Como funcionam os coletores solares térmicos
Guia sobre sistemas de aquecimento solar
À medida que as organizações aceleram a sua transição para o zero líquido, um desafio continua a ser particularmente difícil de resolver: a descarbonização do aquecimento. Embora a produção de eletricidade tenha registado rápidos progressos graças à energia eólica e solar fotovoltaica, o aquecimento continua a representar cerca de metade do consumo energético global e uma parte significativa das emissões de carbono.
É aqui que os coletores solares térmicos e os sistemas de aquecimento solar desempenham um papel importante. Ao contrário dos painéis solares fotovoltaicos convencionais, que geram eletricidade, os coletores solares térmicos captam a energia solar para produzir calor utilizável em edifícios e processos industriais. Estes sistemas são cada vez mais utilizados em aplicações comerciais e industriais para fornecer água quente solar, apoiar o aquecimento solar de ambientes e reduzir a dependência de sistemas de aquecimento baseados em combustíveis fósseis.
Compreender o funcionamento dos sistemas inovadores de energia solar térmica e solar PVT, bem como a forma como melhoram o desempenho, é essencial para as organizações que estão a explorar tecnologias de aquecimento renovável no âmbito da sua estratégia de descarbonização.
O que são coletores solares térmicos?
Os coletores solares térmicos são concebidos para absorver a luz solar e convertê-la em calor. Este calor é depois transferido através de um fluido de trabalho, normalmente uma mistura de água e glicol, para um permutador de calor. A partir daí, o calor é transferido para um depósito de água quente/depósito de armazenamento térmico, ao qual os clientes finais podem recorrer para obter água quente destinada ao consumo doméstico (DHW), ao aquecimento de ambientes e até a processos térmicos industriais.
Os sistemas solares térmicos constituem uma das formas mais consolidadas de tecnologia de aquecimento renovável e têm vindo a ser implementados em todo o mundo há décadas. De acordo com a Agência Internacional de Energia, a capacidade solar térmica continua a expandir-se a nível global, à medida que governos e organizações procuram soluções de aquecimento com baixas emissões de carbono.
Os painéis solares térmicos são normalmente instalados em telhados, mas também podem ser instalados em painéis montados no solo e, em alguns casos, nas fachadas dos edifícios, onde podem maximizar a exposição à luz solar.
Entre as aplicações mais comuns encontram-se:
• Sistemas solares comerciais de aquecimento de água para hotéis, hospitais e centros de lazer, destinados ao aquecimento de piscinas
• Sistemas de aquecimento solar para redes de aquecimento urbano
• Apoio ao aquecimento solar de espaços em edifícios de grande dimensão
• Calor para processos industriais na indústria transformadora e na produção de alimentos e bebidas
Os sistemas solares térmicos podem proporcionar uma elevada eficiência e uma redução significativa das emissões de carbono, em comparação com as tecnologias de aquecimento tradicionais.
Como funcionam os sistemas solares térmicos
Na sua essência, os sistemas solares térmicos seguem um processo simples: recolhem a energia solar, convertem-na em calor e distribuem-na onde é necessário.
1. Captação de energia solar
Os coletores solares térmicos absorvem a luz solar através de uma superfície absorvente especializada. Esta superfície foi concebida para captar o máximo possível de radiação solar, minimizando simultaneamente a perda de calor.
O absorvedor transfere calor para um fluido em circulação que flui através de tubos no interior do coletor.
2. Transferência de calor
O fluido aquecido é bombeado através de um sistema de circuito fechado para um permutador de calor. Este componente transfere o calor captado para o sistema de abastecimento de água ou de aquecimento do edifício.
Por exemplo, nos sistemas solares de aquecimento de água, o permutador de calor aquece a água quente sanitária armazenada em depósitos isolados.
3. Armazenamento térmico
Muitos sistemas de aquecimento solar incluem tanques de armazenamento térmico que armazenam água quente para utilização quando não há luz solar. Isto permite que os edifícios continuem a beneficiar do calor solar durante a noite ou em períodos de menor produção solar, ou seja, nos meses de outono e inverno. Esta solução pode revelar-se mais económica do que armazenar a energia elétrica produzida pelos painéis fotovoltaicos em baterias.
4. Distribuição do calor
O calor armazenado pode então ser utilizado em diversas aplicações, incluindo:
• Água quente sanitária
• Aquecimento solar de ambientes através de radiadores ou piso radiante
• Calor para processos industriais
• Pré-aquecimento de água para caldeiras
Ao reduzir a carga de trabalho dos sistemas de aquecimento convencionais, os coletores solares térmicos podem diminuir significativamente o consumo de combustível e as emissões de carbono.
Tipos de coletores solares térmicos
Nos sistemas comerciais, são utilizados vários tipos de coletores solares térmicos, cada um deles adequado a diferentes climas e requisitos de temperatura.
Coletores solares térmicos planos:
Os coletores de placa plana (FPC) estão entre os modelos mais comuns. São constituídos por uma placa absorvente plana alojada numa caixa isolada com uma cobertura transparente.
São amplamente utilizados em sistemas solares de aquecimento de água em edifícios residenciais e comerciais devido à sua fiabilidade e ao seu design relativamente simples.
Sistemas solares térmicos de tubos de vácuo: VirtuHOT
Os coletores solares térmicos de tubos sob vácuo contêm absorvedores rodeados por uma camada de vácuo. O vácuo reduz significativamente a perda de calor, permitindo que estes sistemas funcionem de forma eficiente a temperaturas mais elevadas.
Devido a este design, os coletores solares térmicos de tubos de vácuo são frequentemente utilizados em climas mais frios ou em aplicações que exigem uma maior potência térmica.
Coletores solares PVT: VirtuPVT
Uma inovação recente na tecnologia de aquecimento renovável é o desenvolvimento de coletores solares PVT (coletores fotovoltaicos-térmicos).
Estes sistemas híbridos geram tanto eletricidade como calor a partir da mesma superfície coletora, aumentando significativamente o rendimento energético por metro quadrado de telhado.
Os sistemas solares PVT são particularmente interessantes para edifícios comerciais onde o espaço no telhado é limitado e a procura de eletricidade e calor é elevada. Para mais informações sobre as vantagens dos sistemas solares PVT, conheça o nosso produto VirtuPVT.
Por que razão o calor renovável é importante para o objetivo de emissões líquidas nulas
O aquecimento representa uma das maiores fontes de emissões de carbono a nível mundial. De acordo com a Agência Internacional de Energia, o aquecimento é responsável por cerca de 50 % do consumo final de energia a nível mundial.
Grande parte desse calor continua a ser produzido através da utilização de combustíveis fósseis, como o gás natural e o petróleo.
Para os clientes finais comerciais e industriais, a descarbonização do aquecimento é frequentemente mais complexa do que a mudança de fontes de eletricidade, pois, ao contrário da eletricidade, o calor não pode ser transportado por longas distâncias sem sofrer perdas significativas de calor. Por conseguinte, as soluções de aquecimento renovável devem ser instaladas muito perto do ponto de utilização ou diretamente nesse local.
As tecnologias de aquecimento renováveis, como os sistemas solares térmicos, oferecem várias vantagens:
• Substituição direta das fontes de calor a combustíveis fósseis no local de utilização
• Redução dos custos energéticos ao longo do tempo
• Menores emissões de carbono
• Melhoria da eficiência energética dos edifícios
Para as organizações com metas ambiciosas de sustentabilidade, os sistemas de aquecimento solar podem desempenhar um papel importante a par das suas tecnologias de aquecimento existentes, tais como as bombas de calor.
O papel da energia solar térmica híbrida
Os painéis solares térmicos tradicionais destinam-se exclusivamente à produção de calor. No entanto, as tecnologias híbridas de energia solar térmica estão a ampliar as possibilidades oferecidas pela energia solar.
Os coletores SolarPVT combinam a geração de energia térmica e elétrica num único sistema.
Esta abordagem oferece várias vantagens:
• Maior densidade energética: os sistemas híbridos fornecem calor e eletricidade a partir da mesma superfície, maximizando a produção de energia no telhado.
• Melhor desempenho fotovoltaico: Ao dissipar o calor das células fotovoltaicas, os sistemas solares PVT podem ser concebidos para funcionar a temperaturas mais baixas do que os sistemas solares fotovoltaicos convencionais, o que permite uma maior eficiência elétrica.
• Melhor aproveitamento do espaço disponível nos telhados comerciais: Os edifícios comerciais dispõem frequentemente de uma área de telhado limitada para instalações solares. Os coletores solares de alta densidade energética permitem às organizações gerar mais energia sem aumentar a área ocupada pelo sistema.
Estas vantagens tornam os sistemas híbridos solares PVT cada vez mais atraentes para edifícios comerciais, hotéis, centros de lazer, hospitais e instalações industriais.
Energia solar térmica em edifícios comerciais e industriais
Os sistemas solares térmicos são particularmente adequados para edifícios com uma procura de calor constante.
Os setores comerciais que atualmente adotam sistemas de aquecimento solar incluem:
• Hotelaria (hotéis e resorts)
• Estabelecimentos de saúde
• Centros de lazer e piscinas
• Fábricas de processamento alimentar
• Cervejarias e destilarias
• Redes de aquecimento urbano
Visite a nossa Case Studies para obter mais detalhes
Estes edifícios necessitam de grandes quantidades de água quente e de calor para processos industriais, o que torna os coletores solares térmicos uma tecnologia eficaz de aquecimento renovável.
Em muitos casos, a energia solar térmica pode cobrir uma parte significativa da procura anual de aquecimento, funcionando em conjunto com tecnologias de aquecimento já existentes, como caldeiras a gás ou bombas de calor modernas.
Para as organizações que adotam estratégias de emissões líquidas nulas, os sistemas solares térmicos constituem também uma demonstração visível do seu compromisso com a energia sustentável.
Integração de sistemas solares térmicos
O nosso Virtu é a solução autónoma e complementar ideal para clientes que pretendem descarbonizar os seus processos térmicos.
Os sistemas solares térmicos podem constituir uma tecnologia ideal quando combinados com bombas de calor para fornecer pré-aquecimento a sistemas de bombas de calor com fonte de água, ou com refrigeradores de absorção para sistemas de água refrigerada. Os nossos sistemas também se integram perfeitamente com instalações a gás existentes, tais como caldeiras e unidades de cogeração, reduzindo a dependência dos combustíveis fósseis e diminuindo significativamente as emissões de carbono para utilizadores industriais, comerciais e residenciais.
Adotamos uma abordagem sistémica holística e garantimos que o potencial máximo do sistema seja alcançado através de controlos inteligentes e armazenamento térmico, avaliando os aspetos práticos da instalação.
O Futuro dos Sistemas de Aquecimento Solar
À medida que os esforços globais de descarbonização se aceleram, as tecnologias de aquecimento renovável estão a ganhar cada vez mais destaque.
Os governos de toda a Europa e do Reino Unido estão a implementar políticas para apoiar as metas de emissões líquidas nulas, enquanto as organizações enfrentam uma pressão crescente para reduzir as emissões operacionais.
Espera-se que a energia solar térmica e tecnologias como os coletores solares PVT venham a desempenhar um papel cada vez mais importante nesta transição.
Com uma maior densidade energética, uma melhor integração do sistema e a capacidade de fornecer tanto eletricidade como calor, os sistemas solares térmicos de última geração podem aumentar significativamente a eficiência das instalações solares comerciais.
Para as organizações que procuram soluções práticas para a descarbonização do aquecimento, os coletores solares térmicos oferecem uma via comprovada e escalável para reduzir as emissões, melhorando simultaneamente a resiliência energética.
Conclusão
Os coletores solares térmicos continuam a ser uma das formas mais eficazes e comprovadas de aproveitar a energia solar para aplicações de aquecimento. Ao converterem a radiação solar diretamente em calor utilizável, os sistemas solares térmicos oferecem uma tecnologia de aquecimento renovável altamente eficiente para edifícios comerciais e industriais. Para saber mais sobre este assunto, visite o site da Solar Heat Europe.
Desde sistemas solares de aquecimento de água até sistemas de aquecimento solar em grande escala que apoiam processos industriais, estas tecnologias ajudam as organizações a reduzir as emissões de carbono e a dependência dos combustíveis fósseis.
Com o surgimento dos coletores solares híbridos PVT e dos coletores solares de alta densidade energética, o papel da energia solar nos sistemas energéticos dos edifícios está a expandir-se ainda mais. À medida que as empresas continuam a adotar estratégias de emissões líquidas nulas, as tecnologias solares térmicas e híbridas tornar-se-ão ferramentas cada vez mais importantes para a descarbonização do aquecimento e para a construção de um futuro energético mais sustentável.
