Coletores solares térmicos planos: o guia definitivo sobre tecnologia, aplicações e benefícios

Explore como os sistemas modernos de ecrã plano proporcionam um aquecimento eficiente para

Uso residencial e comercial

No domínio da utilização da energia solar térmica, os colectores solares térmicos planos sempre ocuparam uma posição importante no mercado devido à sua longa história, tecnologia avançada, excelente fiabilidade e excelentes capacidades de integração em edifícios. São dispositivos essenciais para a conversão eficiente da energia da radiação solar em energia térmica, fornecendo água quente, aquecimento e até energia térmica de processo para aplicações residenciais, comerciais e industriais. São o "coração" dos sistemas solares térmicos modernos. 

Este artigo irá aprofundar o princípio de funcionamento, o núcleo técnico, as vantagens e as características, bem como as amplas soluções de aplicação de coletores de placa plana, apresentando-lhe uma visão abrangente desta tecnologia clássica e eficiente.

I. Estrutura Central e Princípio de Funcionamento: Simples, mas não simplista

Um coletor de placa plana padrão é composto principalmente pelos seguintes componentes principais: 

Capa Transparente:

Geralmente, utiliza-se vidro temperado com baixo teor de ferro e elevada transmitância luminosa. A sua função é permitir a passagem da maior quantidade possível de radiação solar de onda curta, suprimindo a perda de radiação de onda longa provocada pela geração de calor pelas placas internas de absorção de calor (efeito de estufa) e protegendo os componentes internos da erosão ambiental, como o vento, a chuva e o granizo. 

Placa de absorção de calor (placa absorvedora):

Esta é a "alma" do coletor. É geralmente feito de materiais metálicos (cobre, liga de alumínio ou aço galvanizado) e a sua superfície é revestida com um revestimento escuro de absorção seletiva. Este revestimento apresenta uma taxa de absorção solar extremamente elevada (α > 0,92) e uma emissividade térmica extremamente baixa (ε < 0,10), maximizando assim a captura e retenção de calor. 

A placa de absorção de calor está equipada com canais de fluxo de fluido no seu interior, através dos quais o meio condutor de calor (água, anticongelante ou ar) flui para transportar o calor. 

Camada de isolamento

A parte traseira e as laterais da placa de absorção de calor são revestidas com materiais isolantes altamente eficientes (geralmente lã de rocha ou espuma de poliuretano), que são utilizados para minimizar a perda de calor para o ambiente circundante, garantir a transferência de calor para a frente e melhorar a eficiência da recolha de calor. 

Invólucro:

Uma estrutura resistente fabricada em liga de alumínio ou aço inoxidável veda todos os componentes acima referidos numa única unidade, proporcionando resistência estrutural, desempenho de vedação e pontos de suporte para a instalação. 

Princípio de funcionamento: A radiação solar atravessa a placa de cobertura de vidro e é captada pelo revestimento seletivo da placa de absorção de calor, convertendo-a em energia térmica. O calor é conduzido para o meio condutor de calor no canal de fluxo, provocando o aumento da sua temperatura. O meio aquecido transfere calor para o reservatório de água para utilização por bombagem ou circulação natural, enquanto a camada de isolamento e a placa de cobertura trabalham em conjunto para minimizar a perda de calor.

II. Principais vantagens: porque é que ainda é preferido ao fim de décadas?

Estrutura robusta e excelente durabilidade 

A estrutura integral da placa apresenta uma elevada resistência mecânica, capaz de suportar condições climatéricas severas, como granizo, ventos fortes e acumulação de neve. Não existe o risco de rutura da tubagem e a sua vida útil pode chegar a 20 a 25 anos. 

Funcionamento com suporte de pressão, desempenho estável 

O canal de fluxo metálico suporta a alta pressão do sistema. Quando combinado com um depósito de água pressurizado, fornece pressão de água suficiente, proporcionando uma experiência de banho confortável. Também pode ser facilmente ligado à tubagem de água fria existente na residência. 

Fácil de integrar, elegante e moderno 

O formato plano e o design modular permitem que seja perfeitamente integrado no telhado inclinado, nas grades das varandas ou nas fachadas exteriores dos edifícios, conseguindo uma verdadeira integração do edifício (BIPV-T), que está em conformidade com a estética arquitetónica moderna. 

Manutenção simples e operação fiável 

A superfície é lisa e plana, não propensa à acumulação de pó e pode ser limpa com água da chuva. Não tem peças móveis, tem uma estrutura simples, quase não requer manutenção diária e apresenta uma taxa de falhas operacionais extremamente baixa. 

Excelente desempenho anticongelante (para sistemas de meios de trabalho líquidos)

Ao encher o circuito fechado com anticongelante, este pode operar de forma estável em ambientes extremamente frios (como -30℃ a -50℃), eliminando fundamentalmente os riscos de congelamento e fissuras.

III. Comparação com os coletores de tubo de vácuo

Características: Coletor tipo placa plana, coletor de tubo de vácuo

1. A estrutura/durabilidade é, em geral, robusta, resistente a impactos e não apresenta risco de rotura de tubagens. Feito de vidro, tem uma probabilidade muito baixa de ser partido pelo granizo.

Apresenta uma elevada eficiência de desempenho abrangente, uma boa utilização da luz dispersa, um rápido aumento da temperatura inicial no verão devido ao sobreaquecimento e uma eficiência extremamente elevada em dias ensolarados de inverno.

2.º Todos os sistemas de suporte de pressão são de suporte de pressão, enquanto a maioria são sistemas sem suporte de pressão (tipo de inserção direta).

3. Não requer manutenção e é fácil de limpar à superfície. O pó e a neve entre os canos precisam de ser removidos regularmente.

4.º A instalação e a estética têm um elevado grau de integração com o edifício, mas o aspeto é bastante chamativo e o grau de integração é baixo.

5. Tem um desempenho anticongelante extremamente forte (o sistema anticongelante) e está em boas condições (o tubo de vácuo em si não congela), mas a tubagem necessita de proteção

6. Cenários aplicáveis: varandas de arranha-céus, vivendas, projetos comerciais, telhados residenciais de vários andares em regiões frias, casas autoconstruídas e aplicações económicas

IV. Principais Soluções de Aplicação

Água Quente Sanitária – AQS: 

1. Apartamentos altos: Adotando um sistema de montagem na parede da varanda, o coletor é instalado na parede exterior da varanda e o depósito de água pressurizada é colocado no interior da habitação, resolvendo perfeitamente os problemas dos utilizadores de edifícios altos. 

2. Vilas/residências baixas: podem ser instalados conjuntos coletores de grande área no telhado para satisfazer as exigências de grandes volumes de água quente, aquecimento de pavimentos e até mesmo aquecimento de piscinas.

Soluções empresariais e industriais 

1. Hotéis, hospitais e escolas: forneçam centros centralizados de aquecimento solar de água a estes grandes consumidores de água quente, de modo a reduzir significativamente os custos operacionais. 

2. Melhoramento agrícola: É utilizado para o aquecimento de estufas e manutenção de temperatura constante em tanques de aquacultura, reduzindo o consumo de energia na produção agrícola. 

3.º Pré-aquecimento industrial: fornece pré-tratamento de calor de processo para indústrias como a alimentar, têxtil e galvanoplastia, que requerem água quente a baixa temperatura.

Sistemas de combinação solar 

Combinado com sistemas de aquecimento terminais, como o aquecimento de pavimentos e as unidades de ventiloconvectores, pode satisfazer parte ou mesmo todas as necessidades de aquecimento de inverno dos edifícios, o que é um caminho técnico importante para atingir "edifícios com consumo de energia quase nulo".

V. Guia de Seleção e Design

Observe o núcleo da placa de absorção de calor 

Dê preferência a tubos de cobre com alhetas de alumínio ou placas de absorção de calor totalmente em cobre, pois oferecem o melhor desempenho de condução de calor. Observe se o processo de soldadura do núcleo da placa é uniforme e firme. 

Observe os revestimentos seletivos 

Informe-se sobre a taxa de absorção e os parâmetros de emissividade do revestimento. Quanto maior for a taxa de absorção e menor for a emissividade, melhor será o desempenho (como o cromado preto, a película azul, etc.). 

Observe a camada de isolamento 

A espessura da camada de isolamento traseira não deve ser inferior a 40 mm, e devem ser utilizados materiais de isolamento de alta eficiência (como a lã de rocha) com alta densidade para garantir o efeito de isolamento térmico. 

Verifique a placa de cobertura e a vedação

A placa de cobertura deve ser de vidro temperado de alta transparência e baixo teor de ferro. O material da tira de borracha de vedação na estrutura deve ser de alta qualidade para garantir que não há fugas de água ou acumulação de pó durante a utilização prolongada em ambientes exteriores. 

O design do sistema é a chave 

É essencial que o cálculo da carga de calor e o design do sistema sejam realizados por profissionais para determinar razoavelmente a área de recolha de calor, a capacidade do depósito de água, a seleção da bomba e da válvula e o esquema do sistema de controlo.

Conclusão

Os coletores solares planos são uma tecnologia madura, comprovada ao longo do tempo como fiável, eficiente e esteticamente agradável. Podem não ser tão chamativos como algumas tecnologias novas, mas a sua estrutura robusta, o desempenho estável, a capacidade inerente de suportar pressão e a excelente afinidade arquitetónica fazem deles um charme duradouro no mundo atual, onde a fiabilidade e as soluções globais são cada vez mais valorizadas. 

Seja para reduzir as faturas de energia, diminuir a pegada de carbono ou melhorar a qualidade e o conforto dos edifícios, optar por coletores solares planos é um investimento inteligente a longo prazo. Não é apenas uma ferramenta para obter energia térmica, mas também um símbolo de um estilo de vida moderno e sustentável.