmitida
sob a forma de radiação electromagnética.
 Cerca de metade desta energia é emitida como
luz visível na parte de frequência mais alta do
espectro electromagnético e o restante na do
infravermelho próximo e como radiação
ultravioleta.

O Sol
http://energiasrenovaveis.com/images/upload/flash/anima_como_funciona/sol7.swf

Energia Solar
recebida num ano
Reservas Carvão
Reservas Urânio
Reservas Petróleo
Reservas gás natural
Consumo anual de Energia
Energia solar anual que chega á Terra
= 5.497.180.000.000.000.000.000.000 Jules
Terra
Raio da Terra: 6.371Km
Constante solar : 1.360 W/m2
 1,5 x 1018
kWh
O Sol
• Diâmetro: 1.390.000 km.
• Massa: 1,989 x 1030
kg.
• Distância média Sol – Terra: 1,496 x 108
km (equivale a 1 UA –Unidade Astronómica).
• Temperatura: 5.800 K (superfície), 15.600.000 K (núcleo).
• 75% Hidrogénio, 25% Hélio.
• Potência: 3,86 x 1026
W.
• Radiação se assemelha à de um corpo negro a 5777 K.
• Constante solar –Isc= 1.360 W/m2.

As promessa da energia Solar….
É abundante (muito).
Está distribuída uniformemente.
É para sempre (para todos os efeitos).
Mas…
– É altamente variável no tempo.
– Está muito diluída (intensidade relativamente baixa espalhada
por grandes áreas).
– É cara de captar (pelo menos por agora).
– Difícil e cara para converter para as principais utilizações
finais.

Recursos da energia Solar.
 Reactor de Fusão Termo-nuclear muito grande
₋ 1.4 x 106
km (870,000 milhas) de diâmetro.
₋ 1.5 x 108
km (93,000,000 milhas) de distância.
₋ Subentende um meio-ângulo de cerca de 4,7 milirradianos (0.27o
).
 Superfície é quase um perfeito corpo negro radiador.
₋ T = 6000o
K.
- lmax = 500 nm (5000 Angstroms).
 Potência de Saída
₋ 3.8 x 1026
watts (1.3 x 1027
BTU’s/hr).
₋ 13 triliões Quad’s*/hr.
 Potência Interceptada pela Terra
₋ 1.7 x 1017
watts (5.7 x 1017
BTU’s/hr).
₋ 590 Quads*/hr = ~10.000 vezes o consumo mundial de energia!
*Um Quad = 1 Quadrilião (1015
) BTU’s.
 O consumo anual de energia dos EUA é um pouco menos de 100 quads por ano.
1 BTU = 0.000293 Kilowatt-hora
1 Kilowatt-hora = 3,413 BTU

Recursos da energia Solar: (Cont.)
 A “Constante Solar"
- Imax = 1360 watts/m2 ( no espaço perto da Terra)
1000 watts/m2 ( ao meio dia).
170 watts/m2 ( média anual global).
- Total Anual de energia solar incidente na superfície dos EUA = 40.000 quads.
- 0.5 % da área terrestre dos EUA a 50% eficiência = Consumo total dos EUA
- A energia solar é abundante!
 Problemas
- Diluída
- Intermitente (ajudava se se pudesse armazenar! – “for a do âmbito desta
apresentação”).
-A fonte é altamente colimada e em constante movimento.
- Predominantemente de baixo grau térmico.
Simples Economia:
(As fontes de energia convencionais ainda são muito baratas!)

0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
Comprimento de onda (mm-1
)
Distribuição
de
Energia
(kW/m
2
/
m
m)
Distribuição da energia espectral do Sol
Distribuição espectral da energia dum corpo negro a 60000
K
Actual distribuição de energia espectral do Sol
Irradiância: A quantidade de energia do sol que
atinge a terra (antes de entrar na atmosfera).
· O valor médio de irradiância por ano é chamado de
Constante Solar (GSC) e é equivalente a 1353, 1367 ou
1373 W / m2, dependendo da entidade de referência.
· 1360.8 (0.5%) (2008) – derived from
measurements at very high atmosphere and used by
NASA.
· 1367 (1%) Adopted by the World Radiation Centre.
· 1373 (1-2%) from Frohlich (1978) - derived from
satellite data .
·~ 43% da energia é na faixa do visível.
· ~ 49% na faixa do infravermelho próximo.
· ~ 7% na faixa dos ultravioletas.
· <1% em raios-x, ondas gama e ondas de rádio.

 Órbita da Terra não é circular
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
1,300
1,350
1,400
1,450
Irradiance
(W/m2)
Variação de radiação solar com a órbita da Terra
360
1 0.033cos
365
on sc
n
G G
 
 
 
 
· Gon = Irradiância.
· Gsc = Constante Solar
· n = Número do dia (número de dias desde 1 de Janeiro).
Nota: Cosseno em graus.

 






 81
a
365
360
sin
23.45
 Set 23
Declinação (d) = 0º
Mar 23
Declinação (d) = 0º
Jun 23
Declinação (d) = 23.45º
Dez 23
Declinação (d) = -23.45º
 Posição do Sol. Ângulo de declinação
23,450
= 230
27’

Afélio – quando a Terra se encontra mais distante do Sol (cerca de 1,52.108
km) (04/07).
Periélio– quando a Terra se encontra mais próxima do sol (cerca de 1,47.108
km) (03/01).
Unidade astronómica = distância média Terra-Sol = 1,496.108
km.
O movimento de Translação da Terra em torno
do Sol provoca uma variação estacional da
irradiância solar na superfície terrestre,
gerando as estações do ano. Essa variação
estacional se deve à inclinação do eixo
terrestre em 23o
27´em relação à normal ao
plano da eclíptica. Isso faz com que um
observador na superfície terrestre tenha a
sensação de que o Sol se movimenta no
sentido Norte-Sul ao longo do ano
Verão
Outono
Primavera
Inverno
1,52.108
km Afélio
D
1,47.108
km
Periélio
d
23o
27’N
23o
27’S
A Terra descreve uma órbita elíptica em torno
do Sol, situado num dos focos, em 365 dias e 6
horas e 4 segundos.
OBS: Apesar da variação da distância Terra-Sol promover variação na irradiância solar extraterrestre
ao longo do ano, essa variação é muito pequena, da ordem de ± 3,3% e essa variação NÃO é a
responsável pela formação das estações do ano.
 A Terra tem uma inclinação de 23,450
do ano

21 de Junho
21 de Dezembro
S
N
W
E
Painéis solares
 Posição do Sol: Estações do Ano

 No solstício de inverno (21 de Dezembro)
· O pólo norte tem o seu ângulo máximo de inclinação longe do Sol.
· Em todos os lugares acima de 66.55 N (90-23.45) está na escuridão por 24 horas,
em todos os lugares acima 66.55 S é dia durante 24 horas.
· O Sol passa directamente por cima do Trópico de Capricórnio (23.45 S).
 No equinócio (22 de Março & 22 de Setembro)
· Ambos os pólos estão equidistantes.
· O dia tem exactamente 12 horas de duração.
· O Sol passa directamente por cima do equador.
· O Sol rastreia uma linha recta através do céu.
 No solstício de Verão (22 de Junho)
· O inverso do solstício de inverno.
 A Terra tem uma inclinação de 23,450
- distância do Sol

Energia Solar: Radiação solar…
 Como a radiação solar varia ao longo do ano
http://www.uni.edu/morgans/astro/course/Notes/section1/geochrone.gif

Feixe de
radiação
f
d
 = Latitude – É o ângulo entre o plano do equador e a normal à superfície de referência. A latitude mede-se para
norte e para sul do equador, entre 900
sul, no Polo Sul (negativa), e 900
norte, no Polo Norte (positiva).
 = Declinação – Define-se declinação solar como o ângulo entre a direcção da radiação solar e o plano do Equador: O ângulo de
declinação (), varia a cada instante, devido à inclinação da terra sobre o seu eixo de rotação e a rotação da terra
em torno do sol.





 

365
n
284
360
23,45Sin

 Geometria Solar:
Declinação solar

Rotação
w
Feixe de
radiação
Ângulo Hora
 (w) O deslocamento angular leste-oeste do Sol no meridiano local, devido à rotação da Terra.
· 150
por hora – ao meio-dia é zero, de modo negativo de manhã, e positivo à tarde.
· Depende da Hora Solar aparente.
AST = Apparent solar time.
LCT = Local clock time.
TZ = Time zone.
L = Longitude (west
= +ve
).
EQT = Equation of time.
60
EQT
15
L
TZ
LCT
AST 




Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Equation
of
time
(min)
 Geometria Solar :Equação do Tempo (Equation of time-EQT)
 Nascer e pôr-do-sol são assimétricos
· O plano do equador da Terra é inclinado em relação ao plano da órbita da Terra em torno do Sol.
· A órbita da Terra em torno do Sol é uma elipse e não um círculo.

 Geometria Solar :Equação do Tempo (Equation of time-EQT)
EQT = Equation of time.
n = número do dia.
Onde:













2B
0,04089Sin
s2B
0,014615Co
nB
0,032077Si
sB
0,001868Co
0,000075
2
EQT 2
.
29
 
365
360
1
n
B 

A diferença entre tempo que o seu relógio marca e a posição do sol (hora do relógio vs.
Tempo solar) é chamada de Equação do tempo (Equation-of-Time).
Analema
· Se a Terra não estivesse inclinada, e se a sua órbita ao redor do Sol fosse perfeitamente
circular, então, assim, seria. No entanto, os efeitos da inclinação de 23,450
da Terra e
sua órbita ser ligeiramente elíptica se combinam para gerar o número "8" padrão, em
relação ao aparecimento do Sol no mesmo ponto ao longo do ano. O padrão é
chamada de analema.
· Se você olhar para o Sol à mesma hora todos os dias, a partir do mesmo
lugar, será que o Sol aparece sempre no mesmo local no céu?
Julho
Janeiro

Ângulos solares
Horizontal
as
qz
f
d
Feixe de
radiação


z

s

s
Norte
Sul
E
W
Zénite
·Ângulo Zenital (z) - o ângulo entre a vertical
(zénite) e a linha do Sol .
·Ângulo da altura solar (as) - o ângulo entre a
horizontal e a linha para o Sol.
·Ângulo de azimute Solar (gs) - O
ângulo da projecção do feixe de
radiação no plano horizontal
(com zero devido ao sul, leste
negativo e positivo a oeste).
 Geometria Solar :Ângulos solares

 Geometria Solar :Ângulos solares · qZ = Ângulo Zenital.
·  = Latitude.
· d = Declinação
· w = Ângulo Hora.
· s = Ângulo Azimute solar.
· as = Ângulo da altura solar.
Nota:
g & w devem ter o mesmo sinal.





 Sin
Sin
Cos
Cos
Cos
Cos z 

s
s
a
Cos
Sin
Sin
Cos
Sin
Sin
Cos








Ângulo do pôr-do-sol e comprimento do dia
·ws =Ângulo do pôr-do-Sol.
·d =Declinação.
· =Latitude.


 tan
tan
Cos s 

·Comprimento do dia:  

 tan
tan
Cos
15
2 1

 
Nota:
Comprimento do dia em horas.


( - )
b
Normal
Horizontal

Feixe de
radiação
Ângulos Colectores


z


s

s 

N
Sul
E
W
Zénite
· - Inclinação - o ângulo entre o plano do colector e a horizontal.
·g - Ângulo do azimute de superfície - o
desvio da projecção num plano horizontal
da normal do colector em relação ao
meridiano local (com zero a sul, leste
negativo, e positivo a oeste ).
· - Ângulo de incidência - o ângulo
entre o feixe de radiação sobre o
colector e a normal.
 Geometria Solar :Ângulos Colectores

· Para os casos gerais, em que o colector tem uma orientação não horizontal ( ≠ 0), o ângulo de
incidência não é o mesmo que o ângulo zénite (z). De facto, o ângulo zénite é um caso especial de
um ângulo de incidência de superfícies horizontais, onde o zénite é referenciado para a abertura
como uma projecção da normal.
· Os primeiro e segundo ângulos de inclinação e azimute de superfície ( e ) são normalmente
conhecidos por superfícies fixas. O terceiro ângulo chave é o ângulo de incidência (), que utiliza a
seguinte equação bastante longa:
cosθ=sinϕ.sin.cosβ cos
− ϕ.sin.sinβcos+cosϕ.cos.cosβ.cos+sinϕ.cos.sinβ.cos.cos+cos.si
β.sinsin.
· A fim de gerar um valor real para teta, precisaremos também tomar a arc-coseno da longa equação.
Para que sua calculadoras e programas de matemática, todos os argumentos são em termos de
graus, e não radianos. Você vai precisar para converter graus em radianos na maioria dos
programas.
· No entanto, esta é uma equação muito longa que pode realmente ser dividida em partes. Vamos
acabar com a equação para o ângulo de incidência (theta, ) em três linhas. Dê uma olhada nela e
procure argumentos comuns para as funções Seno e Cosseno:
(ϕ, , β: latitude, declinação, e inclinação do
colector).
(ϕ, , β, : latitude, declinação, inclinação do colector e depois azimute do
colector).
(ϕ, , β, , : latitude, declinação, inclinação do colector, azimute do colector e ângulo
hora).
cosθ=sinϕsinδcosβ cos
− ϕsinδsinβcos+
cosϕcosδcosβcosω+sinϕcosδsinβcosγcosω + cosδsinβ sinγsinω

S
E
W Horizonte
Zénite
N


s
Azimute
s
https://www.e-education.psu.edu/eme810/node/576
Altitude solar (s)ao meio-dia ao longo de um ano em Lisboa:
·21.Junho -MA 1,04 - s= 75,0°
·21.Setembro - MA 1,37- s = 46.9°
·21.Dezembro -MA 2,12 - s = 28,2°

 Ângulos Solares

Cos
Sin s
a

s
Sin
Sin
Sin
Cos
Cos 


 s
a

s
s
a 

 Cos
Sin
Cos
Cos

 Ângulos Terrestes
 






 Cos
Sin
Cos
-
Cos
Sin
Sin
Cos 
 
Cos
Sin
Sin
-
Cos
Cos
Cos
Cos 










 Sin
Sin
Sin
Cos

•  = Ângulo de incidência.
• as =Ângulo da altura solar.
•  =Ângulo do azimute de superfície.
• s =Ângulo do azimute solar.
• b =Ângulo de inclinação do colector.
• d =Declinação.
•  =Latitude.
• w =Ângulo Hora.
• ss =Ângulo do pôr-do-sol.
 Ângulos Pôr-do-Sol
·Hemisfério Norte  
tan
tan
Cos 


 


ss
·Hemisfério Sul  
tan
tan
Cos 


 


ss
Massa de Ar: O factor “Massa de Ar” (MA) define-se como a medida do número de vezes que o
caminho da luz solar até à superfície da terra corresponde à espessura de uma atmosfera. Usando
esta definição com o Sol numa posição vertical (s = 90°) obtém-se um valor de MA = 1.

N
S
Sul Norte
Ângulo igual à
Latitude
0o
Verão
Primavera
Outono
Inverno
 Geometria Solar :Ângulo Óptimo para Colectores
· Embora o ângulo de inclinação ideal para o seu colector seja um ângulo igual à sua latitude, a fixação
do seu colector plano sobre um telhado inclinado não irá resultar numa grande diminuição no
desempenho do sistema. Deverá, no entanto, ter em consideração o ângulo do telhado ao
dimensionar seu sistema.
S N
(90- Latitude)
90o
(Latitude)
Polo Norte celeste
(180-Lat.)
Verão
(90-Lat.+23,4.)
Equador Celeste
Primavera/Outono
(90-Lat.)
Inverno
(90-Lat.-23,4.)
Alinhamento N-S : eixo para o "norte verdadeiro" usando um bom mapa ou a
direcção da estrela Polar, e não "norte magnético", conforme determinado por
uma bússola.

• Efeitos atmosféricos
– Absorção
– Espalhamento
– Variações locais
• Nuvens
• Poluição
• Tempo atmosférico
• Latitude
• Estação do ano
• Hora do dia
 Densidade da Radiação solar na superfície terrestre: Factores de interferência

Entrada 100 %
29
Ozónio
20-40 km
Absorve 2%
Camada de pó
Superior
15-35 km
Absorve 1%
0.5% para o espaço
1% Para a Terra
Moléculas
de Ar
0-30 km
Absorve 8%
1% Para o espaço
4% para a Terra
Vapor de
Água
0-3 km
Absorve 6%
0.5% para o espaço
1% para a Terra
Camada
inferior de
pó 0-3 km
Absorve 1%
1% para a Terra
0.5% para o espaço
18% Absorvida
70% Directa na
Terra
3% Reflectida
Para o espaço
7% reflectida
Para a Terra
 Céu limpo:- Absorção & espalhamentos

 Geometria Solar : Densidade da Radiação solar na superfície terrestre
 Irradiância sobre uma superfície horizontal
z
n
b
b G
G 
Cos
,

,
b n
G
b
G
z

Gb = Feixe de Irradiância normal à superfície terrestre (W/m2
)
Gb,n = Feixe de Irradiância (W/m2
)
qz = Ângulo Zenital.
 Feixe de radiação sobre uma superfície Inclinada


n
b
G ,
t
b
G ,
Gb,t = Feixe de Irradiância normal à superfície inclinada (W/m2
)
)
q = Ângulo de incidência.

Cos
,
, n
b
t
b G
G 

 Geometria Solar : Densidade da Radiação solar na superfície terrestre
 Feixe de radiação sobre uma superfície inclinada
,
b n
G
b
G
z



n
b
G ,
t
b
G ,
Gb,t = Feixe de Irradiância normal à superfície inclinada (W/m2
)
).
qz = Ângulo Zenital.
q = Ângulo de incidência. b
t
b
t
b
G
G
R ,
, 
z


Cos
Cos

z
n
b
n
b
G
G


Cos
Cos
,
,


Constante Solar
Ponto de entrada na atmosfera
Intensidade ~ 1360,8 ± 0,5W/m2
(*)
Atmosfera
Atmosfera
8000 Km
Diâmetro da Terra
12.800 Km
 Constante solar
·Quantidade de radiação solar incidente por unidade de área num plano perpendicular aos
raios solares.
·Inclui uma gama de comprimentos de onda (e não apenas a luz visível).
(*)Valor calculado pela NASA em 2008.

N
IO(W/m2
)
Plano perpendicular aos
raios solares
A constante solar (Gsc), é a
intensidade média de radiação que
incide sobre uma superfície
imaginária, perpendicular aos raios
do Sol e na camada mais alta da
atmosfera da Terra.
O valor médio da constante solar é igual a 1360 W/m2
. Valor ligeiramente impreciso, uma
vez que o Sol varia de ± 0,25% de intensidade, devido aos ciclos das manchas solares.
A intensidade da radiação solar que incide sobre uma superfície, é chamada de irradiância
ou insolação e é medida em W/m2
ou kW/m2
.
A constante solar pode ser usada para calcular a irradiância incidente (Gon), sobre uma
superfície perpendicular aos raios do sol na camada mais alta da atmosfera da Terra em
qualquer dia do ano (ou seja, á medida que a distância entre o Sol e a Terra varia ao longo
do ano):
· Gsc= Constante Solar =1360 W/m2
· n = o dia do ano de tal forma que
para 1 de Janeiro n= 1.
· Gon = irradiância extraterrestre (fora da atmosfera) num plano
perpendicular aos raios do sol (W/m2
) conforme o dia do ano.
2
sc
on m
W
365
n
360
Cos
0,03
1
G
G /
3 










 


 Densidade da Radiação solar
· n – Dia do ano

Portugal é um dos países da Europa, com maior disponibilidade...
Horas de Sol anuais
Médias Anuais
 Energia solar ……
O mundo evolui cada vez mais rápido a nível tecnológico, foram introduzidas nos últimos anos uma séria de novas
tecnologias no aproveitamento de energias renováveis como é o caso da energia solar. Além do uso progressivo da
energia solar residencial, existe cada vez mais a sua utilização na produção de energia eléctrica em grande escala
através de parques solares fotovoltaicos, e centrais térmicas, em todo o mundo…
Em Portugal

Portugal é um dos países da Europa, com maior disponibilidade...
Em Portugal
15,7kWh/m2
/dia
10,8kWh/m2
/dia
10,5kWh/m2
/dia
4,4kWh/m2
/dia
21- Mar
24- Jun
24- Set
18- Dez
· A figura seguinte mostra a sequência de irradiação durante um dia em Lisboa numa placa
horizontal com uma superfície de 1 m2
, para quatro dias ao longo do ano.
21 Março
24 Setembro 24 Junho 18
Dezembro
Horas de Luz 12,1/12,0 14,8 9,3
Altura max. do Sol 52,0/51,0 75,0 28,2
Somatório da
irradiação solar diária
10,8/10,5
kWh/m²
15,7
kWh/m²
4,4
kWh/m²
Latitude: 38°42 49.72″N
′
Longitude: 9°8 21.79″W
′

Oceano
 T
Vento
Hidro
Power
Vapor
Gerador
Mecânico
Turbo
Gerador
Boiler
Biomassa
Lixo urbano
Painéis
Solares
Colectores
Solares
Processamento
Electricidade
Utilities
Agricultura
Industria
users
Aquecimento
Habitação
Negócios
Agricultura
Industria
Governo
users
Biofuels (gás/Liq.
Automóvel
Negócios
Agricultura
Industria
Governo
users
 O Sol, é praticamente responsável por
toda a energia da Terra .
 Radiação solar – maior fonte de
energia para a Terra, principal
elemento meteorológico e um dos
factores determinantes do tempo e
do clima. Além disso, afecta diversos
processos: físicos (aquecimento/
evaporação),bio-físicos (transpiração)
e biológicos (fotossíntese).

Solar Fotovoltaica Solar Fuel Solar Térmica
.001 TW PV
$0.30/kWh C/S armazenamento
CO2
Açúcar
Fotossíntese
natural
50 - 200 °C
Aquecimento de
espaços e água
500 - 3000 °C
Aquecimento de
turbinas para
produção de energia
eléctrica
1.5 TW electricidade
$0.03-$0.06/kWh (fóssil)
1.4 TW solar fuel (biomassa)
~ 14 TW consumo previsto em 2050
0.002 TW
11 TW fuel fóssil
(uso presente)
2 TW
Aquecimento de espaços e água
H2O
O2
Conversão da energia solar
Fotossíntese
artificial
H2O
O2
CO2
H2,CH4
CH3OH
Conversão
e-
h+

Electricidade
Solar Térmica
Electricidade
fotovoltaica
(PV)
Calor
Arrefecimeto
(A/C & Refrigeração
Água quente e
aquecimento
ambiente
Aquecimento
Industrial
Produção de
Combustíveis
e químicos
(Hidrogénio!)
Cozinha
Solar
Conversão da energia solar

Eu colocaria o meu dinheiro sobre o sol e na energia solar. Uma fonte poderosa de
energia! Eu espero que não tenhamos que esperar até petróleo e carvão acabem, para
tomar essa opção. "
Colector Solar para aquecimento de água
Vivenda na Califórnia em 1906
Afinal o aproveitamento da energia solar já vem de longa data!
Thomas Edison
Energia Solar Térmica
Aplicações antigas: Água quente solar

- Colector solar.
- Máquina a vapor.
- Tanque de água.
Aplicações antigas: Impressora solar
· Inventada por Abel Pifre em Paris a 6 de Agosto de 1882



Foi preciso passarem mais de 100 anos para se lembrarem destas tecnologias?

Produção de Água Quente Sanitária (AQS), para uso
doméstico, hospitais, hotéis, etc.
Aquecimento de Piscinas.
Aquecimento Ambiente.
Produção de água a elevadas temperaturas
destinada a uso industrial.
Aplicações

Sistema doméstico
· Os sistemas solares térmicos fornecem água quente para qualquer necessidade: água quente
sanitária, apoio ao aquecimento central, aquecimento de piscinas, aplicações industriais… em
qualquer situação, um sistema solar adequado garante um óptimo aproveitamento da energia solar,
através de Colectores Solares Térmicos, contribuindo assim, para uma máxima poupança energética…
· As instalações solares para a produção de água quente doméstica, podem ser instaladas em
praticamente todas as moradias uni familiares. A energia solar pode ser aproveitada, utilizando
aparelhos de aquecimento de água instantâneos, esquentadores a gás ou combinados com qualquer
sistema de aquecimento central a gás ou a electricidade...
· Ao contrário dos combustíveis fósseis, a energia solar é praticamente inesgotável, não emite carbono
e é grátis. Os modernos sistemas e aquecimento podem ser combinados com painéis solares,
tornando os sistemas de aquecimento solar viáveis para aquecimento de água ou para apoiar os
sistemas de aquecimento central.
· O uso da radiação solar como energia de aquecimento é conhecido como aquecimento solar térmico.
Não deve ser confundido com o fotovoltaico, que é a produção de electricidade usando a luz solar. As
enormes oportunidades de utilização da energia solar são há muito conhecidas: as tecnologias,
ensaiadas e testadas, têm provado o seu valor ao longo de muitos anos.

Sistema doméstico : Princípio de funcionamento
· A base de funcionamento dos painéis solares térmicos, é a utilização da luz solar para o aquecimento
de água existe já desde há centenas de anos, e há muito que é uma solução usada para aquecimento
da água em banhos, para a lavagem das mãos, ou para o aquecimento interior da habitação. Este
processo é centenário, mas os materiais modernos, e as técnicas actuais tornaram estes sistemas
muito mais eficientes.
· Apesar de existirem diferentes sistemas de aquecimento solar de água, na sua generalidade o sistema
consiste de um painel solar térmico que contem tubos em cobre no seu interior, dentro desses tubos
circula um liquido ou gás (não tóxico) especialmente seleccionado pelas suas características
termodinâmicas, que se movimenta lentamente dentro do tubo de cobre, absorvendo assim o calor
que existe nos tubos (proveniente da energia do sol). Dependendo do colector utilizado (fabricante,
modelo, etc.) a temperatura do líquido pode mesmo atingir os 200ºC.
· Quando o líquido se encontra suficientemente quente, é transferido para um permutador de calor. O
permutador de calor consiste de um cilindro de água semelhante ao utilizado para aquecer a água do
chuveiro, mas em vez de utilizar resistências eléctricas para aquecer a água dentro do cilindro, é
utilizado o calor elevado a que se encontra o fluído que circula dentro dos tubos de cobre. Assim, o
fluído nunca entra em contacto com a água, e a água é aquecida pela transferência de calor do cobre
para a água.
· A água aquecida é mantida num tanque isolado termicamente, assim, mesmo que a água tenha sido
recolhida no dia anterior, ainda pode ser usada para tomar banho na manhã seguinte…

Colectores de Tubo de Vácuo (aquecimento de
águas e produção de vapor)
Colectores Concentradores (CPC)com
Cobertura (aquecimento de águas e produção
de vapor)
Colectores Planos com Cobertura
(aquecimento de águas)
Colectores Planos sem Cobertura
(aquecimento de piscinas)
Temperatura
Sistema doméstico: Tipos de Colectores Solares Térmicos

· Os colectores solares térmicos servem para converter a maior quantidade de radiação
solar disponível em calor e transferi-lo, com o mínimo de perdas, para o restante sistema.
Assim, existem diferentes tecnologias e equipamentos, cujas aplicações variam consoante
a gama de temperaturas que se pretenda atingir. Essas tecnologias são apresentadas na
tabela seguinte:
Gama de
temperatura Processo
<40 ºC Colectores sem cobertura ou colectores planos de baixo custo.
40-70 ºC Colectores planos com cobertura
70-100 ºC
Colectores de tubos de vácuo ou outros colectores estacionários de rendimento elevado.
Colectores concentradores para sistemas de média e grande dimensão.
>100 ºC Colectores concentradores, colectores de tubos de vácuo com CPC.
Sistema doméstico : Tipos de colectores solares térmicos

Radiação Solar
 A luz solar entra no colector
através da cobertura de vidro.
A luz solar atinge e é absorvida
pela placa de metal preto
(absorvedor). A energia absorvida
transforma-se em energia térmica.
O vidro retém o ar aquecido.
O isolamento do colector ajuda a
reter o calor.
 O calor transfere-se
directamente para os tubos e
para o seu líquido. O calor
também se irradia para o espaço
aéreo dentro do colector
Fluido frio que entra
no colector.
Fluido frio que entra
no colector.
Energia Solar Térm
ica

Sistema doméstico : Colectores - constituição e tipologias
Colectores planos sem cobertura: Perdas
Radiação incidente
Radiação reflectida
Perdas pela traseira do colector
Colector
Perdas via convecção
Absorvido e re-irradiado
Calor colectado
· Os colectores planos sem cobertura são constituídos somente por uma placa absorsora, não possuindo
cobertura, revestimento ou isolamento térmico. Apresentam, por esta razão, uma menor complexidade e uma
menor eficiência, sofrendo elevadas perdas de calor. Possuem a vantagem de reduzir os custos de aquisição de
cobertura, visto a placa absorsora do colector substituir parte da cobertura do telhado. Além disso, podem
instalar-se facilmente em diferentes tipos de cobertura, são uma solução estética para telhados de alumínio e são
relativamente baratos. Contudo, devido à sua baixa performance, conduzem à necessidade de instalar uma superfície
de colectores com uma área superior comparativamente a outros tipos de colectores . Uso sazonal.

Colectores planos sem cobertura
· Estes colectores consistem basicamente em tubos de
plástico (propileno, policarbonato ou polivinil), colocados
em forma de esteira e unidos por dois tubos de maior
diâmetro nas partes inferior e superior e são
basicamente usados no aquecimento de águas de
piscinas…nos meses de Maio a Setembro em que a
radiação solar é mais elevada.
· A utilização destes colectores permite a circulação directa da água da
piscina pelos mesmos através da bobagem de circulação. Em termos
económicos, são mais acessíveis do que os colectores com cobertura,
embora o tempo de retorno do investimento seja bastante similar, pois
têm menor eficiência e é exigida uma maior área de captação.
· De salientar que a utilização de colectores sem cobertura torna necessário que sejam colocados num
local onde estes estejam abrigados do vento já que são particularmente sensíveis a velocidades do
vento superiores a 1 m/s, que conduzem a uma diminuição drástica do seu rendimento.
· Para além deste aspecto, as temperaturas baixas do ar exterior no Inverno tornam igualmente
inadequada a utilização destes colectores para o aquecimento de água de piscinas cobertas no
Inverno, situação em que se justifica a utilização de colectores com cobertura.

Colectores planos sem cobertura
 Baixo Custo.
 Baixa temperatura.
 Resistente.
 Leve.
 Aquecimento sazonal de piscinas.
Filtro
Bomba
Colectores
Água Fria
Água Quente

Absorsor
E
s
p
e
c
t
r
o
S
o
l
a
r
Cobertura
A radiação solar incidente é na sua maior
parte transmitidas através da cobertura
(vidro) (a transmitância do vidro é superior a
90%) e, em seguida é, absorvida e
reabsorvida pelo absorvedor.
A placa absorsora aquece e, por sua vez emite
energia radiante, mas no espectro
infravermelho, relativamente às quais o vidro
prova ser praticamente opaco (efeito de
estufa).
Colectores planos com cobertura: Princípio de funcionamento
R
a
d
i
a
ç
ã
o
i
n
f
r
a
v
e
r
m
e
l
h
a

❷
❶








Radiação solar directa
Radiação difusa
Convecção: Vento, chuva, neve…
Perdas por convecção.
Perdas por condução térmica.
Calor radiado pelo absorvedor.
Calor radiado pelo vidro.
Entrada/Saída do colector.
Reflexões.
Colectores planos com cobertura: Perdas

• Tipicamente quando T é à volta
de 80 °C, as perdas térmicas, são
iguais à irradiação absorvida
(ponto de estagnação).
Dada por: (1 - )
Possível redução limitada a
pelo menos 15 - 20% para
um colector plano
vitrificado.
Energia para o
fluído
Irradiação solar na
área do colector
Perdas
Ópticas
Perdas
Térmicas
• Aproximadamente proporcional T.
• Aumenta dramaticamente quando a
diferença de temperatura é elevada.
• Explica o uso de ETCs (anticongelantes)
em climas severos.
Colectores planos com cobertura: Perdas
ETC -Electrothermal Chemical
Energia térmica utilizável
Perdas Térmicas
200
W/m
400
W/m
600
W/m
800
W/m
1000
W/m
0 20 40 60 80 100 120 140
20
40
60
80
100
Diferença de temperatura entre o colector e o ambiente em o
C
Eficiência
do
Colector
em
%
0
Perdas Ópticas

· Pcover =Potência que chega a cobertura do colector (W).
· Pabsorber =Potência que chega ao absorvedor do colector (W).
· Pabsorbed =Potência absorvida pelo absorvedor do colector (W).
· Ac =Área do colector (m2
).
· Gt = Insolação da superfície inclinada (W m-2
).
· t = Transmissividade.
· a = Absorvidade.
· ho = Eficiência óptica.
Gt
Tci
T
Gt t
 
1
t
G 

t
G
 
1
t
G 

cover c t
P A G


absorber c t
P A G


absorbed c t
c t o
P A G
A G





Colectores planos com cobertura: Perdas - Balanceamento
 
loss c L m A
P A U T T
 

· Ploss =Perdas de potência (W).
· Ac =Área do colector (m2
).
· UL= Coeficiente de perdas (W/m2
K).
· Tm = Temperatura média do absorsor
(K).
· TA = Temperatura ambiente (K).

Gt
Tci
T
Gt t
 
1
t
G 

t
G
 
1
t
G 

Colectores planos com cobertura: Perdas - Balanceamento: Valores considerados Normais
Gt= Radiação solar no colector (300 – 1000 W m-2
).
UL= Coeficiente de perdas (1 – 5 W m-2
K).
t = Transmissividade da cobertura (0.85).
A = Absortividade comprimentos de onda solares (0.95).
ho = Eficiência óptica (0.9).

Gt
Gtt(1-t)
Parte traseira
R3
R4
TA
R2
R1
TA
Gtt
Rfin
Isolamento
Placa absorsora
R2
R1
R3
R4
TA
TA
Gtt
 top loss
back loss
1 3 4
1 1
L
U
R R R
 

  

Cobertura transparente
 Contém um termo de radiação e um termo de convecção
que actuam em paralelo.
Colectores planos com cobertura: Perdas – Cálculo de UL

Cálculo de Back loss
R2
R1
R3
R4
TA
TA
Gtt
 top loss
back loss
1 3 4
1 1
L
U
R R R
 

  

total
3
h
1
R 
con
rad h
h
1


· htotal = Perda total (W m-1
K-1
).
· hrad = Perdas por radiação.
· hcon = Perdas por convecção.
l
k

· k= Condutividade do isolamento (W m-1
K-1
).
· l= Espessura do isolamento (m).
Cálculo de Top loss
Com placas a 450
 
0.31
0.07
1.14 1 0.0018 10
con
T
h T
l
  
  
 
· hcon = Perdas por convecção (W m-1
K-1
).
· DT = Diferença de temperatura entre o painel e
a cobertura (K).
· T = Temperatura média entre o painel e a
cobertura (K).
· l = Comprimento (cm).

1
B
R
1
U 

· Perdas Painel /Cobertura: Convecção

R2
R1
R3
R4
TA
TA
Gtt
 top loss
back loss
1 3 4
1 1
L
U
R R R
 

  

· Perdas Painel /Cobertura: por radiação
total
3
h
1
R 
con
rad h
h
1


  
2 2
1 1
1
p c p c
rad
p c
T T T T
h

 
 

 
· hrad = Perdas por radiação (W/m K).
· Tp = Temperatura do painel .
· Tc = Temperatura da cobertura.
· ep = Emissividade da placa (no infravermelho).
· ec = Emissividade da cobertura (no infravermelho).
·  = Constante Stefan Bolzman (5.6697 x 10-8
)


R2
R1
R3
R4
TA
TA
Gtt
· Cobertura /ar: Perdas por convecção
4.5 2.9
con
h V
 

· hcon = Perdas por convecção (W/m K).
· V = Velocidade do vento.
· Cobertura /ar: Perdas por radiação
 
 
4 4
c sky
rad cover
c sky
T T
h
T T
 




· Tc = Temperatura da cobertura (K).
· Tsky = Temperatura do céu (K).
(podemos usar TA - 10 como uma estimativa).
· ec = Emissividade da cobertura(nos infravermelhos).
)
total
3
h
1
R 
con
rad h
h
1



R2
R1
R3
R4
TA
TA
Gtt
· Temperatura da cobertura
total
3
h
1
R 
con
rad h
h
1


    
4
1
con rad p c c a
h h T T T T
R
   

· hcon = Perdas por convecção (W/m K).
· Tc = Temperatura da cobertura (K).
· Tsky = Temperatura do céu (K).
(podemos usar TA - 10 como uma estimativa).
· ec = Emissividade da cobertura(nos infravermelhos).
)

Gt
Tci
T
Gt t
 
1
t
G 

t
G
 
1
t
G 

Colectores planos com cobertura: Eficiência Óptica: Reflectividade
· Quando a luz incide sobre um objecto, pode ser
transmitida, reflectida ou absorvida…
1 g
  
   · t = Transmissividade.
· r = Reflectividade.
· ag =Absortividade.
2
1
1



 

 

 

· m = Índice refractivo
• Para vidro (m=1.5), r = 0.044 (por cada camada).
• 8.8% da luz é reflectida para cada lâmina de vidro
• Melhor pode ser obtido com “echants”, mas a superfície fica frágil.
Colectores planos com cobertura: Eficiência Óptica: Absorção
 
0 exp
l
G G l

 
· Gl = Insolação à profundidade l.
· Go = Insolação à superfície.
· b = Coeficiente de extinção.
· l = Profundidade.
· O vidro flutuante tem um coeficiente de extinção de
0,03-1
– vidro de baixo ferro é melhor….

Gt
Tci
T
Gt t
 
1
t
G 

t
G
 
1
t
G 

Colectores planos com cobertura: Eficiência Óptica: Variação de , com ângulo de incidência
· A maioria da variação é devida ao caminho mais longo, não à reflectividade.
o
n
K


 ·Onde: 







 1
cos
1
b
1
K 0


· Kh = Modificador de ângulo de incidência.
· ho = Eficiência óptica.
· hn = Eficiência óptica à incidência normal.
· q = Ângulo de incidência.
· bo = Coeficiente de ângulo de incidência (-0.1 para vidro simples, -0.17 para duplo).

Gt
Tci
T
Gt t
 
1
t
G 

t
G
 
1
t
G 

Colectores planos com cobertura: Perdas - Balanceamento: ganho de calor com fluidos
Ganho de calor no fluido = calor para absorsor - perdas
·Qc=Potência transferida para a água (W).
·Tm= Temperatura média do absorsor (K).
·TA= Temperatura média ambiente (K).
)
( A
m
L
c
o
t
c T
T
U
A
G
A 

 
loss
absorbed P
P
Qc 


 
)
( A
m
L
o
t
c
c T
T
U
G
A
Q 

 

· A temperatura média do absorsor (Tm), é desconhecida, mas a temperatura média do fluido (Tcm),
pode ser medida.
·Assim, define uma resistência ao fluxo de calor a partir de Tcm para Tm (R, em K w-1
m2
).
c
cm
m
c
Q
T
T
A
R
)
( 

  
cm
m
c
c T
T
R
A
Q 


·R =A resistência ao fluxo de calor.
·Tcm= Temperatura média do fluido (K).

Gt
Tci
T
Gt t
 
1
t
G 

t
G
 
1
t
G 

Colectores planos com cobertura: Perdas - Balanceamento: Calor para o fluido
· Idealmente, a relação seria com a temperatura do fluido
de entrada (Ti), que é conhecida em vez da temperatura
média do fluido que tem que ser aferida.
· Se considerarmos o ganho de calor global em termos de fluido,
teremos:
 
c p co ci
Q mc T T
 
 

·m=Taxa de fluxo de massa de fluido (kg/s).
·cp=Calor específico do fluido (J/kg), (4086 para a água).
Colectores planos com cobertura: Balanceamento: Eficiência do colector ()
· Uma equação pode ser derivada, em termos de função da taxa de fluxo e tamanho colector.
 
)
( A
m
L
o
t
R
c T
T
U
G
F
A
Q 

 

· FR é chamado o factor de remoção de calor, e é definido em termos de F’.

Gt
Tci
T
Gt t
 
1
t
G 

t
G
 
1
t
G 

Colectores planos com cobertura: Perdas - Balanceamento: Eficiência do colector ()
· FR é chamado o factor de remoção de calor, e é definido
em termos de F’.



















p
L
c
L
c
p
R
mc
U
F
A
exp
1
U
F
A
mc
F
F '
'
'

c
t
c
A
G
Q

 
 
c
t
A
ci
L
o
t
R
c
A
G
T
T
U
G
F
A 



 







 A
ci
t
L
o
R T
T
G
U
F 
lector
ente no co
olar incid
Radiação s
ra fluido
Energia pa




Vidro
Absorsor
Colectores planos com cobertura: Balanceamento completo
100%
Reflecção:
8%
Reflecção:
8%
Absorção: 2%
60%
Condução de calor: 3%
Radiação:
6%
Convecção:
13%

Unglazed (swimming pool)
Evacuated tube
selective
Single glazed
selective
Single glazed
non selective
Double glazed
non selective
i A
T T
G


0.7
0.8
0.95
Eficiência de outros colectores sem concentradores ()

Constante em tempo dos colectores
· A constante de tempo de um colector é o tempo necessário para o fluido que deixa o
colector para atingir 63% do seu valor final constante após uma mudança de passo na
radiação incidente.
· A constante de tempo do colector é uma medida do tempo necessário para que a
seguinte relação seja aplicada:
0,368
e
1
T
T
T
T
i
oi
i
ot




· Tot = Temperatura da água de saída do Colector após o tempo t (° C).
· Toi = Temperatura inicial da água de saída do Colector (° C).
· Ti = Temperatura da água de entrada no colector (°C).
*O procedimento para realizar este teste é para operar o colector com a temperatura
de entrada de fluido mantida à temperatura ambiente.
*A energia solar incidente deve ser então abruptamente reduzida a zero por blindagem
no colector de placa plana, ou desfocagem no tipo com concentrador.
*As temperaturas do fluido de transferência são então continuamente monitorizadas
em função do tempo até que a equação acima seja satisfeita.

Gt
Tci
T
Gt t
 
1
t
G 

t
G
 
1
t
G 

Colectores planos com cobertura: Perdas - Balanceamento: Com permutadores de calor
Quando no sistema é utilizado um permutador de calor…
Vertical ou Horizontal
Bomba de
circulação
co
T
ci
T

p
mc

i
T
o
T
 
 
  










1
mc
mc
mc
U
F
A
F
F
min
p
c
p
c
p
L
R
c
R
R

1
1
´
· Onde:
  
 
A
i
L
o
t
R
c T
T
U
G
F
A
Q 

 

'
· = Eficácia do permutador de calor.
·(mcp)min = Fluxo térmico mínimo.

· Trata-se do colector mais convencional, constituído por uma superfície absorsora, fixada numa caixa
estanque, com uma cobertura transparente, geralmente de vidro, que devido ao efeito de estufa,
reduz as perdas térmicas. O isolamento térmico da parte posterior da caixa também contribui para
minimizar as perdas. Este tipo de colector solar pode funcionar eficientemente durante todo o ano.
· Com a placa absorsora pintada de negro-mate atingem-se temperaturas máximas de funcionamento
da ordem dos 50°C (temperatura habitual de utilização da água quente), com bom rendimento (cerca
de 50%).
· Com os chamados recobrimentos selectivos podem conseguir-se, ainda com bom rendimento,
temperaturas de 60 a 70°C reduzindo as perdas caloríficas por radiação. Estes revestimentos da placa
absorsora obtêm-se através de um tratamento electroquímico ou de uma pulverização catódica que
confere à placa propriedades ópticas que reduzem a emissão da radiação infravermelha, mantendo a
sua capacidade de absorção tão boa como a da tinta negra.
· Este tipo de colectores, quando aplicados em piscinas, obriga utilização de sistemas indirectos, pelo
facto de os materiais utilizados não serem compatíveis com o cloro contido na água da piscina. Daqui
resulta a necessidade da introdução de um permutador de calor, entre o circuito dos colectores e o
circuito de água da piscina.
Colectores planos com cobertura: Características

• Moldura posterior em liga de alumínio e
moldura galvanizado.
• Isolamento Térmico
• Tubagem de cobre em serpentina
· Normalmente, um colector solar é constituído não só pela superfície absorsora mas também por elementos de
protecção térmica e mecânica da mesma.
· Existem diversos tipos de colectores solares térmicos, diferindo na protecção térmica que utilizam, na utilização, ou
não, de concentração e adequados a diferentes temperaturas de utilização.
Colectores planos com cobertura
• Vidro temperado de alta
performance.
• Placa de alta absorvência e
baixa emissividade.
Colectores planos com cobertura: Composição (Estrutura em serpentina)

• Tubagem serpenteante(cobre)
performance.
Entrada de água fria
Água quente
• Tubo de fluxo (principal)
• Painel posterior
• Estrutura
baixa emissividade.

• Padrão “S” na tubagem
• Placa absorvedora
• Cobertura de vidro
especial
• Estrutura em folha de alumínio
• Custo moderado.
• Temperatura mais elevada do que os sem cobertura.
• Pode operar à pressão da rede de distribuição de água.
• Mais pesado e mais frágil.

Saída de água quente
Entrada de
água fria
baixa emissividade.
• Tubagem de fluxo (cobre)
• Tuba de fluxo (principal)
Os Colectores planos podem ter tubagens diferentes com tubos de fluxo isolados, encaixados dentro
de uma placa absorvente, tudo montado numa estrutura, geralmente de alumínio ou aço galvanizado,
e protegido por uma tampa transparente.
performance.
Colectores planos com cobertura: Tubagem perpendicular
· Os colectores planos com cobertura são usados no aquecimento de águas sanitárias domésticas.
· Os colectores planos são os mais comuns e destinam-se à produção de
água quente a temperaturas inferiores a 600
C.

Placa Absorvente (1)
• cobre e aletas para melhorar a transferência de
calor.
• Alta Absorvência e baixa emissividade graças a uma
pintura selectiva.
• Inclui o Rede de Tubagem em cobre (2) e tubagem
de ligação (3).
Cobertura Transparente (5)
• Tipicamente um vidro relativamente espesso com
elevada transmitância solar.
• Concebido para reduzir a reflexão.
• Temperado para maximizar a resistência e
durabilidade.
Isolamento Térmico (6)
• Espuma de poliuretano ou lã mineral.
• Circundante da Placa Absorvente para evitar perdas
de calor do fluido transportador.
• Folha de alumínio (4) actua como uma barreira
contra a saída de gás ou vapor.
Estrutura (7)
• De plástico ou de alumínio.
• Garante a força e resistência aos agentes atmosféricos.
• Equipada para integração no telhado, ancoradouro ou
suporte.
• Expansão diferencial da moldura e vidros é absorvida
por Juntas (8).
• O conjunto é fechado por uma placa posterior (9),
geralmente feita de PVC.










Placa de absorção: chapa de cobre
texturizada (aumento da superfície
de contacto) soldada por sobre a
tubulação de cobre
Revestimento: fluoropolímeros
(PTFE) para maximizar a absorção
da energia.
Isolamento: espuma rígida de
Poliuretano e Poliisocianurato para
a máxima retenção de calor.
Vidro: Vidro temperado de alta
performance é indispensável para
reduzir reflexos, permitindo alta
transmissão da luz solar.
Moldura: Alumínio para durabilidade,
resistência à corrosão e boa aparência.
Tubulação: de cobre para obter fluxo
optimizado da condução de calor e
durabilidade.
Conexão de saída para o cabeçote ou
tanque de armazenamento.
Fundo: Chapa de alumínio
Chapa intermediária: Folha de alumínio
atua como barreira contra fluxo de ar
quente para o segundo isolante.
http://www.newhome.com.br/HTMLs/Ekohome/Solar/T%C3%A9rmico/ColetorPlano.htm

• Colector de Ar.
• Colector de placa plana a vácuo (com colunas).
• Colector de placa plana com isolador de calor
transparente
Solar Thermal Energy
• Colector de placa plana Standard
• Colector de placa plana com convecção limitada
• Colector sem cobertura
Sistema doméstico : Colector Plano – Tecnologias

 Custo moderado.
 Temperatura mais elevada do que os sem cobertura.
 Pode operar à pressão da rede de distribuição de água.
 Mais pesado e mais frágil.
Apresenta menor eficiência em relação aos colectores de vácuo
e colectores parabólicos compostos (CPCs) devido aos elevados
valores de perdas térmicas;
Não serve para gerar altas temperaturas, p.e. geração de vapor,
fornecimento de calor para máquinas de refrigeração;
Exige mais espaço no telhado do que os colectores de vácuo.
Vantagens:
Mais barato que um colector de vácuo e parabólico composto;
Oferece múltiplas opções de montagem (sobre o telhado, integrado no
telhado, montado na fachada e de instalação livre);
Tem um boa taxa de preço/performance;
Permite montagem simples (kits de construção de colector).
Desvantagens:

Colectores planos com cobertura tipo CPC (“Compound Parabolic Concentrator")
· Por forma a reduzir as perdas térmicas existentes nos colectores planos desenvolveu-se uma
tecnologia baseada na redução da área de absorção, em comparação com a área de captação da
radiação solar. Desta forma reduzem-se as perdas térmicas, tendo em conta que são proporcionais à
área do absorsor em contraposição com a área de abertura.
· Os CPCs consistem em sistemas de concentração da radiação solar, na placa absorsora, através dum
sistema duplo de absorção da radiação, para obtenção de temperaturas mais elevadas, com alto
rendimento, devido às menores perdas térmicas, mas com características de simplicidade que os
tornam equivalentes, na montagem e utilização, aos colectores convencionais planos, pelo facto de
se poderem colocar da mesma forma em telhados ou outras estruturas fixas e captar também a
radiação solar difusa.
· Assim, os colectores são constituídos por:
um sistema de absorsores que permite absorver a radiação de forma semelhante aos colectores
planos;
um sistema de reflexão da radiação que permite a absorção da radiação na parte inferior do
absorsor.
Estes colectores são conhecidos como concentradores do tipo CPC (Colectores Parabólicos
Compostos) devido à configuração da superfície reflectora em forma de parábola.

· No mercado nacional comercializa-se um outro tipo de colector, do tipo CPC, vocacionado para
utilização a temperaturas mais elevadas (<110o
C). A diferença entre este tipo e os mais convencionais
colectores planos, reside no tipo de óptica utilizada e na geometria da superfície absorsora. Os
convencionais, como o nome indica, são constituídos por uma placa absorsora plana à qual estão
soldados, embutidos ou prensados, os tubos. Por seu lado, os do tipo CPC são compostos por uma
série de reflectores, com uma forma que lhes confere uma óptica de baixa concentração, que lhes
permite serem igualmente estacionários como os colectores planos.
· O design do reflector parabólico
composto pode concentrar a luz solar
a partir de vários ângulos num ponto
focal comum. Assim, o colector solar
CPC, não precisa de fazer seguimento
solar, a fim de concentrar a energia
do sol, para níveis muito mais
elevados de densidade de energia.
· Por cima de cada reflector é colocada uma alheta (superfície absorsora) em contacto com o tubo por
onde circula o fluido aquecer.

Reflector
Isolamento Alheta absorsora com tubo de cobre
Caixa Metálica
Cobertura transparente

1 – Caixa metálica.
2 – Vedante.
3 – Isolamento.
4 – Reflector de alumínio espelhado.
5 – Aleta absorsora selectiva em ambas faces.
6 – Vidro temperado.
7 – Tubo de cobre.







· A superfície reflectora, através da sua configuração, permite assim concentrar a radiação com a
utilização de materiais espelhados com elevado nível de reflectividade.
· O ângulo de abertura destas superfícies permite captar a radiação directa e a difusa tal como nos
colectores planos.

Vantagens:
Tem elevada eficiência mesmo com elevadas diferenças de temperaturas entre o
absorsor e o meio envolvente (e.g. no verão);
Tem uma elevada eficiência com baixa radiação (e.g. no inverno);
Suporta aplicações de calor com mais eficiência do que os colectores planos;
Funciona com elevadas temperaturas, e.g. para condicionamento do ar.
Desvantagens:
Mais caro do que um colector plano…

Colectores Planos… a vácuo:
· Adicionalmente, este colector é “preenchido” com crípton a 50 mbar de modo a reduzir perdas
térmicas através da condução. Para suportar as forças causadas pela diferença de pressão, entre a
pressão exterior e interior, elementos de suporte são encaixados entre a base da caixa e a cobertura
de vidro (espaçamento de 10 cm). Por causa disto, existe um número correspondente de buracos no
absorsor.
· A sua construção é idêntica ao colector plano standard.
A principal diferença é que o isolamento térmico é
efectuado com um vácuo de 10-1
para 10-3
bar (pressão
do ar 1 bar = 1.000 mbar) em vez de ser utilizada fibra
mineral ou espuma de poliuretano. Este vácuo reduz as
perdas térmicas por convecção.
· De facto é mais correcto falar de um colector plano de vácuo parcial porque neste caso a pressão de
vácuo é significativamente menor, comparada com a pressão dos tubos de vácuo. O colector plano de
vácuo é evacuado depois da instalação e deve ser verificado para certos intervalos de tempo e re-
evacuado quando necessário. Portanto uma linha de vácuo tem que ser instalada. A eficiência óptica
do colector plano de vácuo é cerca de 0,8 e o valor de k é cerca de 2,6 W/m²K.

Colectores de tubos de vácuo
· Os colectores de tubos de vácuo consistem geralmente em tubos de vidro transparente cujo interior
contém tubos metálicos (absorsores). A atmosfera interior dos tubos permite reduzir ou anular
as perdas por convecção e condução devido ao efeito de vácuo que se forma entre o absorsor e o vidro
e que aumenta bastante o efeito de estufa, tão importante na transformação da luz solar em
energia.
· Para reduzir as perdas térmicas num colector, tubos de vidro
(com absorsores internos) são sujeitos a vácuo. Por forma a
eliminar as perdas de calor por convecção, a pressão dentro dos
tubos de vidro deve ser pelo menos de 10-2bar. Um aumento
adicional de evacuação reduz as perdas por condução térmica.
Assim, as perdas de calor para a atmosfera são
significativamente reduzidas, sendo de realçar que mesmo com
uma temperatura de absorção de 120ºC ou maior, os tubos de
vidro permanecem frios no seu exterior.
· A maioria dos tubos de vácuo são evacuados abaixo dos 10-5
bar. No que
diz respeito a perdas por radiação, uma vez que as características de
perda do colector não dependem do meio em que este se encontra, não
podem ser reduzidas pela criação de vácuo. Estas perdas de radiação
mantêm-se reduzidas, como no caso de colectores planos, pela selecção
de bons revestimentos (valor de  baixo).

Colectores de tubos de vácuo: funcionamento
· Nos colectores solares de tubos de vácuo com tubos de calor tipo (Heat pipe), consiste de
um tubo de calor selado, geralmente feito de cobre para aumentar a eficiência dos
colectores em temperaturas frias, está ligado a uma placa absorsora de calor no interior do
tubo selado a vácuo. O tubo de calor, oco, no interior do tubo é vácuo, mas contém uma
pequena quantidade de um líquido de álcool / água a baixa pressão, além de alguns
aditivos adicionais para prevenir a corrosão ou oxidação.
· O vácuo permite que o líquido de origem vaporize a temperaturas muito mais baixas do
que normalmente à pressão atmosférica. Quando a luz solar sob a forma de radiação solar
bate na superfície da placa absorsora no interior do tubo, o líquido no tubo de calor,
rapidamente se transforma em vapor quente, devido à presença do vácuo. Como este vapor
é agora mais leve, sobe para a parte superior do tubo de calor, fazendo com que o topo
atinga uma temperatura muito elevada. A alta temperatura do tubo de calor, e, portanto, o
tubo de vácuo, é ligada a um permutador de calor de cobre denominado "colector”.
· Quando a ponta do topo do tubo de calor entra no colector, a energia térmica do vapor é
transferido para a água ou para o glicol, dependendo do fluido que flui através da tubagem
de ligação. Como o vapor quente perde energia e esfria, condensa-se , passando a líquido
que flui de volta para baixo o tubo de calor para ser reaquecido.

V
á
c
u
o
Calor da
luz do
Sol é
absorvido
pela
superfície
interna
do
tubo
de
vácuo.
Líquido
aquecido
evapora
levando
o
calor para
o
topo
do
tubo
de
cobre.
Câmara de Irradiação
O vapor resfriado liquefaz-se retornando à base
do tubo de calor para repetir o ciclo.
Líquidos em ebulição a uma temperatura mais baixa
quando a pressão do ar circundante diminui.
A fluido no tubo irá evaporar-se a temperatura do
tubo de calor (heat Pipe) atinge 30 ° C.
T
u
b
o
H
e
a
t
P
i
p
e
e
m
c
o
b
r
e
O vapor sobe para a parte superior do tubo de calor e
através do condensador, transfere o calor para o fluido
do colector aquecendo a á do depósito ou o fluido do
colector (permutador de calor).
Líquido
não tóxico
Isto arrefece o vapor que se condensa e regressa ao
fundo como líquido, repetindo-se o ciclo até a água do
reservatório estar suficientemente quente.
Aleta colectora de
alumínio integrada
Colectores de tubos de vácuo: Princípio de funcionamento (heat pipe)

• Reflector
Água quente
Água fria
tubo de calor (Heat
pipe)
Tubo de Vácuo
Condensador
Tanque reservatório
· Este processo de conversão de um líquido para um gás, e gás para líquido, repete-se
continuamente dentro do tubo selado de aquecimento (heat pipe), enquanto o sol
brilhar...
Colectores de tubos de vácuo: Princípio de funcionamento (heat pipe)
· O tubo de calor e, portanto, os colectores
de tubos de vácuo, devem ser montados
de tal forma a terem um ângulo mínimo
de inclinação (cerca de 30 °) para que o
fluido interno do tubo de calor possa
retornar para a placa de absorção, na
parte inferior do tubo.

Vácuo
Sistema doméstico : Colector tubular a vácuo
·A alta temperatura de operação dos tubos a vácuo e sua baixíssima perda de calor por radiação
conferem a este sistema a condição ideal para fazer o aquecimento de água pela radiação solar. O
dispositivo tubular, isento de componentes ferrosos mostra-se ainda muito adequado à exposição às
intempéries, utilizando materiais de baixíssima corrosão mesmo sob condições meteorológicas
adversas. O desenvolvimento da sua estrutura dentro de um tubo de vácuo minimiza a perda de calor e
garante ao colector grande durabilidade, estabilidade e alto desempenho, o que se traduz em baixa
manutenção, requerendo inspecções sistemáticas a cada 2 ou 3 anos e tendo vida útil superior a 10
anos.
http://www.newhome.com.br/HTMLs/Ekohome/Solar/T%C3%A9rmico/ColetorTubVac.htm
80%
90.7%
Luz do Sol 100%
Absorção do tubo
de vidro 1.8%
Reflectância do tubo
de vidro 6.3%
Reflectância do
tubo de vidro
interno 6.3%
Emissão do
revestimento 4.4%
Colectores de tubos de vácuo: Os tubos de vácuo…
Tubo interior
Aleta de calor
Revestimento
selectivo
Tubo de calor
Tubo exterior

 








Energia solar
Tubo de Vácuo
Indicador
de Vácuo
Heat Pipe
Isolamento
C
a
l
o
r
C
a
l
o
r
Alumínio
Água fria
Água quente
Cobre
Tubo de vidro exterior.
Tubo de vidro interior.
Vácuo.
Aleta de transferência de
calor.
Heat Pipe.







Tubo de vidro exterior.
Vácuo.
Condensador.
Aleta de transferência de calor.
Heat Pipe.

Revestimento absorsor.
Tampa do tubo em borracha
Heat Pipe
Absorsor com
revestimento (360o
)
Aleta transferência de
calor
Vidro exterior
Mola clipe

· Heat Pipe
· Sidney -“U” Pipe
· Fole
· Coaxial
· Os Colectores solares de tubos de vácuo são muito eficientes e podem atingir temperaturas muito
altas. Um colector de tubos de vácuo contém várias fileiras de tubos de vidro ligadas a um tubo
colector, ou directamente para o tanque de água quente. Cada tubo tem o ar removido (evacuado),
para eliminar a perda de calor por convecção e radiação. No interior do tubo de vidro, uma aleta de
cobre ou de alumínio plana ou curva está ligada a um tubo de metal. A aleta está coberta com um
revestimento selectivo, que transfere calor para o fluido que está circulando através do tubo.
· Existem basicamente dois tipos principais de colectores de vácuo: · Mas… Há muitas variantes:

· Single Glass
Heat-Pipe
· Twin Tube
Heat-Pipe
· Twin Tube
Coaxial Heat-Pipe
· Twin Tube
“U” Heat-Pipe
· Twin Tube
“unpressurized”
Heat Exchange Direct Flow Systems
· Mas… Há muitas variantes:

Colectores de tubos de vácuo : Tubos de Vácuo tipo “Heat Pipe”
Condensador
Heat
Pipe
Camada
anti-reflexão
Camada
Absorsora
Camada de
reflexão
infravermelhos
· Cada tubo de vácuo é constituído por dois tubos de vidro concêntricos. O tubo exterior é
extremamente resistente e transparente feito de vidro de silicato de boro resistente a impactos e com
cerca de 25mm de diâmetro. O tubo interior também é feito de silicato de boro, mas revestido a
alumínio, que tem propriedade excelentes de absorsor do calor solar, de forma a minimizar a
reflexão de calor.
· Durante o fabrico do tubo o ar é retirado (evacuado) do espaço entre os dois
tubos de vidro, formando vácuo que elimina perdas de calor por condução e
convecção. De forma a manter o vácuo, um absorvente de bário é exposto
a altas temperaturas, o que faz com que a parte de baixo do tubo de vácuo
fique revestido com uma camada de bário puro. A camada de bário de cor
prateada, também fornece um indicador visual do estado do vácuo, uma vez
que ficará branca , se o vácuo for perdido, o que torna fácil detectar
quando um tubo está ou não operando correctamente

Colectores de tubos de vácuo: tipo “Heat Pipe”…..

Água quente
Água Fria
Transferência
de calor
Heat Pipe
Tubos de Vácuo Placas
absorsoras
Fluído
Vácuo
Placa
Absorsora
vidros duplos
Heat Pipe
Colector de calor
Condensador
Colectores de tubos de vácuo: Heat Pipe … O mesmo princípio… Maneiras diferente

Colectores de tubos de vácuo: Heat Pipe …
Heat Pipe
Aleta de transferência
Condensador
Saída
Tubo de Vácuo
Estrutura
tampa do tubo
Entrada
tubo colector de cobre Camada isolante Caixa colectora Porta -Sensor










10
11
12
Tubo exterior de vidro temperado.
Aleta absorsora.
Heat Pipe ∅ 10mm.
Indicador de vácuo.
Condensador.
Colector de cobre.
Isolamento fibra de vidro.
Invólucro exterior (Al).
Porca de união (G1”).
Conector de bronze em T.
10
Entrada de 1”.
11
Carter para sensor solar de ⅟2”.
12

·Com permutador de Calor (Heat exchanger)
Isolamento térmico
de alta qualidade
Vidro temperado de
alto grau
Permutador de Calor com protecção
integral de sobreaquecimento
Heat Pipe
Absorsor com revestimento
sol -titânio
· Permutador- dispositivo onde se dá a transferência do calor do circuito primário para o circuito secundário.

 Custo elevado.
 Sem perdas por convecção.
 Altas temperaturas.
 Climas frios.
 Frágil.
 Instalação pode ser mais complicada.
 Manutenção facilitada (substituição).
 Neve não é problema.
· A principal vantagem dos colectores de
vácuo Heat Pipe, é que há uma conexão
"seca" entre os tubos absorsores e a
água a aquecer (permutador), tornando
a ligação ao colector principal e a
instalação muito mais fácil do que nos
colectores de fluxo directo que iremos
ver a seguir. Além disso, no caso de um
tubo de vácuo rachar ou quebrar e
perder o vácuo, o tubo individual pode
ser trocado sem esvaziar ou desmontar
todo o sistema.
· Essa flexibilidade torna tubos vácuo “heat pipe” os
colectores solares de água quente ideal para projectos
solares de circuito fechado como um conjunto modular
que permite a fácil instalação e facilmente expandir a
sua capacidade, adicionando tantos tubos quantos
você quiser.
Colectores de tubos de vácuo: Heat Pipe

Colectores de tubos de vácuo de fluxo directo:
· Neste tipo de colectores o fluido de transferência de calor é conduzido através de um
sistema de tubo entretubo (tubos coaxiais) para a base do absorsor onde flui para a
caixa colectora, aumentando a temperatura do fluído, ou flui através de um tubo em
forma de U.
· Os tubos colectores de evacuação de fluxo directo podem ser orientados a sul mas podem
ser também montados horizontalmente num telhado plano.
· O tubo de vácuo absorve os raios solares e transforma-os em energia térmica,
aquecendo a água que se encontra dentro deles. O aumento da temperatura torna a
água ligeiramente menos densa, e então, esta ascende para o tanque.
Consequentemente, a água a uma temperatura inferior desce até aos tubos de
vácuo. Ao manter-se este ciclo natural de aquecimento, a água no depósito ou pelo tubo
de retorno, é progressivamente aquecida.

· O colector é constituído por um tubo de vidro feito de vidro de quartzo altamente
translúcido onde está localizado o absorvedor. A transferência de calor é realizada, quer
por um sistema de tubos-em-tubo para o fundo da ampola de vidro, flui de volta em
contracorrente para a parte superior através do tubo coaxial mais largo, convertendo o
calor a partir do absorvedor de cobre altamente selectivo.
Colectores de tubos de vácuo de fluxo directo: Tubo de calor coaxial
Saída
Entrada
Revestimento absorvente selectivo
Tubo de vidro
Vácuo
Tubo de vidro
Absorsor
Sistema Tubo-em-tubo
Viessmann Werke GmbH & Co

Colector (tanque)
Tubo de Vácuo
Isolamento
Água quente
Água fria
Placa absorsora
Tubo interior
Tubo de Vácuo
Tubo de retorno
Vácuo

Isolamento térmico
de alta qualidade
Tubo de retorna de água quente
Vidro de temperado de
baixo índice ferroso
Absorsor de fluxo directo com
revestimento sol -titânio
Tubo de distribuição coaxial
Tubo coaxial
Vácuo
Placa
Absorsora
selectiva
http://www.heck-bad-heizung.de/grundlagen.htm
Fluído

· Os colectores de tubos de vácuo de fluxo directo também
conhecidos como colectores de tubos em "U", são diferentes
dos anteriores na medida em que têm dois tubos de calor
que atravessam o centro do tubo. Um tubo funciona como o
tubo de fluxo, enquanto o outro como o tubo de retorno.
· Ambos os tubos estão ligadas em conjunto na parte inferior
do tubo com uma "curva -U", daí o nome, mas na verdade
não são dois tubos mas sim o mesmo dobrado. O calor
absorvido pela placa absorsora age como uma faixa
divisória que separa o os tubos de retorno de fluxo através
dos tubos colectores solares.
· A placa absorsora e o tubo de transferência de calor também
são selados a vácuo dentro de um tubo de vidro,
proporcionando propriedades de isolamento excepcionais.
Placa Absorsora
(Várias tecnologias)
Tubo de Vácuo
Dobra em “U”
Colectores de tubos de vácuo de fluxo directo: Tubo de calor em for de “U”

· Esta configuração do tubo de vácuo em particular é similar em operação para os colectores
anteriores.
· Os tubos de calor e a placa absorsora
plana ou curva são feitos de cobre com
uma camada selectiva para aumentar a
eficiência global destes colectores.
· Se um tubo quebrar ou tiver fugas, não pode
tão facilmente ser substituído. O sistema vai
exigir drenagem uma vez que há uma ligação
em aberto entre o tubo colector e o colector
geral (série).
· Uma vez que o fluido de transferência de calor flui para dentro e para fora do tubo de vácuo, estes
colectores de fluxo directo não são tão flexíveis como os do tipo “heat pipe”.
· No caso de sistemas de tubos de vácuo, desenvolvidos pela Schott, não é utilizado metal, consistindo
de três tubos de vidro coaxiais (invólucro, absorsor parcialmente revestido e interno).

Camada de Cobre –
Absorve e transfere calor
Tubo de vidro exterior
– protege e isola
Vácuo – isola contra calor/frio, permitindo
funcionar com tempo frio/ventoso e permite a
passagem dos raios solares mas não do frio
Camada selectiva
–capturas raios solares
Tubo interior revestido de Alumínio
– conduz e transfere calor
Tubo de cobre em “U”
–Transfere calor para os
fluidos no seu interior
Camada isolante
– Transfere calor
Tubo Absorsor
captura raios solares

Placas guias
de calor
Tubos de calor
Tubos de vácuo
Reflector
Saída
Anilha isolante
Estrutura em
alumínio
Borracha à prova de UV

· Outro tipo de tubo colector de fluxo directo é o colector Sydney. Este colector consiste
num tubo duplo de vácuo selado. O bolbo de vidro interno tem um revestimento de metal
e carbono sobre cobre. Neste tubo duplo de evacuação é colocada uma placa de
condução térmica em conexão com um tubo em U onde é efectuada a transferência de
calor. Diversos tubos são combinados num único módulo (6 a 21 de acordo com o
alimentador).
Colectores de tubos de vácuo de fluxo directo: Colector “Sidney”
· Para colectores instalados em telhados inclinados e para aumentar o ganho da radiação o
colector é calibrado com reflectores externos. Para telhados planos deve ser colocada
uma cobertura no telhado com uma boa reflectividade, tal como cascalho ou folha
metálica reflectora, porque estes colectores não têm reflectores.
· O vácuo está localizado na fenda anelar entre uma camada exterior e um tubo de vidro
interior. O tubo de vidro interior apresenta um revestimento selectivo e, portanto, também
actua como absorvedor. Uma folha de metal transfere o calor do absorvedor para um tubo
em U, através do qual o fluido do circuito colector está fluindo. A fim de reduzir o número
necessário de tubos, um reflector CPC (concentrador parabólico composto) é
frequentemente colocado por detrás dos tubos.

Colectores de tubos de vácuo: Com tubo de calor Sidney
Tubo de vidro exterior
Vácuo Tubo Absorsor
(Al)
Entrada Fluido
Frio Saída Fluido quente
Tubo de vidro interior
Reflector
Revestimento em
alumínio
·Corte transversal com reflector
Reflector
Folha de Metal
Tubo de vidro com
revestimento
selectivo

Colectores de tubos de vácuo: Com tubo de calor tipo Sidney
Tubos de vácuo: baseados no princípio “thermos
flash”, que consiste de dois tubos de vidro
concêntricos, com vácuo entre eles. Isto serve para
evitar perdas de calor.

Camada absorsora: Altamente selectiva
(Al/AlN) na parte interior dos tubos de vidro.
Para maximizar o rendimento energético.

Placa transferência de calor:
Fornece transferência optimizada de
calor para o absorsor transferir calor
para o fluido do sistema.

Tubos de calor em cobre ou aço inox:
Para transporte efectivo do calor extraído.

Isolamento de lã mineral: com alumínio
laminado. Serve para prevenir perdas de calor no
colector principal..

Anel de Compressão: com 12mm ∅ para
entrada e retorno. Para ligações fáceis e seguras
das tubagens.

Reflector CPC: altamente reflector e resistente
ás condições atmosféricas, que por detrás dos
tubos de vácuo, ajuda a aumentar a sua
eficiência. Este reflector direcciona os raios
solares incidentes para o absorsor.


Colectores de tubos de vácuo: …..
Vantagens:
 Apresentam boa eficiência, mesmo com elevadas diferenças de temperatura entre o absorsor e o
meio envolvente (p.e. no verão);
 Apresentam boa eficiência com baixa radiação (p.e. no inverno);
 Suportam cargas térmicas com mais eficiência do que os colectores planos;
 Atingem elevadas temperaturas, possibilitando a utilização em sistemas de ar condicionado e
produção de vapor;
 Facilmente transportados para qualquer local (apresentam um peso baixo e podem ser
montados no local da instalação);
 Através da afinação das placas absorsoras (na montagem, na fábrica ou durante a instalação)
estas podem ser alinhadas em direcção ao sol (no caso de certos produtos);
 Os colectores de tubos de fluxo-directo podem ser montados horizontalmente num telhado plano
(ligado em série), providenciando menores perdas térmicas, devido ao vento e menores custos de
instalação evitando-se a remoção de material do telhado e mantendo a sua estrutura intacta.

Colectores de tubos de vácuo: …..
Desvantagens:
mais caros do que um colector plano;
Alguns tipos não podem ser utilizados numa instalação no telhado;
Não podem ser usados para instalações horizontais no caso dos sistemas de tubos de
calor (inclinação no mínimo 300
).

http://energiasrenovaveis.com/images/upload/flash/anima_como_funciona/solartermico10.swf
 Energia solar Térmica: AQS

Componentes principais de um sistema solar térmico para AQS
·Colector – Superfície absorsora que capta a radiação solar e a transforma em energia térmica
mediante aquecimento do fluido térmico que circula no seu interior.
·Termoacumulador – 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.
·Vaso de expansão – Sistema de segurança activo. Sempre que há um aquecimento a água varia de
densidade aumentando o seu volume/pressão. O Vaso de expansão funciona absorvendo parte desse
aumento de pressão evitando que ocorram falhas no funcionamento normal do sistema.
·Válvula de segurança – Sistema de segurança passivo. Assegura a descarga do circuito primário do
sistema solar caso a pressão de funcionamento exceda o valor suportado pelos restantes componentes
do circuito.
·Sistemas auxiliares de apoio – Em alturas em que a radiação solar é insuficiente para suprimir as
necessidades é utilizado um equipamento auxiliar de apoio (caldeira, esquentador, resistência eléctrica).

Associação de colectores solares
O conjunto de captação é formado pelos colectores, respectivos elementos de fixação e demais acessórios. Num
conjunto de captação todos os colectores deverão ser do mesmo modelo. O campo de colectores compreende o
espaço físico onde se encontram, contando com as zonas que devem ficar livres para evitar sombras e facilitar a
manutenção. A limitação da superfície disponível, assim como a forma que esta pode ter, fazem com que haja
necessidade de encontrar soluções engenhosas que permitam colocar o número de colectores precisos, através de
combinações série-paralelo, formando filas que por sua vez se interligam também em paralelo. Como regra geral,
para uma distribuição uniforme do caudal é preciso que todas as filas de colectores tenham o mesmo número de
colectores para assegurar perdas de carga iguais em todas elas, sem aumentar os custos com acessórios.
Do ponto de vista funcional, deve-se considerar o seguinte:
· A instalação deve assegurar o percurso hidráulico seja o mesmo para todos os colectores, de forma a que se
obtenham perdas de carga similares e em consequência caudais semelhantes em todos eles. O caudal nos
colectores não deve baixar de 0,8l/m2
por minuto. desta forma assegura-se um coeficiente de transmissão de calor
adequado entre a placa absorsora e o fluído. Os valores óptimos situam-se á volta de 1dm3
por minuto e por m2
de
superfície.
· O comprimento das tubagens de condução deve ser o mais curto possível para diminuir as perdas hidráulicas e de
calor. As perdas de calor nas tubagens e acessórios devem reduzir-se ao mínimo, evitando zonas mal isoladas.
Deverão existir dispositivos que impeçam a formação de bolsas de vapor ou ar. A disposição dos colectores deve ser
tal que permita a sua montagem e desmontagem. Os grupos de colectores podem interligar-se de 3 formas: série,
paralelo ou paralelo de canais.

Associação de colectores solares: Ligação em série
· Neste caso o caudal de circulação é igual em todos os
colectores. A circulação em série permite menos
caudais, secções de tubagens mais pequenas e
trajectos mais curtos, o qual reduz os custos de
instalação e operação.
· A ligação em série de colectores ou de filas de colectores, conduz a um aumento da
temperatura da água produzida, mas diminui o rendimento da instalação, pelo que poucas
vezes se adoptam estas soluções (apenas quando se pretendem temperaturas acima de
50o
C ou quando se pretende reduzir o tempo de aquecimento).
· É normal haver valores de típicos de perda de rendimento de um colector para o anterior
de 8%. Neste caso o caudal de circulação é igual em todos os colectores. A ligação de
entrada a cada fila realizar-se-á pelo tubo de ligação inferior do primeiro colector e a saída
pelo tubo de ligação superior do último colector da linha. Para determinar o número
máximo de colectores que podem ser ligados em série é preciso ter em consideração que a
temperatura nos últimos pode ser elevada e provocar danos nos materiais ou a formação
de vapor no circuito, pelo que importa observar e conhecer as recomendações de fábrica.

Associação de colectores solares: Ligação em paralelo
· A ligação de colectores em paralelo proporciona
comportamentos térmicos similares em todos eles
sempre que o número em cada fila não supere os
valores estabelecidos pelo fabricante.
· Fixar este número não é possível, mas a experiência mostra que pode ser admissível um
número máximo de 10 colectores, embora poucas vezes se ultrapassem os 4 colectores.
· O traçado realizar-se-á de modo a que o tubo geral de retorno, pelo qual circula o fluído
aquecido, tenha o percurso mais curto possível. Assim, é mais conveniente a alimentação
invertida.
· A ligação em paralelo proporciona maior rendimento, porém aumenta também o diâmetro
e comprimento das tubagens pois o caudal total é a soma dos caudais em todos os
colectores. Aumenta também o número de acessórios da instalação de bombagem o que
encarece a instalação.
· Deve-se dispor as ligações de forma a realizar a denominada alimentação ou retorno
invertido, para que o circuito resulte hidraulicamente equilibrado.

Associação de colectores solares: Ligação paralelo de canais
· A ligação em paralelo poderá ser feita em paralelo de canais, com a
vantagem de necessitar de um menor comprimento de tubagens. O
número máximo de colectores ligado em paralelo de canais será 4.
· Nestes, a instalação é simples e de baixo custo. Apresentam bom rendimento e baixa perda de carga.
Este tipo de ligação depende do tipo de colector.
Associação de colectores solares: Ligação em bateria
· A ligação em bateria é muito utilizada para grandes instalações e
deverá obedecer a algumas regras de arte:
Nas montagens de duas linhas de colectores ligadas em série, a
entrada da segunda linha será realizada directamente, sem nenhuma
válvula de corte intermédia, instalando-se uma válvula de drenagem
para esvaziá-lo em caso de avaria do grupo.
Na instalação deve-se aplicar no ponto mais alto de cada uma das linhas de colectores, um purgador
de ar que permita purgar o ar quando necessário.
A instalação da sonda de temperatura far-se-á na saída da linha de colectores seleccionada,
verificando que o sensor penetre o máximo possível para detectar a temperatura real do fluído no
interior da placa absorsora.

Sistema doméstico : colectores solares térmicos
Armazenamento de energia
O calor resultante da conversão térmica da radiação solar é armazenado num depósito de
acumulação. A ligação e transferência de calor entre o colector solar e o depósito, é efectuada por um
circuito hidráulico de acordo com uma das seguintes configurações:
·Circuito directo (Fluxo directo)
Apropriado para:
Climas temperados (temperaturas da noite / inverno > -10o
C - criaria gelo e danificaria o sistema).
Dureza da água (conteúdo mineral) baixa, caso contrário irá formar calcários no colector.
 Aplicações domésticas ou comerciais.
 fluido que circula nos colectores solares é a água de consumo. O circuito
directo acarreta problemas de corrosão e calcificação das tubagens, pelo
que se encontra em desuso.
Vantagens
· Transferência de calor eficiente, uma vez que não necessita de permutador de
calor.
· Permite simples adaptação do tanque de água quente existente.
Desvantagens
· Normalmente não é adequado para regiões muito frias. (certos modelos de sistemas podem permitir
o fluxo directo de trabalhar mesmo em climas frios).
· Não é adequado para áreas com água de dureza elevada porque se formará calcário colector solar.

Armazenamento de energia: Circuito primário ( circuito fechado – Closed loop)
· Nos colectores circula um determinado fluido térmico, em circuito
fechado e com permuta térmica para o circuito de consumo
(secundário) num permutador de calor interior ou exterior ao
depósito.
Apropriado para:
Climas frios(temperaturas da noite / inverno  -10o
C ).
Áreas de água de elevada dureza que poderia causar a corrosão do cobre, ou
formação de incrustações no colector.
Aplicações domésticas ou comerciais.
As aplicações comerciais quando o líquido final a ser aquecido não é a água
potável.
Vantagens
· Projectado para suportar temperaturas de congelamento.
· Pode proteger o colector de corrosão em zonas de águas de elevada dureza.
· Indicado para aplicações comerciais tais como SPAs, aquecimento de piscinas, aquecimento industrial,
etc. - Pode resistir a condições estagnantes sem dissipação de calor…

Armazenamento de energia: Circuito primário ( circuito fechado – Closed loop)
Desvantagens
· Não é tão eficiente como o sistema de fluxo directo, devido à
necessidade de se utilizar um permutador de calor.
· Em regiões frias, o líquido anticongelante deve ser verificado e
trocado periodicamente (a cada 2-5 anos). Em regiões quentes pode
usar apenas água.
· O custo do sistema é maior devido à necessidade de :
• Um Permutador de calor (normalmente baseado em
anticongelantes propileno glicol).
• Estação de bombagem mais complexa (válvulas de
carga/descarga, válvulas de alívio de pressão, separador de ar,
etc.).
Um Permutador de calor da bobina é normalmente a melhor escolha para aplicações domésticas. Um
permutador de calor exterior pode ser escolhido para uma aplicação doméstica se é para ser utilizado
o tanque existente, evitando assim a necessidade de compra de um tanque dedicado. As aplicações
comerciais também utilizam vulgarmente um permutador de calor externo que pode ser facilmente
dimensionado para satisfazer as exigências da permuta de calor.

Sistema de Termossifão
· Estes sistema é compostos pelo colector solar, depósito
acumulador, purgador, vaso de expansão e outros pequenos
acessórios.
· O mesmo fluido a temperaturas diferentes tem também densidades diferentes, quanto maior é a sua
temperatura menor a sua densidade. Por isso, quando se aquece um fluido, este tem tendência a
estratificar-se ficando a parte mais quente na zona superior.
· No sistema de termossifão a água aquecida pelo Sol no colector, sobe "empurrando" a água mais fria
do depósito, forçando-a a tomar o seu lugar, descendo, para subir novamente quando, por sua vez for
aquecida.
· A circulação em termossifão acarreta o risco de circulação inversa.
· Para evitar a circulação inversa deve ser introduzido um
desnível entre o topo do colector e o fundo do depósito (cerca
de 30 cm).
2
2
1
C
E


 


Ρ1= Densidade da água antes de aquecer (kg/m3).
Expansão:
Ρ2= Densidade da água antes de aquecer (kg/m3).
C=Volume de água no sistema (m3).
E =Expansão (m3
).

Aquecimento eléctrico
suplementar
água fria
água quente
Suporte (Telhado)
Tanque de armazenamento
de alta pressão
Isolamento térmico
Folha de vidro ou Plástico
Placa absorvedora
(revestida a preto)
Permutador de calor
(tubo em contacto térmico com a placa
absorvedora)
· Vista de corte lateral de um colector solar de fluxo directo
Depósito

· Os directos são assim apelidados pelo facto da água de
consumo ser aquecida directamente nos colectores. Têm
uma eficiência de permuta térmica = 1, são económicos e
fáceis de instalar.
· Estes sistemas (tal como o de circulação forçada), podem ser
caracterizados por directos e indirectos.
·Por não usarem fluído anticongelante existe o perigo de congelação da água dos colectores causando
o seu rebentamento. Também desvantajoso é o facto de reunirem as condições ideais para a
ocorrência de corrosão.
· Os indirectos possuem dois circuitos e a água de consumo não circula nos colectores solares. No
circuito primário existe um fluído anticongelante e anticorrosivo (Glicol) que circula nos colectores e
depósito em circuito fechado. Estes têm a vantagem de prevenirem o congelamento e têm uma
pressão inferior à da rede. No entanto têm uma eficiência de permuta inferior a 1 (devido ao
permutador de calor), para além de serem mais caros e exigirem uma instalação mais cuidada.
· Existem outras soluções com o depósito ao nível do campo dos colectores, usando válvulas
electrocomandadas que, à noite ou nos períodos diurnos sem sol, impeçam o retorno aos colectores
de água quente do depósito, arrefecendo aquele. No entanto esta solução é mais complicada e falível
que a do sistema com circulação forçada…

· A circulação do fluido é fornecida exclusivamente
pelo aquecimento do mesmo, o que implica uma
redução da sua densidade gerando assim um fluxo
convectivo na direcção do topo (sistemas passivos,
sem partes móveis).
Quente
Frio
Sistema de Termossifão - Funcionamento
· A circulação natural do fluido tem de ser
facilitada pela colocação do tanque de
armazenamento numa posição mais elevada
do que o colector.
· São normalmente caracterizados por um
tamanho limitado (2-4 m²) e comercializado
como sistemas “feitos de fábrica“ (factory made
systems).
· Geralmente tem um esquentador auxiliar (back-
up) eléctrico e integrado no tanque de
armazenamento.

    15
12 10  

11
  14
16
13
Sistema de Termossifão: Características do Depósito - Circuito directo sem permutador de calor
 Cilindro: aço laminado a frio de 2.5mm de espessura, norma DIN 4753.
 Permutador de calor : envolvente (Dupla câmara): aço laminado a frio, com 1.5mm de espessura.

 Revestimento exterior: liga de alumínio naval / aço galvanizado pré pintado.
 Protecção do Cátodo: através de ânodos de magnésio para uma protecção eficaz contra a corrosão.
 Grande flange redonda: com protecção de borracha, design inovador e inteligente, para a rápida
remoção de minerais, rápida troca do ânodo e acesso imediato aos componentes eléctricos.
 Completa vedação, com materiais não tóxicos.
 Aquecimento eléctrico, suplementar.
 Termóstato com regulação automática, com protecção bipolar e fusível auxiliar.
Cobertura de protecção: configurada para assegurar a ventilação adequada da seção eléctrica.
10
Entrada de água fria: tubo de cobre de 1/2” BSP com rosca macho.
11
Saída de água quente: tubo de cobre de 1/2” BSP com rosca macho.
12
13 Entrada da dupla câmara: 3/4” BSP com rosca macho.
Sistema de Termossifão: Características do Depósito
 Isolamento térmico: poliuretano expandido, ecológico, de alta densidade.

Sistema de Termossifão: Características do Depósito - Circuito indirecto cem permutador de calor
Circuito fechado de inércia
não pressurizado
Entrada de água
fria
Saída para o
Colector
Isolamento em
poliuretano
Permutador em
aço inox de água
de consumo
Resistência
Eléctrica
Entrada do
Colector

Solar Thermal Energy
Directo (open loop) Indirecto (close loop)
Passivo
Activo
(forçado)
Utilizador
(Termossifão)
Utilizador Utilizador
Permutador
de Calor
Utilizador

Sistema de Termossifão - Esquema
http://dicasesquemas.blogspot.pt
· Desenho do esquema de princípio de instalação de um sistema solar térmico em
termossifão pressurizado, de painel ( colector ) plano com apoio de um esquentador
preparado para sistemas solares.

· O rendimento do sistema é, deste modo, dado pela relação:
· O desempenho do sistema solar térmico,
composto pelo colector solar, pelo circuito
hidráulico e pelo depósito de acumulação,
pode ser calculado, de forma simples, através
da comparação entre a radiação solar
disponível num período de tempo e o aumento
de temperatura da água no interior do
depósito.
t
t
i
f
p
d
Acol
G
T
T
C
m
.
.
)
.(
. 


Em que:
·m = Representa a massa de água, em [kg].
·Cp = Representa o calor específico a pressão constante da água, igual a 4185.
·Tf =Representa a temperatura final da água, em [ºC].
·Ti = Representa a temperatura inicial da água, em [ºC].
· Gt = Representa a radiação global no plano do colector, em [W/m2],que para um dia com céu
limpo, cerca das 12 h, apresenta valores entre os 800 e os 1000 W/m2.
·Acol = Representa a área colectora (do absorsor) em [m2]

Vantagens Termossifão
•Não requerem energia eléctrica.
•Simples e de baixo custo.
•É mais utilizado em sistemas unifamiliares
de baixa potência em zonas com baixo
risco de congelamento.
Desvantagens Termossifão
•Dificuldade em fazer a circulação em sistemas de alguma dimensão.
•O depósito tem sempre que se situar acima dos colectores.
•Não permite a regulação da temperatura do depósito.

· Existem várias razões que podem levar a optar-se por este tipo de sistema. Quando a circulação por
efeito termodinâmico não é possível, de baixo rendimento, por uma questão de limitação da
capacidade dos termoacumuladores do sistema de termossifão face as necessidades, ou até mesmo
por uma questão meramente estética de espaço para o depósito, recorre-se ao sistema de circulação
forçada, sendo necessária a utilização de uma bomba hidráulica para fazer o transporte do fluído entre
os colectores e o depósito termoacumulador. A bomba poderá ser comandada por um sistema de
controle automático (o comando diferencial).
· O sistema de controlo (comando diferencial) está regulado de modo a pôr a bomba em funcionamento
logo que a diferença de temperatura (Tout - Tdep) entre os colectores e o depósito seja de 5 ºC.
· Este sistema é compostos pelo colector solar, depósito acumulador, bomba electrocirculadora,
controlador diferencial, purgador, vaso de expansão e outros pequenos acessórios.
Sistema de Circulação forçada
· Este tipo de sistema geralmente tem o tanque de água separado dos painéis solares colectores,
permite portanto ter o tanque ao nível do chão, em qualquer compartimento da casa, e os painéis no
telhado. Ao contrário do sistema de termossifão a água circula no sistema graças a uma bomba de
água controlada electronicamente permitindo assim na maioria dos casos uma maior eficiência, já que
o sistema pode calcular quando é que é necessário ter água a circular (e com que caudal) ou não. Não
havendo assim muito desaproveitamento de energia.

Bomba de
Circulação
Permutador
de calor
Tanque de água
quente
Sistema
auxiliar
(*)
Água quente sanitária
Sensor de
Temperatura
Colector solar
Rede da abastecimento
de água
Sistema de Circulação forçada - Esquema
Bomba de
Circulação
(*)
• Termoacumulador eléctrico.
•Esquentador a gás.
•Caldeira .
•Recuperador de calor, etc.
Unidade de controlo
Painel fotovoltaico
· Como nos sistema de termossifão, também neste caso podem
ser directos ou indirectos. A diferença entre eles é que os
indirectos usam um permutador no circuito primário. De
salientar que estes sistemas para funcionarem dependem de
energia eléctrica podendo ser de origem fotovoltaica. São
mais dispendiosos para o uso doméstico com baixos
consumos, pelos maiores custos iniciais de instalação em
relação aos sistemas de termossifão.

· Esquema de princípio de funcionamento de
um sistema solar térmico de circulação
forçada apoiado por uma resistência eléctrica
com painel solar de tubos de vácuo.

· Sistema com duas bombas
circuladoras no circuito do
recuperador de calor.
· Esquema de princípio de um sistema de aquecimento central por radiadores
e águas quentes sanitárias.
· Composto por um recuperador de calor a água (com caldeira a lenha ou
biomassa " pellets etc." ) com um depósito ( cilindro, termoacumulador) com
dois permutadores de serpentina um para o recuperador e o outro para um
sistema solar térmico de circulação forçada, os dois vão fazer o aquecimento
águas sanitárias.

http://www.met.pt/portfolio/obra-hhhhh/

Sistema de Circulação forçada (Drain back)
· O sistema solar térmico "Drain Back", tal como o nome indica, caracteriza-se pelo facto de
o sistema recolher o fluído do circuito primário sempre que necessário, protegendo a
integridade do sistema. O sistema faz a drenagem automática do fluído do circuito
primário protegendo o equipamento de temperaturas extremas, sejam geadas ou altas
radiações solares.
· Composto por colectores solares de alto desempenho, depósito termoacumulador, grupo de
controle e bomba circuladora como qualquer outro sistema de circulação forçada, há ainda
a salientar o facto de o termoacumulador funcionar sobre um princípio um pouco diferente.
Ao invés dos sistemas comuns, neste, o fluído do circuito primário ocupa a quase totalidade
do depósito. Sendo assim a água para consumo circula no seu interior por meio de
serpentina, onde acontece a permuta térmica.
· A instalação destes sistemas é em tudo semelhante a qualquer outra de um sistema de
circulação forçada. Este sistema assegura uma maior longevidade aos equipamentos e
nalguns casos os colectores solares estão dotados de tubagem fina que impede o
aparecimento de Legionela. No entanto é uma opção economicamente mais dispendiosa.

Permutador
de calor
Depósito de
água quente
Sistema
auxiliar
(*)
Água quente sanitária
Rede da abastecimento
de água
Sistema de Circulação forçada (Drain back - Esquema)
Reservatório
Drain-back
(*)
• Termoacumulador eléctrico.
•Esquentador a gás.
•Caldeira .
•Recuperador de calor, etc.
Permutador
de calor
Sensor de
Temperatura
Colector solar
Bomba de
Circulação
Unidade de controlo
Painel fotovoltaico
Bomba de
Circulação
Bomba de
Circulação
Sensor de
Temperatura

Credit: Rheem Manufacturing Company
Sistema de Circulação forçada (Drain back)
 Reservatório Drain-back.
 Colectores solares.
 Sistema de controlo.
 Bomba de circulação.
 Vazo de expansão.
6
 Depósito de água quente
(c/s sistema backup).

Vantagens
· Permite a colocação do depósito em qualquer local.
· Permite a regulação da temperatura do sistema através da acção da bomba circuladora.
· Mais utilizado em sistemas multifamiliares.
Desvantagens
· Reque energia (se possível fotovoltaica).
· Custo mais elevado.
· Maior complexidade.

Sistema doméstico : aquecedor solar com tanque de alta pressão
· Apesar de existirem diferentes sistemas de aquecimento solar de
água, na sua generalidade o sistema consiste de um painel solar
térmico que contêm tubos em cobre no seu interior, dentro desses
tubos circula um liquido ou gás (não tóxico) especialmente
seleccionado pelas suas características termodinâmicas, que se
movimenta lentamente dentro do tubo de cobre, absorvendo assim
o calor que existe nos tubos (proveniente da energia do sol).
Dependendo do colector utilizado (fabricante, modelo, etc.) a
temperatura do líquido pode mesmo atingir os 200ºC.
· Quando o líquido se encontra suficientemente quente, é
transferido para um permutador de calor. O
permutador de calor consiste de um cilindro de água
semelhante ao utilizado para aquecer a água do
chuveiro, mas em vez de utilizar resistências eléctricas
para aquecer a água dentro do cilindro, é utilizado o
calor elevado a que se encontra o fluído que circula
dentro dos tubos de cobre. Assim, o fluído nunca entra
em contacto com a água, e a água é aquecida pela
transferência de calor do cobre para a água.
· A água aquecida é mantida num tanque
isolado termicamente, assim, mesmo que a água
tenha sido recolhida no dia anterior, ainda pode
ser usada para tomar banho na manhã seguinte…

Sistema doméstico : Algumas questões
· Uma família com 5 membros, planeia instalar um aquecedor solar de água, que é usado
principalmente para o banho. A temperatura da água quente necessária para o banho é
de 50 , enquanto a temperatura média anual de água fria é de 23 . Assumindo que
℃ ℃
cada pessoa precisa de 60 litros de água quente para tomar um banho por dia. Quanto
calor deve ser fornecido pelo aquecedor solar de água, para satisfazer as necessidades
de água quente da família, para banhos?
Exemplo1:
(Nota: Calor específico da água Cp assume-se ser 1 kcal/kg-℃, e a densidade da água é 1 kg / l. )
Resposta 1:
T
C
M
Q p 



•Q = Calor necessário.
•M= Quantidade de água quente.
•Cp= Calor específico da água.
•T= Diferença de temperatura entre a água fria e a água quente.
 
 
dia
kcal
8100
C
23
C
50
C
kg
kcal
1
5pessoas
dia
pessoa
kg
60
C
23
C
50
C
kg
kcal
1
pesssoas
dia
pessoa
l
60
Q




































 5

Exemplo2:
(Nota: 1cal = 4,186J = 4,186 W × s).
Resposta 2:
•Qc= Calor fornecido pelo colector.
•H= Insolação acumulada diária.
•A= Área efectiva do colector.
•= Eficiência do aquecedor solar de água.
· Um aquecedor solar de água, está equipado com uma área de recolha eficaz de 1m2, e o
insolação acumulada diária pelo colector é de 4 kWh / m2 por dia, em Fevereiro. A
eficiência média do aquecedor solar de água é 0,5, quantas quilocalorias (kcal) de calor
podem ser recolhidas por este aquecedor solar de água durante um dia?



 A
H
Qc
5
0
1m
dia
m
kWh
4
Q 2
2
c ,
.



dia
kJ
7200
dia
3600s
s
kJ
2
dia
kWh
2 


.
dia
kcal
1720
dia
kcal
186
4
1
7200 

,

Exemplo3:
Resposta 3:
•Qc= Calor fornecido pelo colector.
•Q= Quantidade de calor necessário.
•A= Área efectiva do colector.
· A necessidade mínima de calor é de 8100 kcal / dia, e há um certo painel solar, que pode
fornecer 1720 kcal / m2
/ dia, de calor. Com a ausência de dispositivo de aquecimento
auxiliar, calcular a área de insolação necessária para a instalação de painéis solares.
· Se a área efectiva de cada painel solar é de 0,8 m2, quantos peças painéis solares devem
de ser instalados para colectar o calor necessário?
c
Q
Q
A  2
764m
4
dia
m
kcal
1720
dia
kcal
8100
A ,
2



painéis
6
5,955
0,8m
764m
4,
2
2



Exemplo4:
Resposta 4:
· A partir de dados meteorológicos, a insolação diária acumulada média em Tainan
(Taiwan) é de 420 ly / dia (ou seja, 420 Langley / dia). Para um colector solar virado a Sul,
com uma área de 2 m2
e um ângulo de inclinação de 0 graus, qual é a insolação diária
acumulada sobre a superfície do colector? (Em kWh e kcal, respectivamente)
2
2
2
2m
dia
cm
cal
420
2m
dia
ly
420 


.
(Nota: ly = Langley = cal/cm2
).
dia
kcal
4200
2m
dia
m
10000
1
kcal
1000
1
420
(1) 2
2



.
dia
kWh
2m
dia
m
10000
1
hr
kW
1000
4,186
420
2m
dia
m
10000
1
s
4,186W
420
(2) 2
2
2
2
767
,
9
.
3600
1
.
.
.






Sistema Solar Termodinâmico
· Os colectores solares térmicos são a melhor fonte de calor para aquecimento em dias de sol com
temperaturas elevadas, mas tornam-se completamente ineficazes sempre que o sol está ausente. A
tecnologia solar termodinâmica, através de um esquema físico idêntico ao de um vulgar sistema
solar térmico de circulação forçada e partilhando de alguns componentes de uma bomba de calor,
conseguiu superar as limitações das duas tecnologias incompletas referidas.
·O Sistema Solar Termodinâmico alia duas tecnologias incompletas, a bomba de calor e o
colector solar térmico.
· As bombas de calor são equipamentos bastante eficientes, mas o calor que produzem proveniente da
sua componente renovável varia unicamente segundo as oscilações da temperatura do meio
ambiente.
· O gás passa então através de um compressor que aumenta a temperatura e, finalmente, através de
uma serpentina de permuta de calor no interior do reservatório de água quente. Isto aquece a água
no cilindro a 55 graus. Estima-se que cerca de um quarto da energia absorvida por um painel vem da
radiação solar, o resto do ar e da chuva.
· Apesar de serem painéis, estão mais perto de uma bomba de calor, do que de um painel solar
térmico. Eles são, basicamente, um frigorifico no sentido inverso. O refrigerante entra no painel e ao
passar por ele absorve o calor da atmosfera e torna-se um gás.

O calor é recolhido do
meio ambiente Água quente
Água fria
Depósito de água quente
Válvula de expansão
Painel Termodinâmico
Sistema Solar Termodinâmico

Sistema Solar Termodinâmico: Principio funcionamento
· O sistema termodinâmico funciona com base num ciclo
de compressão / descompressão, tendo como principais
elementos o painel e o compressor. Entre estes dois
componentes circula um fluído ecológico, em circuito
fechado, que entra no painel no estado líquido e à
temperatura de -20o
C.
No painel, o fluído absorve calor do meio envolvente (sol, chuva e vento), aumenta a sua
temperatura e passa ao estado gasoso.
No compressor, o gás é pressurizado e eleva ainda mais a temperatura. A energia contida
no gás é transferida para a água no…
O condensador, transfere a energia contida no gás, para a água … e o gás retorna ao
estado líquido.
 Na válvula de expansão o gás líquido volta ao seu nível de pressão inicial.
http://www.climaconforto.pt/images/OCHSNER_Exemplo_Ciclo_frigorifico.gif

O refrigerante (R134A) (C2H2F4) que tem um baixo ponto de ebulição - 26,1 ° C), o líquido é injectado na válvula de
expansão e circula no painel termodinâmico. O líquido absorve a radiação solar e o calor ambiente através do qual
se evapora.
O compressor comprime o gás quente e aumenta a temperatura e pressão.
Este gás quente entra no condensador de enrolamento espiral, sobre o tanque e, assim, transfere o calor para o
recipiente do tanque de água aquecida.
Os gases quentes ao passarem pelo condensador, perdem pressão e temperatura. Além disso voltam ao estado
líquido, que flui de volta para o reservatório do fluido de refrigeração através da válvula de expansão e de novo
regressa aos painéis em novo ciclo.
Sistema Solar Termodinâmico: funcionamento
http://www.energy-panel.cz/cz/jak-to-funguje/
Água quente
Água fria
Energia
Eléctrica

Sistema Solar Termodinâmico: Os Painéis termodinâmicos…
Painel direito
Painel Esquerdo

Sistema Solar Termodinâmico: Bloco Termodinâmico










 Reservatório de água quente .
 Condensador .
 Serpentina de optimização suplementar.
 Resistência cerâmica +Termostato+ sensor Temp.
 Ânodo de Magnésio.
 Isolamento de alta densidade.
 Revestimento exterior.
 Bloco termodinâmico.
Tampa/cobertura.
 Controlador electrónico. Entrada de água fria
Tomada eléctrica

Sistema Solar Termodinâmico: Várias opções…

Sistema Solar Termodinâmico: Painéis Termodinâmico
Vantagens
•Pouco dependente da luz solar para funcionar.
•Fabricado em alumínio anodizado, com lacagem flexível.
•Baixo peso - apenas 8 kg. Fácil de transportar e instalar.
•Sem presença de vidro, borrachas ou materiais de desgaste fácil.
•Sem problema de sobre aquecimento ou congelamento.
•Elevada resistência a ambientes salinos e à humidade.
•Pode ser instalado com uma inclinação entre os 10 e os 85 graus, o que permite
a sua adaptação a telhados, paredes e jardins.
•A eficiência do painel não diminui com o tempo ou sujidade.
•Vida útil estimada em 25 anos.
Desvantagens
•Preço.
• Pode não ser tão eficiente quanto parece, uma vez que precisa de estar ligado a uma
tomada eléctrica para fazer funcionar o compressor, e depender não da luz solar mas
mais da temperatura ambiente... Que quanto maior melhor!

Sistema doméstico : Bombas de calor – Princípio de funcionamento
· O princípio de funcionamento de uma bomba de calor é semelhante ao principio de funcionamento
uma máquina frigorifica, isto é, a bomba de calor utiliza o ciclo de evaporação e condensação de um
gás de forma a aproveitar a energia do ambiente para aquecer ou arrefecer um circuito hidráulico….

Uma bomba de calor transfere calor de um lugar para outro:
· No Inverno, transporta calor do exterior para o interior.
· No Verão, quando se trata de um equipamento reversível,
movimenta calor na direcção contrária, para arrefecer o
espaço.
· A diferença entre uma bomba de calor e uma máquina frigorifica reside no facto de que
enquanto a máquina frigorífica se destina a manter um determinado meio a uma
temperatura inferior à temperatura ambiente, retirando calor àquele meio e cedendo-o
ao ambiente, a bomba de calor é projectada para ceder calor a um dado meio, que
precisa de ser aquecido de modo a manter a sua temperatura superior à temperatura
ambiente.

http://www.uclm.es/profesorado/porrasysoriano/animaciones/bomba_de_calor.swf

http://www.dimplex.de/fileadmin/dimplex/downloads/animationen/waermepumpe.swf

Sistema doméstico : Bombas de calor – Composição
  
Água fria
Água quente






 Compressor
 Acumulador
 Válvula de expansão
 Evaporador
 Ventoinha
 Tanque de água quente
 Condensador
 Ânodo
 Resistência eléctrica auxiliar

Ventoinha
Sistema doméstico : Bombas de calor – Composição
Entrada de água fria
Tanque de água
Bobine do Condensador
Isolamento
Ar frio
Ar quente
Ar quente
Ar frio
Compressor
Evaporador
Ventoinha
Acumulador
Válvula de expansão

Sistema doméstico : Bombas de calor – Funcionamento
 Entrada de ar quente
 Saída de ar frio
 Serpentinas de cobre absorvem o
calor doar transformando o liquido
refrigerante em gás.
/ O compressor comprime o
refrigerante gasoso que ainda
aquece mais e vai para a bobine
do condensador.
 No condensador o calor quente do
refrigerante é transferido para a
água que aquece…
O refrigerante gasoso passa
através da válvula de expansão,
onde a sua temperatura baixa ,
voltando ao estado líquido
Ventoinha
Evaporador
Água fria
Água
quente

Sistema doméstico : Bombas de calor – Funcionamento reversível
http://www.dimplex.de/fileadmin/dimplex/downloads/animationen/revwp.swf

Sistema doméstico : Bombas de calor – de arrefecimento passivo
http://www.dimplex.de/fileadmin/dimplex/downloads/animationen/kuehlung-passiv.swf

Sistema doméstico : Bombas de calor/Painéis solares
· A grande área de superfície do permutador de calor permite a operação contínua da bomba (sem
starts stop), trabalhando com uma diferença de temperatura satisfatória (fornecimento e retorno).
oferecendo até quatro vezes a economia de electricidade por dia, com pouca ou nenhuma luz do sol
ou quando os requisitos de água quente são muito maiores do que pode ser oferecido por um painel
solar, mesmo com pleno sol.
Bomba de calor
Colector solar indirecto
Permutador de calor
Água quente
Depósito c/ Permutador

Sistema doméstico : Bombas de calor - vantagens
· Eficiência de cerca de 300% (dizem) - As bombas de calor têm uma eficiência de cerca de 300%, o
que significa que por cada unidade de energia utilizada pela bomba de calor em funcionamento, são
geradas três ou mais unidades de calor para utilização. Poupança entre 70 a 75% em relação a
sistemas com caldeira a gasóleo e/ou caldeira a gás propano. O consumo de energia eléctrica de
uma bomba de calor é muito reduzido.
· Independência - Uma vez que as bombas de calor funcionam extraindo o calor disponível do ar
exterior, as variações dos preços dos combustíveis fósseis (gás e gasóleo) não se reflectem nos custos
de exploração deste tipo de equipamentos, com excepção dos 25% de consumo eléctricos associados.
Utilizar uma solução de bomba de calor integrada para arrefecer e aquecer um edifício também pode
traduzir-se num investimento inicial inferior e em procedimentos de funcionamento e manutenção
mais simples.
· Conforto - Alguns tipos de equipamentos permitem a sua utilização durante todo o ano ao
comtemplarem a função de aquecimento e arrefecimento. Possibilidade de controlo de temperatura
em todas as divisões da casa. Sistema limpo, sem existência de chaminés para exaustão de fumos.
Sem necessidade de reabastecimentos de depósitos de combustível.
· Economia - A opção por uma bomba de calor é uma solução viável e económica.
Independentemente do sistema de aquecimento utilizado para aquecimento do ambiente ou
aquecimento das águas sanitárias, esta é uma das soluções mais eficientes e rentáveis no mercado.

Parede Solar
Ar interior
O calor perdido
através da parede
é trazido de volta
pela ar de entrada
Espaço de ar sob
pressão negativa.
Pequeno furo.
O ar exterior é aquecido ao
passar esta barreira.
chapa perfilada fornece camada limitadora do vento.
Sistema HVAC
Sistema de by-pass no verão
Sistema doméstico : Colectores solares de ar transpirado
A luz solar bate no revestimento metálico
escuro perfurado, que se aquece.
Ar ambiente


Um ventilador de circulação puxa o ar
através das perfurações por detrás do
revestimento de metal, aquecendo o ar, o
qual é então puxado para dentro do
edifício para a distribuição.
Absorsor perfurado
Câmara de pressão
Ar aquecido
 Sistema activo de aquecimento de ar

 Sistema activo de aquecimento de ar
Sistema doméstico : Colectores solares de ar transpirado
· O colector solar transpirado é uma tecnologia de aquecimento solar comprovada, mas ainda
emergente. Este tipo de tecnologia é melhor para o aquecimento do ar e ventilação espaços interiores.
Ele também pode ser aplicado a várias aplicações industriais e agrícolas, tais como a secagem de
cereais.

Industria da Energia Solar Térmica Centrais Térmicas Solares (CTS)
· Em comparação com outras tecnologias de energia renovável, a indústria de energia solar térmica é
uma indústria relativamente nova com uma experiência operacional limitada. O rápido crescimento
ao longo dos últimos anos levou a um rápido desenvolvimento em tecnologia de energia solar
concentrada (CTS) e para um aumento da escala e complexidade dos projectos e riscos associados.
· A partir de um estudo da Agência Internacional de Energia estima-se que até 2050 as CTSs poderiam
fornecer 11,3% da electricidade global em comparação com uma estimativa de 9,6% a partir de
energia solar. Nos países mais ensolarados, as CTSs podem se tornar numa fonte competitiva de
energia em massa nos pico e cargas intermédias até 2020, e de energia de base por volta de 2025-
2030.
· Em Portugal não existe nada do género, mas sim na vizinha Espanha que tem sido pioneira nesta
tecnologia.
· As centrais CTSs usam grandes campos de espelhos - por vezes, 100.000 ou mais espelhos -
controlados por sistemas de rastreamento sofisticados para reflectirem e concentrarem a luz solar
numa linha focal (por exemplo, colectores parabólicos) ou um ponto focal (por exemplo, torre solar)
para aquecer um fluido e produzir o vapor que acciona uma turbina e gera electricidade.
· Uma Central Térmica Solar ou Central Termosolar, é uma instalação industrial em que, a partir de um
fluido de aquecimento por radiação solar e a sua utilização num ciclo termodinâmico convencional,
gera a potência necessária para mover um alternador para gerar electricidade, como numa central
termoeléctrica clássica.

Industria da Energia Solar Térmica : Centrais Térmicas Solares (CTS)
· Os principais componentes de uma CTSs incluem:
- Sistema de espelhos.
- Sistema do fluido de Transferência de Calor (HTF- Heat Transfer Fluid system ).
- Permutador de calor.
- Armazenamento de energia Térmica (TES- Thermal Energy Storage).
- Sistema de controlo.
Sistema de Espelhos
· O Sistema de Espelhos inclui todos os espelhos (e reflectores) instalados, e um sistema de
rastreamento que permite que os espelhos sigam o movimento do sol no céu e concentrar e focar a
luz do sol num receptor térmico.
· Dependendo do tipo de tecnologia - o sistema de espelhos difere na forma dos espelhos e nos
sistemas de seguimento:
• Cilindros parabólicos (espelhos parabólicos / sistema de seguimento de 1 eixo ).
• Sistemas de Fresnel (espelhos planos / sistema de seguimento de 1 eixo ).
• Torre Central (helióstato – geralmente planos/ sistema de seguimento de 2 eixos).
•Disco parabólico/Sistemas de Motor (espelho côncavo parabólico - prato / sistema de seguimento
de 2 eixos).

Sistema do fluido de transferência de calor (HTF)
· O sistema de espelhos concentra a luz solar num feixe solar intenso que aquece um fluido de
trabalho, ou fluido de transferência de calor (HTF), que flui num tubo de receptor de vidro, também
chamado de receptor energia solar / térmico, absorvente ou colector.
· O HTF, aquecido a alta temperatura, e é bombeado e flui através dos sistemas de fluxo solar do
campo e o sistema de armazenagem térmica, se o houver, ou para os permutadores de calor /
geradores de vapor de água no bloco de produção de energia.
· O HTF determina a gama de temperaturas de funcionamento do campo de energia solar e, assim, a
eficiência máxima de ciclo de potência que pode ser obtido.
· Misturas sofisticadas de Sais com pontos de fusão mais baixos, nano-líquidos ou gás pressurizado
com altas propriedades de transferência de energia térmica, são novas opções potenciais HTF para
futuras aplicações em CTS, mas ainda estão em fase de testes e em fases de desenvolvimento.
· Os fluidos de transferência de calor (HTF), variam de água, que tem a vantagem de ser barata (?),
óleo pesado (óleo sintético ou óleo orgânico), e sais fundidos (uma mistura de sais de nitrato de
AgNO3 (principalmente nitrato de sódio e nitrato de potássio KNO3 na proporção 60-40) :

Sistema Permutador de calor (Heat Exchanger)
· O permutador de calor, também chamado gerador de vapor, “troca" a energia térmica a partir do
HTF para a água de alimentação para criar vapor de alta pressão que move eficientemente a
turbina a vapor / gerador. Ele é formado por um certo número de permutadores de calor ligados em
série; o primeiro (pré-aquecedor) pré-aquece a água de alimentação para a sua temperatura de
saturação; o segundo (gerador de vapor) evapora a água para vapor; e o terceiro (sobreaquecedor)
sobreaquece o vapor a alta pressão, que é então injectado na respectiva turbina produzindo
electricidade como em qualquer outra central termoeléctrica. Um quarto permutador de calor
(Reaquecedor) é utilizado para re-sobreaquecer o vapor vindo da saída da turbina de alta pressão,
antes de ser re-injectado na parte de baixa pressão da turbina a vapor.
Armazenamento de energia Térmica (TES - Thermal Energy Storage)
· A tecnologia TES de fundir sal provou ser a melhor. Outras formas de TES, tais como grafite ou
materiais de mudança de fase, estão em desenvolvimento ou mesmo começando a ver a aplicação
comercial limitada, mas ainda são uma maneira fora, em termos reais. A vantagem do sal fundido
como meio, é que é líquido à pressão atmosférica, as suas temperaturas de operação são
compatíveis com as turbinas a vapor de hoje, e é não inflamável e não tóxico.
· O armazenamento de energia térmica (TES) é um componente crítico para alcançar alta
performance das tecnologias de CTSs, uma vez que permite que as centrais CTSs possam
ultrapassar a variabilidade da produção e entregar o energia eléctrica para além do horário da luz
solar.

Armazenamento de energia Térmica (TES - Thermal Energy Storage)…
· Esta tecnologia TES é referida como um sistema indirecto porque utiliza um fluido para o meio de
armazenamento que é diferente do HTF que circula no campo solar.
· O sistema TES funciona tomando o sal fundível frio a partir do tanque de armazenamento de sal frio,
onde é mantido "frio" a 288 ° C e fazendo-o passar através dos permutadores de calor, em que o sal
fundível é aquecido pelo HTF até 566 ° C e armazenado no tanque de armazenamento de sal quente
para uso posterior. Mais tarde, quando a energia em armazenamento é necessária, o sistema
simplesmente funciona em sentido inverso para reaquecer o HTF usando o sal fundido quente a
partir do tanque de armazenamento de sal quente, para geração de vapor e fazer funcionar a
central.
Sistema de Controlo
· O sistema de controlo é composto por duas partes que devem ser devidamente integradas: o sistema
de controle distribuído (DCS) e do sistema de controle da Central solar. Este último é responsável para
calibrar os espelhos (ou helióstatos) e controlar o seu funcionamento, a fim de manter a distribuição
HTF óptima no permutador de calor, protegendo-o de concentração de HTF mais elevada do que
permitido, e para monitorizar o estado do tempo, a fim de proteger o equipamento . Neste trabalho o
sistema de controlo da central solar é considerado como parte do Sistema de espelhos.

Armazenamento de energia Térmica - Tipos
· Calor sensível.
– Água.
– Câmara de seixos.
– Terra.
· Calor latente de mudança de fase.
· Reacção química.
Temperatura
(
0
C)
Tempo (horas)
0 6 12 18 24
Temperatura do Colector
Temperatura de
armazenamento
Armazenamento de energia Térmica – Balanceamento do calor
Qc
Calor do colector (W)
Qu
Calor para a carga (W)
TA
Temperatura Ambiente (K)
Store
Ts
M
Cp
Massa (Kg)
Temperatura de Store (K)
Calor especifico (J/kg/K)
Qw
Calor perdido para o ambiente(W)
w
u
c
s
p Q
Q
Q
dt
dT
Mc 



U = Coeficiente do permutador de calor (W m-2
K-1
).
A = Área (m2
).
   
A
s
store
w T
T
UA
Q 

Água:
•Conveniente, barata, somente tanque e isolamento.
•Boa densidade de armazenamento.
˗ Cp =4,18kJ Kg-1 K-1.
˗ 1m3
a 30°C =126 MJ (35 kW hr). Ts1
Ts2
Ts3
Tanque estratificado
Dividido em 3 zonas
• O fluido de vindo do colector ou da carga vai para o subvolume mais próximo
da sua temperatura.
• A água quente sai do topo, o fluido para o colector sai da parte inferior.

·Uma camada fixa de rochas (COFALITO®), usando o ar como um fluido térmico.
·Uma elevada densidade de energia, quando utilizado a uma temperatura elevada (cerca de 180 kWh/m-3
a 500 ° C).
·Verde, de baixo custo, material durável com muito pouca manutenção necessária.
· A utilização de um termóclino permite uma temperatura constante, quando a usando a energia armazenada.
Cama de seixos
Câmara de
mistura
Misturador estático
Camada
isolante
Camara de seixos:
·Altura 1.2 to 6m.
·Seixos de 20-40mm.
·Camadas mais altas usam grandes seixos para reduzir gradiente da pressão.
·Densidade de armazenamento é de cerca de 1/3 da água.
Ar
Aquecimento
Reactor
água
Vapor
Condensador
Turbina
Rede Eléctrica
Gerador
Refrigeração
Ar/gás
ventilador
Bomba
Betão pré-reformado
Gerador de vapor
seixos
seixos

Mudança de Fase / Armazenamento químico:
· Boa densidade de armazenamento até x1,5 mais que a água.
· Pode usar-se reagentes químicos tais como sais: sais fundidos (nitrato de potássio, nitrato de cálcio,
nitrato de sódio, nitrato de lítio, etc.) têm a propriedade de absorver e armazenar a energia do calor
que é libertado para a água, para transferir energia quando necessário. Para melhorar as
propriedades de sal deve ser misturado numa mistura eutéctica.
· O uso de ambos calor latente e calor sensível são
possíveis com entrada a alta temperatura de
energia solar térmica. Várias misturas eutéctica
de metais, tais como o alumínio e silício (AlSi 12)
oferecem um alto ponto de fusão apropriadas
para a geração eficiente de vapor, enquanto que
materiais à base de cimento com alta alumina
oferecem boas capacidades de armazenamento
térmico
· Solução cara.

Terra :
O solo, também pode ser usado para armazenar calor. Pode ser tanto usado no verão
como no Inverno…
· Na Holanda num terreno de 50 x 20 m de terra molhada
armazena-se calor para 100 - 200 casas.
· Na Suécia lagos cobertos têm sido utilizados como depósitos
termais.

-Concentradores parabólicos- Parabolic Troughs (PT).
-Reflectores Fresnel –Linear Fresnel reflector(LFR).
-Pratos Parabólicos – (Parabolic Dish).
-Torre Solar– (Solar Tower (ST) ).
· A implementação de uma Central Térmica Solar (CTS), requer grandes estudos;
desde o impacto económico, ambiental, tecnológico, de manutenção e
exploração, de localização, contenção de riscos, de segurança….
As principais tecnologias CTS são:
· Sistemas de focagem de linha com um sistema de rastreamento de um único eixo:
1. Parabolic Trough (PT)
2. Linear Fresnel System (LFS)
· Sistemas de focagem num ponto com um sistema de rastreamento de 2 eixos:
1. Solar Tower (ST)
2. Stirling Dish System

Central de Calhas Parabólicas – Concentradores Parabólicos
·Aldiere (Granada)- Espanha – 150MW. Em operação desde 2008, da Andasol é a primeira central
termossolar comercial de calha parabólica da Europa e fornece electricidade para até 200 mil pessoas.

Central de Calhas Parabólicas – Concentradores Parabólicos - Diagrama
Calha parabólica é actualmente a tecnologia mais utilizada em CTSs.
•A tecnologia é, do ponto de vista conceptual, uma das mais intuitivas e simples de compreender:
resume-se essencialmente a uma parábola de grandes dimensões onde no seu foco se situa um
tubo em vácuo onde circula o fluido (tipicamente água ou sal fundido).
Vapor
Turbina Gerador
Rede Eléctrica
Torre de
arrefecimento
Condensador
Permutador
de calor
Fluído HTF
Permutador
de calor TES
Quente
TES
frio
Espelhos parabólicos
Campo Solar

Central de Calhas Parabólicas – Concentradores Parabólicos - Funcionamento
•O reflector de calha parabólica pode gerar temperaturas muito altas, de forma mais
eficiente do que uma único colector solar plano, uma vez que a área de superfície do
absorvente é muito menor. O fluido de transferência de calor, que normalmente é uma
mistura de água com outros aditivos, óleo térmico, ou sal fundido, é bombeado através do
tubo receptor que absorve o calor solar que atinge temperaturas superiores a 200 ° C.
•O fluido quente é enviado para um permutador de calor, que aquece directamente um
tanque de armazenamento TES, para utilização posterior, tornando este tipo de aplicação
de um sistema de aquecimento solar activo do circuito fechado, ou um outro permutador
de calor para gerar vapor de alta pressão capaz de mover uma turbina que por sua vez
acciona um gerador produzindo electricidade que é ligada à rede de distribuição .
•Quando não há sol , ou durante a noite, se for necessário a central continuar a fornecer
energia, é usado o fluido quente armazenado (TES), para alimentar o permutador de calor
para gerar vapor de alta pressão e manter a central a produzir energia.

Colectores de Calha Parabólica – Reflector Concentrador – Concentração ideal
•Utiliza-se para aumentar a temperatura de saída.
•Aumento de temperatura devido à redução da superfície do colector e diminuição proporcional
da perda de calor (AcUL).
•A imagem do sol é de um tamanho finito, não um ponto.
•Omite um ângulo de cerca de 5º
.
R
Aa
Ar

r
· C = Razão de Concentração.
· Aa = Área de abertura(m2).
· Ar = Área do receptor(m2).
r
a
A
A
C 

sin
1
r
R
Cideal2D 
 230


2
2
2
ideal3D
sin
1
r
R
C 
 50.000

-Proporção da concentração ideal de um colector
ideal
C

q =Meio ângulo de aceitação


Colectores de Calha Parabólica – Reflector Concentrador – Proporção da Concentração
•Proporção da concentração: colectores parabólicos (colectores de imagem).



f
Ângulo actual
de aceitação
On-axis focus
Espelho
parabólico
· C = Razão de Concentração.
· q =Meio ângulo de aceitação.
·f = Ângulo de foco.
  1
sin
cos
sin
C2D 





.
 




2
2
2
3D
sin
cos
sin
C


.
1
2 2

 
 
 
 
 
Quando:
13.000

110
2
3
2sin
1
C2Dmax 




4
3
2sin
4sin
C 2
3Dmax 




1
1

•Ângulo total através do qual o sol pode mover-se, sem que a sua imagem perca o receptor. Um
colector ideal com um ângulo de aceitação de 60 ° terá um Proporção de concentração de 2.

Colectores de Calha Parabólica – Reflector Concentrador

•O reflector é feito de vidro grosso ou fino, em forma de
parábola, com várias camadas de revestimento uma
camada de reflectora de prata, uma camada de
protecção de cobre, e três camadas adicionais de
revestimento de. A construção de vidro multicamadas
garante a alta precisão óptica, baixas perdas de calor, e
alta resistência à corrosão.
•Uma vez que as ondas de luz solar
viajam essencialmente paralelas umas
às outras, este tipo de colector solar
pode ser apontado directamente para o
sol e ainda assim, alcançar uma
produção total focal de todas as partes
da calha devido à forma de reflector.
•No entanto, os reflectores parabólicos usam unicamente a radiação solar directa para aquecer o tubo
receptor, uma vez que a radiação solar difusa não pode ser focada para o absorvedor tornando-os
menos eficazes quando o céu está nublado ou o sol está fora de alinhamento.

•Para ultrapassar este problema, a maioria dos
colectores de concentração exigem algum tipo
de equipamento mecânico que constantemente
os orienta para o sol, mantendo o tubo
absorvente de calor no ponto focal correto. Isto
é conseguido usando um Concentrador de
seguimento solar, que alinha a calha com sol ao
longo do dia, para maximizar o ganho de calor
solar.
Eixo de rotação
Suportes do Colector
Fluido IN
Fluido
OUT
Revestimento
reflector ou espelhos
Forma parabólica
Tubo receptor de calor
•O colector tem geralmente um único eixo de rotação ao longo do comprimento da calha
que pode ser orientada na direcção leste-oeste, seguindo o sol de norte a sul, ou orientado
no sentido norte-sul e seguir o sol de leste a oeste.

•As matrizes de calhas de espelhos podem ter 100m de comprimento ou mais, com a abertura curva de
5m a 6m. Como referência, uma Central da Calhas parabólicas de 50 MW de saída precisa de um campo
solar 100-200 ha.

Colectores de Calha Parabólica – Rastreamento solar
Tarde
Meio-dia
Manhã
•As matrizes de calhas de espelhos podem ter 100m de comprimento ou mais, com a abertura curva de
5m a 6m. Como referência, uma Central da Calhas parabólicas de 50 MW de saída precisa de um campo
solar 100-200 ha. Durante a noite ou com chuva ou temporal invertem a posição para protecção do
material…
• As calhas parabólicas são geralmente alinhadas sobre um eixo norte-sul, e são rodadas,
pelo sistema de rastreamento, para acompanhar o sol como ele se move através do céu
cada dia de manhã à noite.

•O tubo receptor pode funcionar a 450 . Graças ao seu revestimento especial, o absorvente tem um
℃
alto desempenho com uma absorvência superior a 0,94. Além disso, a vedação entre o vidro e o metal
é processado com tecnologia avançada. Graças ao seu alto desempenho, fiabilidade e durabilidade,
este produto pode ser aplicado em sistemas de energia solar térmica e em sistemas de refrigeração
solar, com uma eficácia de até 1,70.
Colectores de Calha Parabólica – Tubo receptor de calor (Heat pipe)
•Com o tubo receptor, o sistema colector de concentração solar de calha parabólica (PTC), pode ser
amplamente aplicado na central de concentração de energia solar de calha parabólica (CTS), em
sistemas de climatização solar, em calafetação industrial de média e alta temperatura, etc.
•O tubo de receptor para aplicação de alta
temperatura é o componente
fundamental do concentrador solar calha
parabólica. É constituída por um tubo
interior de aço inoxidável com um
revestimento especial e um tubo de vidro
exterior.
•O seu desempenho térmico e fiabilidade são cruciais para o
desempenho e os custos do sistema de energia solar térmica
de calhas parabólicas.

· Central Solar Térmica Kimberlina com tecnologia CLFR (Compact Linear Fresnel Reflector), que usa
matrizes de muitos colectores paralelos de Fresnel com espelhos planos, está situado na cidade
californiana de Bakersfield nos Estados Unidos.
Central de Tecnologia CLFR (Compact Linear Fresnel Reflector)

 Central de Tecnologia CLFR : Principio de funcionamento
Reflectores
Reflector
Secundário
Tubo Receptor
TES quente
550o
C
TES frio
250o
C
Turbina
Gerador
Rede Eléctrica
Condensador
a ar
Bomba
de água
Tanque
de água
Permutador
de calor
· Um sistema Linear Fresnel, usa uma série de, espelhos estreitos ligeiramente curvos ou mesmo
planos, colocados em ângulos diferentes para focalizar a luz colectivamente para um receptor linear
longo, elevado acima de um eixo de rotação paralelo á linha dos espelho. O tubo receptor é fixo no
espaço e localizado vários metros acima do campo primário dos espelhos. Ao contrário de uma calha
parabólica, a linha focal do espelho de Fresnel é distorcida por astigmatismo. Daí um espelho /
concentrador secundário está ligado na parte superior do receptor para reorientar os raios que
falhem o tubo receptor.

· Nesta recente tecnologia, linhas de reflectores são inclinadas de uma forma que é
semelhante a uma lente Fresnel de tal forma que todas os raios solares são
reflectidos para um colector que está situado a cerca de 3m acima dos espelhos. A
ideia aqui é semelhante à calha parabólica, excepto que ele não necessita de um
enorme espelho de forma parabólica, que é caro de fabricar. Em vez disso, os
reflector podem ser planos.
 Central de Tecnologia CLFR : Principio de Fresnel
Tubo Receptor
Reflectores
Principio de Fresnel

 Central de Tecnologia CLFR : Principio de funcionamento
· Uma solução alternativa para o espelho secundário é o uso de vários tubos paralelos que formam
um receptor de multitubo que é amplo o suficiente para capturar a maior parte da luz solar
concentrada.
Condensador
Turbina
Gerador
Rede Eléctrica
Tubos receptores

 Central de Tecnologia CLFR : Os reflectores
· Ao contrário da calha parabólica, a linha focal do espelho de Fresnel é distorcida por
astigmatismo. Daí que um espelho / concentrador secundário está ligado na parte
superior do tubo receptor afim de reorientar os raios solares que falhem o tubo receptor…
· Este tipo de colectores surge numa tentativa de aproximar o desempenho da calha
parabólica de uma forma mais económica e com menos perdas, usando o princípio de
Fresnel que diz que a parábola pode ser aproximada por um conjunto de segmentos de
recta..,.
· Estes reflectores fazem uso do efeito de lente de Fresnel, o que permite a um espelho
concentrar com uma grande abertura e de distância focal curta, reduzindo,
simultaneamente, o volume de material necessário para o reflector. Isto reduz muito o
custo do sistema, uma vez que os reflectores parabólicos vidro curvo, são geralmente
muito caros. Essencialmente, o objectivo dos sistemas de tecnologia linear Fresnel, é
oferecer menores custos globais de investimento e operacionais, em comparação com a
tecnologia de calhas parabólicas.

 Central de Tecnologia CLFR : Prós e contras
· O sistema linear de Fresnel oferece uma solução de mais baixo custo em relação ao sistema de calha
de reflectores parabólicos, uma vez que o receptor é compartilhado entre várias fileiras de espelhos,
usando ainda a geometria de linha de foco simples com um eixo simples para o rastreamento.
· O receptor está imobilizado e assim não são necessárias juntas de acoplamentos de fluido. Os
espelhos também não precisam de apoio ao receptor, assim que são estruturalmente mais simples e
mais baratos. Necessitam de menos de aço e betão, como a estrutura de suporte de metal é mais
leve, tornando o processo de montagem mais fácil. Além disso, as cargas de vento sobre os sistemas
lineares de Fresnel são menores, resultando numa melhor estabilidade estrutural e menos quebras
de espelho de vidro. Assim, os custos de estrutura e manutenção são minimizados.
· Uma desvantagem fundamental dos sistemas típicos de reflectores lineares Fresnel, além da menor
eficiência da central, é que a linha do receptor é compartilhada entre várias fileiras de espelhos. Isto
pode conduzir ao aumento do efeito de sombreamento da radiação solar e de bloqueio da radiação
solar reflectida pelos reflectores adjacentes. O uso da desta tecnologia onde a inclinação dos
espelhos é alternada para concentrar a energia solar de vários reflectores lineares, tem sido capaz de
alternar esta vantagem e, teoricamente, melhorar a eficiência do sistema. No resto são idênticas às
outras centrais solares..

Torre Solar – Reflectores Helióstatos

· O receptor da TS é semelhante a tubos de caldeiras convencionais, onde o sal, a água /
vapor ou ar saturado fundido é usado como HTF para transportar o calor a partir do
receptor para o gerador de turbina permutador de calor / vapor.
· Torre solar, também conhecido como "torre central" ou central de energia helióstata,
captura e concentra a luz solar num receptor que fica no topo de uma torre central ou
central receptora. A torre está posicionada no centro do campo solar, que é constituída por
milhares de espelhos controlados por computador, chamado helióstatos, que seguem o sol
individualmente em dois eixos.
· Dependendo do design do receptor e do HTF, as temperaturas de trabalho superiores do
receptor podem ser de 250 ° C para vapor saturado, entre 550 ° C e 650 ° C para o sal
fundido, e entre 650 ° C até 850 ° C para ar.
· A principal vantagem da tecnologia de TS, são as temperaturas elevadas obtidas pelo
HTF, portanto, o aumento da eficiência com que o calor é convertido em energia eléctrica,
e, finalmente, menores custos do que todas as outras tecnologias de CTSs, seja com ou
sem armazenagem.

Turbina
Gerador de vapor
Transformador
Condensador
Gerador
Vapor a alta Pressão
Rede Eléctrica
Helióstato
Bomba
Caldeira
Fluido condutor de calor
Aterro
Luz Solar

Torre Solar – Colectores Helióstatos

Torre Solar – Colectores Helióstatos
· Planta Solar 10 - Sevilha, na Andaluzia, Espanha - A torre de energia solar produz 11 megawatts (MW) de
electricidade com 624 grandes espelhos móveis chamados helióstatos. Demorou quatro anos para ser construída e,
custou 35 milhões de € uros .

Centrais de Disco Parabólico : Motores Stirling
· Estas centrais são compostas por um parabolóide de revolução onde no foco é colocado um
motor/gerador de Stirling ou uma miniturbina em ciclo de Brayton (gás). Assim, ao contrário das
outras tecnologias este modelo não necessita de uma central termoeléctrica associada, sendo que a
conversão eléctrica ocorre directamente no próprio colector.
· Sistema Dish/Stirling engine em Ft. Huachuca, Arizona(USA).
· Este design permite vento
passar e minimizar a sua
força destrutiva…

· Stirling Energy System Inc.’s 300 MW commercial solar thermal power plant in California.

· Formas diversas de obter o mesmo efeito….
· A tecnologia de Disco parabólico, é o dispositivo mais eficiente do mundo para a
conversão de energia solar em electricidade com ligação à rede, quase duas vezes mais
eficiente do que qualquer tecnologia solar alternativa.

Centrais de Disco Parabólico : Motores Stirling - Composição
Pedestal Sistema de
Controlo
Unidade de conversão
de energia (PCU)
Motor Stirling
Unidade de Elevação
e Azimute
Estrutura de suporte
Espelhos facetados
Lança de PCU

Centrais de Disco Parabólico : Motores Stirling - Características
· O sistema usa um espelho tipo antena parabólica de satélite para focalizar a luz num único receptor
central em frente ao espelho. Até agora têm as mais altas eficiências de conversão de calor em
electricidade entre todos os projectos de CTSs (até 30%). O tamanho do concentrador é determinada
pelo seu motor. Um concentrador de sistema Disco / Motor Stirling com uma insolação directa
nominal máxima normal de energia solar de 1000 W / m2 e uma capacidade de 25 kW tem um
diâmetro de aproximadamente 10 metros.
· A energia tem de ser utilizada imediatamente ou transmitida para a rede, porque o sistema não tem
qualquer dispositivo de armazenamento. Nebulosidade intermitente pode causar enfraquecimento do
fluxo concentrado no receptor.
· Também pode funcionar com uma turbina Brayton de um único ciclo, onde o ar, hélio ou outro gás é
comprimido, aquecido e expandido. O sistema pode ser usado individualmente em locais remotos, ou
em grupos de pequena rede ( aldeia, 10 KW) ou de rede de distribuição (aplicações de 100 MW).
· O armazenamento é uma questão sensível, para que absorvesse energia e a conservasse de modo a
atenuar os transientes devido à nebulosidade .Mesmo assim seria de curta durabilidade, enquanto
não se encontrar um sistema de armazenamento adequado, não será possível explorar
completamente as possibilidades benéficas do sistema.

Centrais de Disco Parabólico :Funcionamento
· O concentrador solar, ou disco: concentra a energia solar
directamente a partir do sol. O feixe de luz solar
concentrada resultante é reflectida para um receptor
térmico que recolhe o calor solar. O disco está montado
sobre uma estrutura que segue o sol continuamente
durante todo o dia de modo a reflectir a percentagem mais
alta possível de luz solar para o receptor térmico.
· A unidade de conversão de energia (PCU), inclui o receptor térmico e o motor / gerador. O
receptor térmico é a interface entre o Disco reflector e o motor / gerador. Ele absorve os
feixes concentrados de energia solar, converte-os em calor, e transfere o calor para o
motor / gerador. O receptor térmico pode ser um banco de tubos com um fluido de
arrefecimento, geralmente hidrogénio ou hélio- que tipicamente é o meio de
transferência de calor e também o fluido de trabalho para um motor. Receptores térmicos
alternados são tubos de calor, onde o ponto de ebulição e de condensação de um fluido
intermediário transfere o calor para o motor.

Centrais de Disco Parabólico :Funcionamento
· O sistema motor / gerador é o subsistema que recebe o calor do
receptor térmico e usa-lo para produzir electricidade. O tipo
mais comum de motor térmico usado em sistemas de Disco
Parabólico / motor é o motor Stirling. Um motor Stirling utiliza o
fluido aquecido para mover os pistões e criar uma força
mecânica. O trabalho mecânico, sob a forma de rotação do veio
de manivelas do motor, acciona um gerador e produz energia
eléctrica.
· O sistema motor Stirling (configuração gama) utiliza um gás como fluido de
trabalho, que pode ser (por exemplo) ar. gás Hélio ou Hidrogénio. O seu
funcionamento é baseado na variação do volume deste gás segundo a
variação da temperatura a que este é submetido, ou seja, o gás expande
quando aquecido e contrai quando resfriado.
· É constituído por duas câmaras de diferentes temperaturas que aquecem e resfriam o referido
gás de forma alternada, provocando expansão e contracção, o que faz movimentar dois
êmbolos ligados a um único eixo Este tipo de motor funciona com um ciclo termodinâmico
composto por 4 fases e executado em 2 tempos: 1-2 - Compressão isotérmica; 2-3 -
Aquecimento isocórico;3-4 - Expansão isotérmica; 4-1 - Arrefecimento isocórico. Trata-se de
uma máquina de ciclo fechado. onde o fluido de trabalho nunca deixa o interior do motor…

http://www.qalovis.com/en/files/2012/11/qalovis-FleXgen-animation.swf
Centrais de Disco Parabólico :Motor Stirling

http://www.artescapesonline.com/concept_anim04.html
Centrais de Disco Parabólico – Motores Stirling - Funcionamento

Centrais de Disco Parabólico :Motor Stirling
· Os Motores Stirling são simples, tem alta eficiência (25%
para o calor industrial), operam silenciosamente, têm baixo
custo de O & M (~ $ 0,006 / kWh).
· O calor residual pode ser facilmente recuperado pelo motor, bem como ao emitido pelo próprio
motor.
· De acordo com um fabricante: 1000-2000 $ / kW instalado!... Mas!...
· Eles têm custos mais elevados para materiais e montagem, são maiores para a mesma potência,
têm mais tempo de inicialização (precisa para se aquecer).

Centrais de Disco Parabólico :Vantagens / Desvantagens
· O Espelho parabólico côncava (Disco), concentra a luz solar num receptor no ponto focal, que é
aquecido até 650 ° C.
· O calor absorvido acciona um motor Stirling, que converte o calor em energia motriz por
compressão e expansão cíclica de ar, ou de outros gases, e acciona um gerador para produzir
electricidade.
· Se a luz solar suficiente não está disponível, qualquer calor de combustão de combustíveis fósseis
ou biocombustíveis, também pode mover o motor Stirling para gerar electricidade.
· Os discos parabólicos Stirling também têm a vantagem de usar resfriamento seco e não precisam
de sistemas de arrefecimento de grandes dimensões ou torres de arrefecimento, permitindo as
CTSs operarem e fornecer electricidade em regiões áridas.
· Dada a sua pequena base de fixação e o facto de serem sistemas auto-suficientes, podem ser
facilmente colocados em encostas ou terrenos irregulares.
· Estas vantagens são contrabalançadas pelo facto da conversão do calor em electricidade requer
partes móveis, o que resulta em custos de manutenção mais elevados. O motor pesado é parte da
estrutura em movimento, o que exige uma estrutura rígida e forte do sistema de seguimento solar.
· São utilizados espelhos parabólicos em vez de espelhos planos e monitoramento deve ser de eixo
duplo para seguir o sol com um alto grau de precisão. Os custos de produção de electricidade deste
sistema são muito mais elevados do que os das centrais de calhas parabólicas ou de Torre solar, e
somente a produção em série pode alcançar reduções significativas de custos para os sistemas
Disco/ Stirling.

Centrais de Disco Parabólico : Alto Forno Solar – Reflectores Helióstatos
· Central Solar em Font-Romeu (Odeillo) – França -1000 kW

Encosta
Banco de Helióstatos
Área reflectora
Radiação Solar
Raios reflectidos
Forno solar
Espelho Parabólico
http://www.ikonet.com/en/visualdictionary/energy/solar-energy/solar-furnace.php
· O disco concentra a radiação solar para atingir temperaturas muito altas (acima de 3000 ° C), como
parte de um esforço de pesquisa para desenvolver materiais experimentais (incluindo materiais de
astronáutica e cerâmica).
Centrais de Disco Parabólico : Alto Forno Solar – Colectores Helióstatos

· O alto forno Solar Odeillo-Font-Romeau em França, contém 63
espelhos planos que automaticamente, fazem o rastreamento
do sol, e concentram a luz solar num reflector. O Reflector,
concentra depois os raios solares para produzir 1000 kilowatts
e uma temperatura de 3.300o
C. Que é usada para aquecer um
forno para produzir aço a partir de minério de ferro.
http://www.moe.gov.sy/ar/pid491.html
Centrais de Disco Parabólico : Alto Forno Solar – Colectores Helióstatos
· Um disco parabólico é um grande reflector que concentra a energia térmica num único ponto focal...

Centrais de Chaminé Solar
Chaminé
Área do colector

Chão
Radiação solar
(Energia)
Chaminé
Ar quente
Ar frio
Ar ambiente
•Diferença de Temperatura
•Diferença de Densidade
•Diferença se Pressão
•  corrente ascendente
Centrais de Chaminé Solar: Principio de funcionamento
· A chaminé solar é composta por uma grande área com tecto transparente que recebe as radiações
solares e aquece o ar pelo efeito de estufa. Os fluxos de ar quente a partir do fundo da chaminé
devido à tiragem natural produzida devido à diferença de densidade dentro e fora da chaminé,
provoca uma corrente ascendente de ar que faz mover um turbogerador produzindo electricidade…

· As Chaminés solares, são uma das formas menos divulgados de centrais de energia solar.
A central é composta por um grande colector solar envidraçado, com uma chaminé no
centro através do qual o ar quente gerado no colector sobe. A corrente de ar quente
impulsiona turbogeradores localizados na base da chaminé. O piso do colector, é forrado
com meios absorventes de calor, que absorvem o calor durante o dia e o libertam durante
a noite, de modo que a energia é produzida numa base contínua.
Centrais de Chaminé Solar: Principio de funcionamento
· O ar frio entra no colector, com um tecto inclinado para cima, a partir do seu perímetro
externo, é aquecido e sobe através da chaminé a de 15 metros por segundo. A chaminé
solar funciona com base no princípio de que quanto maior for a temperatura do ar no
colector em comparação com a temperatura exterior , maior diferença de densidade, o
que faz com que o ar aqueça a cerca de 38o
C mais quente do que o ar exterior, que ao
subir, cria uma corrente ascendente de ar que impulsionam as turbinas.

Centrais de Chaminé Solar: Composição e funcionamento
· Em muitas partes do mundo, há uma consciência crescente de que algumas fontes alternativas de
energia poderiam ter um papel importante a desempenhar na produção de electricidade. No entanto,
apenas a energia solar representa fonte de energia totalmente não poluente inesgotável que pode ser
utilizada economicamente para suprir as necessidades energéticas do homem, para o futuro.
· A chaminé solar, foi sugerida em 1978 pelo professor Schlaich da universidade de Stuttgart que
energia eléctrica poderia ser produzida por um sistema híbrido solar. O sistema de chaminé solar é
composto por três partes; O colector, os turbogeradores e a chaminé.
· O Colector é a parte, que é usada para absorver calor e aquecer o ar.
Geralmente tem 2-6 metros de altura, aumentado gradualmente com a
proximidade da chaminé, e cobre uma área muito grande , cerca de
milhares de m²,.Não há nenhuma limitação para a área de superfície.
Quanto maior for a área, tanto mais energia é gerada a partir da
chaminé. Os materiais de revestimento (tecto) podem ser diferentes, tais
como; vidro, película de plástico ou um mais eficiente envidraçado. O
colector vidrado é o mais eficiente e pode converter até 70% da energia
solar em calor irradiado com uma média anual típica de até 50%. Além
disso, com a manutenção adequada, a sua vida útil pode facilmente ser de
60 anos ou mais.

· Os turbogeradores, são usados para converter a corrente de ar em energia eléctrica.
Podem ser colocados horizontalmente, a fim de obterem o máximo de energia a partir
do ar aquecido, as lâminas devem cobrir toda a área da secção transversal da chaminé.
Podem ser usados um, ou vários de menor dimensão…

· A chaminé. É a parte mais importante da central. Ela funciona como um motor térmico.
Quanto maior for a altura da chaminé, mais energia é produzida. A eficiência da chaminé
não depende da quantidade de elevação da temperatura, mas depende da temperatura
exterior. Deste modo, a eficiência é directamente proporcional à razão entre a altura da
chaminé e a temperatura exterior.
· Existem dois tipos diferentes de chaminés. A chaminés
monobloco de betão e a chaminés de tubos guiados…
O tempo de vida de uma chaminé monobloco de betão
é mais longo do que a de tubos guiados. Ela dura
cerca de cem anos, enquanto a de tubos tem uma
duração muito mais curta.
· Embora, a eficiência seja proporcional à altura da
chaminé, existe uma limitação física na prática. A
Chaminé Solar em Mildura, Austrália, com 1000 m de
altura é a mais alta estrutura feita pelo homem na Terra,
e pode produzir 200 MW de energia eléctrica, suficiente
para 200.000 lares.

Centrais de Chaminé Solar: Armazenamento de Energia
Radiação solar
(Energia)
· Tubos pretos cheios de água são estendidos lado a lado no solo escuro, sob o tecto vidrado do
colector.
· Estes tubos com água, estão selados, e, por conseguinte, permanecem fechados, de modo que não
pode ter lugar a evaporação.
· A água no interior dos tubos armazena uma parte do calor solar e liberta-o durante a noite, quando
o ar no colector arrefece….
Dia
Chão
ar
Tubos de água
Noite
Tubos de água
ar

Centrais de Chaminé Solar: Central de Manzanares
· Foi construída em 1982, na Espanha a 150
Km de Madrid, financiada completamente
pelo governo alemão, para testes.
· Esta central eléctrica funcionou
satisfatoriamente durante aproximadamente
8 anos e foi derrubada por uma tormenta em
1989. A chaminé tinha um diâmetro de 10
metros e uma altura de 195 metros, com
uma área colectora de 46.000 m² que
conseguia uma produção máxima de energia
de cerca de 50 kW.

Centrais de Chaminé Solar: Vantagens & Desvantagens
· O principal custo de uma Central de Chaminé solar é na sua construção. Operação e manutenção
são mínimos.
· Funciona de dia e de noite.
· Não liberta gases de efeito de estufa.
· Baixa manutenção.
· O cultivo de culturas em estufa.
· Não necessita de arrefecimento a água.
 Alto custo de construção.
 Requer uma grande quantidade de capital inicial.
 Requer grande quantidade de terreno.
 Não é adequada para áreas com alto custo de terrenos.
O Custo / kWh é maior do que nas formas tradicionais de produção de energia de gás natural.
Custo de eficiência e de produção.
· Conclusão: As centrais solares de chaminé, podem ter importantes contribuições para o
abastecimento energético da África, Ásia e Austrália, porque há muito espaço e luz solar
disponível lá. É muito importante para o futuro, porque os nossos recursos são limitados,
excepto o nosso sol.

Industria da Energia Solar Térmica : Riscos das Centrais Térmicas Solares
· Mesmo que CTSs, que têm experimentado um crescimento significativo nos últimos anos,
especialmente as de tecnologias de Calhas parabólicas e de Torre Solar ou Central receptora, ainda
continua a ser uma indústria relativamente nova com experiência operacional limitada em
comparação com algumas outras tecnologias de energia renovável.
· Cada instalação e execução de projecto de uma CTS apresenta diferentes desafios de risco que, em
absoluto, podem causar dano à propriedade ou possam resultar numa interrupção do negócio da
central CTS, com impacto negativo para o sucesso do projecto.
· Estes riscos foram agrupados em duas categorias de riscos
Riscos convencionais: Estes são os riscos relacionados com a construção e operação de uma central de
CCTS, incluindo os riscos de tecnologia (ou seja, design inovador, a ampliação de um projecto, riscos
de execução do projecto (ou seja, falta de experiência) e perigos naturais. Eles são muitas vezes a
causa de uma perda física ou danos físicos à central, que também podem afectar a receita da central.
· Riscos Não-Convencionais: Estes são riscos que afectam a receita da CTS, e a sua volatilidade, como a
indisponibilidade da central devido à falta de sol, vento forte, ou riscos regulatórios / institucionais, a
falta de desempenho, etc…

Motion Collector type Absorber
type
Concentration
ratio
Indicative
temperature
range (°C)
Stationary
Flat plate collector (FPC) Flat 1 30-80
Evacuated tube collector (ETC) Flat 1 50-200
Compound parabolic collector (CPC) Tubular
1-5 60-240
Single-axis
tracking
5-15 60-300
Linear Fresnel reflector (LFR) Tubular 10-40 60-250
Parabolic trough collector (PTC) Tubular 15-45 60-300
Cylindrical trough collector (CTC) Tubular 10-50 60-300
Two-axes
tracking
Parabolic dish reflector (PDR) Point 100-1000 100-500
Heliostat field collector (HFC) Point 100-1500 150-2000
Note: Concentration ratio is defined as the aperture area divided by the receiver/absorber area of the collector.
Industria da Energia Solar Térmica : Tipos de Colectores Solares

Cozinha solar Térmica : Fogões solares
 Energia Solar Térmica : Discos parabólicos
· Um fogão solar é um dispositivo que é usado para cozinhar alimentos directamente sob a luz do sol
sem o uso de gás, GLP ou electricidade. É um processo limpo de cozinhar ao ar livre. Existem três
tipos de fogão, tipo de caixa e tipo parabólico e tipo painel. A maioria dos fogões solares trabalham
com o princípio básico: A Luz solar é convertida em energia térmica, que é retida para cozinhar.
· A luz solar é o "combustível".
Um fogão solar precisa de um local ao ar livre que seja solarengo por várias horas e protegido de
ventos fortes, e onde a comida esteja segura. Os Fogões solares não funcionam durante a noite ou
em dias nublados…
·Conversão da luz solar em energia térmica
As superfícies escuras ficam muito quentes com luz solar, enquanto
superfícies claras não. Os alimentos cozinham melhor em panelas de metal
fino com tons escuros, e tampas apertadas para manter no calor e
humidade.
·Retensão de calor
Um isolamento térmico transparente em torno do panela escura permite a entrada
da luz solar, mas mantém o calor. Este pode ser um saco de plástico transparente
resistente ao calor ou uma redoma ou terrina de vidro invertida (em fogões do
painel) ou uma caixa térmica com janelas de vidro ou plástico (em fogões de caixa).

Cozinha solar Térmica : Fogões solares
Painel de tecido reflector
Parafuso de fixação para tripé
Borda externa
Fecho de correr
Suporte do Tripé
Tripé
Base de suporte em tripé
Mastro
Fixação das varetas
· Pequenos, fogões solares parabólicos
portáteis, que se dobram com uma forma
similar a um guarda-chuva. O diâmetro da
concha reflectora é de 1 metro do "Sunny
cooker“, é feito a partir de um único pano de
poliéster revestido com alumínio,
estruturalmente suportado a partir do centro
e ao longo do bordo exterior por varetas de
plástico flexíveis.
· Esta concha solar tem um tripé que suporta uma chaleira metálica que fica no topo de
um tripé dobrável e é fixada à concha em dois pontos. A base central do suporte do tripé
está ligado à estrutura através de um fecho de correr...
http://www.wikihow.com/Make-and-Use-a-Solar-Oven

Cozinha solar Térmica : Fogões solares- Tipos
· Os três tipos mais comuns de fogões solares são:
•Fogões de Caixa;
•Concentradores parabólicos;
•Fogões de painel.
·Existem centenas ,senão milhares, de variações sobre estes tipos básicos. Além disso,
vários sistemas de cozinha solares em grande escala têm sido desenvolvidos para atender
às necessidades de instituições em todo o mundo…
Fogões de Caixa
· Fogões de caixa: cozinham em moderadas a altas
temperaturas e muitas vezes acomodam várias
panelas. Muito difundida em todo o mundo. Há
várias centenas de milhares só na India…

Cozinha solar Térmica : Fogões solares- Tipos
Concentradores parabólicos
· Fogões concentradores curvos, ou "parabólicos," cozinham
rápido a altas temperaturas, mas requerem ajustes
frequentes de orientação e supervisão para uma operação
segura. Existem várias centenas de milhar, sobretudo na
China. Eles são especialmente úteis para cozinhas
institucionais em grande escala.
Fogões de Painel
· Fogões Painel incorporam elementos dos fogões
concentradores curvos e de Caixa. Eles são simples e
relativamente baratos de comprar ou produzir. Fogões
solares Internacional da "Cookit" são a combinação mais
amplamente utilizada.

 Energia Solar Térmica : Vantagens & Desvantagens
A energia solar é uma energia renovável, de modo que sua fonte de energia (o sol) é
praticamente inesgotável.
Do ponto de vista da poluição há a distinguir duas fases: durante a fabricação do
equipamento e durante a produção. Durante a produção de energia nenhuma poluição,
e durante o fabrico dos elementos necessários para a construção de painéis e colectores
solares a poluição é reduzida e controlável.
Os Sistemas solares térmicos não necessitam de grande manutenção geral, os custos de
manutenção são mínimas. Os colectores e as tecnologias solares são mais fortes a cada
dia e o custo está diminuindo ao longo do tempo. Isto permite que a energia solar
Térmica seja cada vez mais uma solução economicamente viável.
A energia solar térmica pode ser um excelente recurso para locais áridos de difícil acesso
ou distantes das redes de energia instaladas. Para a instalação em pequena escala não
requer grandes investimentos em linhas de transmissão.
Em países tropicais, o desempenho da energia solar é ainda maior por causa da
quantidade de radiação solar recebida anualmente. Tem elevada aceitação pública por
não ser um produto sintético. O uso da radiação solar é gratuito.
Vantagens

 Energia Solar Térmica : Vantagens & Desvantagens
Desvantagens
Um painel solar consome muita energia para produzir. A energia para o fabrico de um painel solar
pode ser maior do que a energia gerada por ele ao longo da sua vida.
Os preços são muito altos em comparação com outras fontes de energia.
Há uma variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação de tempo (chuva, nuvens,
temporal...) que dificultam a previsão da produção de energia.
Requer fonte alternativa de energia ou o uso de sistemas TES, para os dias em que as condições
meteorológicas não são boas ou quando é necessária produção de energia à noite.
Locais em latitudes médias e altas (por exemplo, Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e a sul da
Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de inverno devido à menor
disponibilidade diária de energia solar. lugares com cobertura frequente de nuvens (Curitiba,
Londres) tendem a variações diárias na produção de acordo com o grau de nebulosidade.
As formas de armazenar energia solar térmica são ineficientes em comparação, por exemplo com,
combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), hidro (água) e biomassa. requer um sistemas de
armazenamento eficiente ou alternativo para ter produção constante.

Industria da Energia Solar Térmica : Conclusões
· Os sistemas solares térmicos são rentáveis a baixas temperaturas para aquecimento de
água ou cozinhar.
· Os aquecedores de água são economizadores de energia, mas o custo inicial dissuade
muitos de usá-los.
· O custo pico da energia eléctrica produzida por um Torre Solar é de $6 / W, muito alto
para competir com a produção fotovoltaica (PV).
· Uma Torre Solar produz cerca de 10 MW, enquanto que uma central convencional produz
de 500-1500MW.
· As Torres Solares de energia térmica, não são susceptíveis de ser economicamente viáveis
por um curto espaço de tempo.
· Secadores solares, fogões e fornos são relativamente baratos e disponíveis para cozinhar
em locais remotos.

Industria da Energia Solar Térmica : Conclusões
· A indústria de energia solar térmica vem crescendo rapidamente nos últimos anos. Um
estudo Internacional recente da Associação Europeia de Energia Eléctrica Térmica Solar,
sugerem que as Centrais Térmicas solares (CTSs), poderiam fornecer até 25 % das
necessidades de electricidade mundiais até 2050.
· No entanto, apesar do seu potencial, a tecnologia das CTSs carece de um desenvolvimento
historial longo, e ainda vem com altos custo de tecnologia e riscos. Portanto, a experiência
maior de implantação é necessária, para aumentar a compreensão e tornar a tecnologia
mais competitiva.
· Neste processo, a gestão de riscos e os seguros têm um papel importante, pois devem de
oferece produtos de seguros adequados para cobrir os riscos de evolução de um CTS
durante a sua construção e operação, incluindo produtos de seguro inovadoras destinadas
a proteger a volatilidade dos lucros de uma empresa.
· Mas, como o sector de energia solar térmica amadurece, para garantir um futuro
brilhante e ensolarado para esta indústria, há uma necessidade de envolver os vários
intervenientes na obtenção de habilidade e know-how, para aplicar uma abordagem
completa de gestão de riscos em cada projecto, e para compartilhar as lições aprendidas.

OBRIGADO PELA ATENÇÃO !...

Bibliografias
http://www.portal-energia.com/funcionamento-paineis-solares-termicos-para-aquecimento/
http://www.paineissolaresfotovoltaicos.com/como-funcionam-os-paineis-solares-termicos/
http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/eng/staff/dbm/es368/
http://dicasesquemas.blogspot.pt/2013/05/como-escolher-o-sistema-solar-termico.html
http://riemann.math.wichita.edu/MEDIA/PhysicsSeminar2014/WSUphysics2014oct08.ppt.
http://www.marioloureiro.net/tecnica/energSolar/guia-tecnico-manual-solartermico.pdf
http://www.cienciaviva.pt/rede/himalaya/home/guia6.pdf
http://www.tisst.net/documentos/sistemas-solares-termicos/
http://auladetecnologias.blogspot.pt/2009/12/como-funciona-una-bomba-de-calor.html
http://auladetecnologias.blogspot.pt/p/tecnologias.html
http://www.dimplex.de/pt/downloads/animacoes.html
http://www.epa.gov/rhc/solar-heating-and-cooling-technologies
http://www.clydeco.com/uploads/Blogs/offshore/files/IMIA-WGP-084-14-Solar-Power-f1.pdf.
http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-hot-water/parabolic-trough-reflector.html
http://www.moe.gov.sy/ar/pid491.html
https://www.mtholyoke.edu/~wang30y/csp/overview.html

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