Diogo Guerreiro, João Coutinho.

Um sistema de aquecimento solar, geralmente designado por coletor solar,

transfere energia térmica, através da absorção da radiação solar

aumentada pelo efeito de estufa, para um fluido, seja ar ou uma mistura

de água e anticongelante, de forma a aumentar a sua temperatura.

Os sistemas de aquecimento solar têm várias aplicações, quer a nível doméstico

como a nível industrial. Ao nível industrial, os sistemas de aquecimento solar

podem ser utilizados em indústrias que requerem energia sob a forma de calor

numa gama de temperaturas média e média-alta, entre 80º C e 250º C, mais

concretamente nas indústrias alimentar, têxtil, pasta e papel e química.

Os processos que se adequam ao consumo de energia térmica solar podem-se

identificar como:

- Aquecimento de banhos para líquidos para lavagem, tinturaria ou

processos químicos.

- Aquecimento de ar para processos de secagem.

- Geração de vapor de baixa pressão.

Os coletores de placa plana são os tipos de colectores solares mais

comuns e o seu princípio de funcionamento é relativamente simples e,

tendo uma superfície plana escura que absorve a energia térmica por

radiação por via da incidência dos raios solar.

A superfície de um coletor solar de placa plana é normalmente

constituída por uma placa de cobre ou alumínio, escurecidos

quimicamente, de forma a absorver o máximo de energia solar. A energia

absorvida por esta placa é depois transferida através de condução

térmica para um fluido de transporte, que circula em tubos de cobre que

percorrem toda a placa, de modo a garantirem uma área de transferência

de calor maior.

A base da estrutura que sustenta o sistema é feita de uma material

isolante que permite minorar as possíveis perdas de energias. O topo da

estrutura, que vai cobrir a placa é composto de plástico ou vidro

translúcido, de forma a proteger a placa e a permitir a entrada dos

raios solares. Entre a placa e a superfície translúcida existe ar, que

forma um isolamento e reduz as perdas de calor para o exterior [^1].

Os coletores solares com concentrador parabólico (CPC) apresentam uma

curvatura côncava, designada de concentrador, que permite focar todos os

raios solares incidentes, independentemente do local onde incidem, no

tubo onde circula o fluido. Desta forma atinge-se uma temperatura maior

que nos coletores de placa plana.

Os CPC apresentam superfícies de elevados comprimentos que refletem os

raios solares para um tubo central, onde circula o fluido, para o qual é

transferida a energia absorvida pela radiação solar reflectida. Este

tubo é composto por uma superfície exterior transparente que permite a

entrada dos raios solares e minimiza a dissipação da energia ali

concentrada. A parte interna do tubo é composta por um material de cor

escura e com grande capacidade de absorção.

O concentrador nos CPC permite que a energia solar recebida no tubo

aumente por metro quadrado, o que, juntamente com a menor área de

absorção comparativamente a outros tipos de coletores, resulta numa

maior eficiência, sendo possível atingir temperaturas de aquecimento de

cerca 200ºC.

Devido ao fato do coletor não ser plano, o ângulo de incidência torna-se

mais relevante que nos coletores de placas planas, o que torna este tipo

de equipamentos limitados em determinadas condições, tal como dias

nublados [^2].



Os coletores de tubos a vácuo (CTV) são constituídos por um sistema de

tubos dentro dos quais existe vácuo, que é o melhor isolante conhecido,

de modo a reduzir as perdas térmicas e atingir uma maior temperatura de

aquecimento.

O vácuo no interior dos tubos funciona como uma camada isolante,

minimizando a transferência de calor para o exterior por mecanismos de

conveção e condução, o que resulta numa maior temperatura de operação. O

isolamento é assim mais eficaz que aquele apresentado nos outros tipos

de coletores, particularmente em climas mais frios. Em situações com

climas mais quentes, a sua utilização pode ser também vantajosa, quando

são requeridas maiores temperaturas de operação, como no caso de

processos industriais.

A existência de vácuo, que pode durar 25 anos ou mais, também leva a uma

maior durabilidade dos componentes, especificamente, a camada refletora

que se encontra dentro dos tubos e que não se irá degradar enquanto

existir vácuo dentro dos tubos.

O aquecimento da água nos CTV pode ser realizado por via direta ou

indireta.

No aquecimento por via direta, a água a aquecer circula diretamente num

tubo no interior do tubo a vácuo, existindo desta forma um aquecimento

direto da água. O funcionamento deste tipo de coletores é semelhante aos

coletores planos com a exceção da existência de vácuo no interior dos

tubos.

No aquecimento por via indireta, existe um tubo metálico, _heatpipe_, no

interior dos tubos de vácuo ligado a uma placa absorvedora e dentro do

qual circula uma mistura de água e anticongelante. Esta mistura

é aquecida até ao ponto de mudança de fase sendo o vapor formado

condensado num permutador de calor no topo dos tubos, onde o calor

latente de evaporação é usado para aquecer a água. Este conjunto dos

tubos e condensador encontra-se isolado de forma a reduzir as perdas

energéticas [^6], [^7], [^8], [^9].




Os coletores a ar, de forma semelhante aos coletores planos, aquecem

diretamente o ar por via da exposição direta à radiação solar. Estes são

geralmente constituídos por um material que absorve a radiação solar e

transfere essa energia térmica por condução e para o ar que circula no

interior do coletor.

Esse ar aquecido pode ser utilizado para aquecimento de divisões ou para

fins processuais, como para processos de secagem, recorrendo-se ao uso

de ventoinhas para a sua distribuição.

Estes coletores podem-se dividir em vários tipos, de acordo com o tipo

de escoamento, natural ou forçado e a presença de cobertura na

superfície exterior.

No escoamento forçado sem cobertura, o ar ambiente exterior entra na

placa absorvedora perfurada onde é aquecido no seu interior e

distribuído por via de uma ventoinha.

No escoamento natural com cobertura, o ar ambiente interior é

recirculado através do espaço entre a cobertura e a placa absorvedora

onde é aquecido. A circulação destas correntes de ar frio e quente é

devida a uma diferença de densidade do ar, função da sua temperatura.

Além do aquecimento do ar ambiente e aquecimento processual, os

coletores a ar podem também ser usados no arrefecimento ambiente

noturno, onde o ar ambiente interior quente é recirculado através do

coletor e transfere energia para o exterior via radiação térmica,

promovendo o seu arrefecimento [^10].



- Tecnologia renovável e não poluente

- Substitui os combustíveis fósseis

- Baixa manutenção

- Retorno do investimento

- Versatilidade geográfica

- Permite autossuficiência por parte do utilizador

- Investimento inicial considerável

- Não satisfaz inteiramente as necessidades energéticas do consumidor

- Impossibilidade de produzi energia durante o período noturno

- Necessidade de utilização de baterias para acumulação de energia

- Eficiência dependente das condições meteorológicas

- Baixa produtividade nos meses de Inverno [^11].

Portugal apresenta-se como um dos países da Europa com maior número de

horas de sol por ano, tornando as tecnologias de aproveitamento de luz

solar uma opção bastante viável.

Em 2009, o governo lançou incentivos à compra de tecnologias de

aproveitamento da luz solar, tendo sido instalados cerca de 180 000

m² de nova área, só no ano de 2010.

Os avanços no desenvolvimento dos coletores solares e as melhorias nas

suas eficiências têm também servido de incentivo ao aumento da sua

utilização. Porém os valores de área coberta são muito baixos e existe

uma grande margem de progressão que pode ser feita. Portugal tem as

condições geográficas e meteorológicas ideias para tirar o melhor

partido deste tipo de tecnologias.

[^1]: Alternative Energy Tutorials, [Flat Plate

Collector](http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-hot-water/flat-plate-collector.html),

Consultado a 24/2/2019.

[^2]: Alternative Energy Tutorials, [Parabolic Trough Reflector](http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-hot-water/parabolic-trough-reflector.html), Consultado a 25/2/2019.

[^3]: [SkyFuel](http://www.skyfuel.com/), Consultado a 25/2/2019.

[^4]: [Revista Renováveis Magazine Nº 31 - 3º Trimestre de 2017](https://issuu.com/wendelrocha2/docs/renovaveis-magazine-3trimestre-2017), Consultado a 25/2/2019.

[^5]: **R.K. Musunuri**, **D. Sánchez**, **R. Rodriguez**, _Solar Thermal Energy_, **Energy Engineering**, University of Gavle, October (2007).

[^6]: [Evacuated Tube Collectors](http://www.solar365.com/solar/thermal/evacuated-tube-collectors), Consultado a 25/2/2019.

[^7]: [Solar Evacuated Tube Collectors for Hot Water](http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-hot-water/evacuated-tube-collector.html), Consultado a 25/2/2019.

[^8]: **Lun Jiang**, **Roland Winston**, [Integrated nonimaging optical design for evacuated tube solar thermal collector](http://ucsolar.org/files/public/documents/Poster-1.pdf), Consultado a 25/2/2019.

[^9]: **F. Mahjouri**, [Vacuum Tube Liquid-Vapor (Heat-Pipe) Collectors](https://www.sssolar.co.za/docs/vacuum%20tube%20paper.pdf), Columbia, Maryland (2004).

[^10]: Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs, [Solar Facts](http://www.omafra.gov.on.ca/english/engineer/facts/sol_air.htm), Ontario, Canada, Consultado a 25/2/2019.

[^11]: [Solar Power Advantages and Disadvantages](https://www.sepco-solarlighting.com/blog/bid/115086/Solar-Power-Advantages-and-Disadvantages), Consultado a 25/2/2019.