Coletores Solares Térmicos BTE de Grau Comercial – Produção Máxima para Sistemas Industriais de Água Quente

Componentes básicos para utilização térmica solar de baixa temperatura

Os coletores solares planos são componentes essenciais para a utilização térmica solar de baixa temperatura. São componentes não concentradores em sistemas térmicos solares que recebem radiação solar e transferem calor para um meio de transferência de calor. Os coletores solares planos consistem principalmente num absorvedor de calor, uma cobertura transparente, uma camada isolante e uma carcaça exterior. O absorvedor de calor é essencialmente uma placa plana. Quando um coletor solar plano está em funcionamento, a radiação solar passa através da cobertura transparente e é projetada no absorvedor de calor, onde é absorvida e convertida em energia térmica. Este calor é então transferido para o meio de transferência de calor dentro do absorvedor, aumentando a sua temperatura e fornecendo uma saída de energia útil do coletor.

Componentes e Características

Os coletores solares planos são componentes essenciais para a utilização térmica solar de baixa temperatura e há muito que são um produto líder no mercado global de energia solar. São amplamente utilizados em diversas aplicações, incluindo aquecimento de água doméstica, aquecimento de piscinas, aquecimento de água industrial, aquecimento de edifícios e ar condicionado. Os coletores solares planos consistem principalmente num absorvedor de calor, numa cobertura transparente, numa camada isolante e numa estrutura exterior. Um aquecedor solar de água de placa plana é um aquecedor de água que utiliza um coletor solar plano, e um sistema de aquecimento solar de água de placa plana é um sistema de água quente que utiliza um coletor solar plano.

Apresentam construção simples, grande área de absorção de calor, alta resistência à pressão, longa vida útil, resistência a danos e facilidade de integração arquitetónica.

Placa absorvedora de calor

Este é o componente dentro de um coletor solar de placa plana que absorve a radiação solar e transfere o calor para o meio de transferência de calor. É essencialmente uma placa plana. 

Estrutura

Uma placa absorvente de calor de placa plana é tipicamente disposta com tubos e coletores. Os tubos são dispostos longitudinalmente na placa absorvente de calor e formam o caminho de fluxo do fluido; os coletores são os componentes que conectam vários tubos transversalmente nas extremidades superior e inferior da placa absorvente de calor, formando o caminho de fluxo do fluido. As placas absorventes de calor podem ser feitas de uma variedade de materiais, incluindo cobre, liga de alumínio, composto de cobre-alumínio, aço inoxidável, aço galvanizado, plástico e borracha. Os tipos estruturais incluem:

1. Tipo tubo-chapa: Os tubos e a placa plana são conectados de uma maneira específica para formar uma tira absorvente de calor, que é então soldada aos coletores superior e inferior para formar a placa absorvente de calor. Este é o tipo mais comumente usado tanto a nível nacional como internacional.

2. Tipo de tubo com aletas: Uma tira absorvente de calor com aletas fixadas em cada lado de um tubo metálico é formada através de um processo de extrusão por matriz e trefilagem. Esta tira é então soldada aos coletores superior e inferior para formar a placa absorvente de calor.

3. Tipo de caixa plana: A placa absorvente de calor é formada a partir de duas placas metálicas separadas por estampagem em matriz e depois soldadas. Tipo serpentina: O tubo metálico é curvado em forma de serpentina e depois soldado a uma placa plana para formar uma placa absorvente de calor. Este tipo de estrutura é amplamente utilizado no estrangeiro.

Revestimentos Absorventes Solares

Para maximizar a absorção da radiação solar e convertê-la em calor, o absorvedor deve ser coberto com um revestimento escuro, conhecido como revestimento absorvente solar.

Os revestimentos absorventes solares podem ser divididos em duas categorias: não seletivos e seletivos. Os revestimentos não seletivos são aqueles cujas propriedades óticas são independentes do comprimento de onda da radiação; os revestimentos seletivos são aqueles cujas propriedades óticas variam significativamente com o comprimento de onda da radiação.

Revestimentos absorventes seletivos podem ser preparados utilizando uma variedade de métodos, incluindo pulverização, químicos, eletroquímicos, evaporação a vácuo e pulverização catódica por magnetrão. A maioria dos revestimentos absorventes seletivos preparados com estes métodos pode atingir uma taxa de absorção solar (SAR) acima de 0,90, mas os seus intervalos de emissividade alcançáveis variam significativamente. Do ponto de vista do desempenho da emissividade, a ordem de mérito entre estes métodos deve ser: pulverização catódica por magnetrão, evaporação a vácuo, eletroquímicos, químicos e pulverização. Claro, cada método tem um intervalo específico de valores de emissividade, e a emissividade real de um revestimento depende do grau de otimização do processo de preparação do revestimento.

Materiais

O cobre TP2 é utilizado para cabeçotes e tubos de derivação. O cobre desoxidado com fósforo TP2 é uma matéria-prima de alta pureza produzida por fusão. O oxigénio gerado no cobre fundido é desoxidado com fósforo (P) com afinidade para o oxigénio, reduzindo o seu teor de oxigénio para menos de 100 ppm. Isto melhora a sua ductilidade, resistência à corrosão, condutividade térmica, soldabilidade e trabalhabilidade, além de resistir à fragilização por hidrogénio a altas temperaturas. Características e aplicações: Possui teor de oxigénio extremamente baixo, alta pureza, excelente condutividade elétrica e térmica, excelente ductilidade, baixa permeabilidade ao ar e fragilização por hidrogénio mínima ou nula. Oferece também excelente trabalhabilidade, soldabilidade, resistência à corrosão e resistência ao frio.

Placa de Cobertura Transparente

A placa de cobertura transparente é um componente em forma de placa, transparente (ou translúcido), que cobre a placa absorvedora num coletor plano. Tem três funções principais: primeiro, transmite a radiação solar e direciona-a para a placa de absorção de calor; segundo, protege a placa de absorção de calor do pó, da chuva e da neve; e terceiro, cria um efeito de estufa, impedindo que a placa de absorção de calor dissipe calor para o ambiente circundante através de convecção e radiação quando a temperatura aumenta. 

Material

Existem dois tipos principais: vidro plano e fibra de vidro. O vidro plano é atualmente o mais utilizado tanto a nível nacional como internacional.

O vidro plano possui baixa transmitância infravermelha, baixa condutividade térmica e excelente resistência às intempéries. No entanto, a transmitância solar e a resistência ao impacto são duas considerações fundamentais para o vidro plano. Atualmente, o material de cobertura transparente mais utilizado é o vidro plano com 3-5 mm de espessura, o vidro temperado de baixo ferro ultraclaro ou o vidro temperado texturizado de baixo ferro ultraclaro. Estes vidros apresentam elevada transmitância, são resistentes ao granizo e ao impacto, e são seguros e fiáveis. As espessuras comuns de vidro são 3,2 mm e 4,0 mm. O vidro ultraclaro é um tipo de vidro ultra-transparente e de baixo ferro, também conhecido como vidro de baixo ferro ou vidro de alta transparência. As placas de FRP (ou seja, placas de plástico reforçado com fibra de vidro) possuem elevada transmitância solar, baixa condutividade térmica e elevada resistência ao impacto; no entanto, para as placas de FRP, a transmitância infravermelha e a resistência às intempéries são duas questões que requerem atenção. A curva de transmitância monocromática em função do comprimento de onda das placas de FRP mostra que a transmitância monocromática não só tem um valor elevado dentro de 2 pm, mas também tem um valor elevado acima de 2,5 pm. Portanto, a transmitância solar das placas de FRP é geralmente superior a 0,88, mas a sua transmitância infravermelha também é muito superior à do vidro plano. As placas de FRP podem reduzir o grau de danos causados pelos raios ultravioleta através da utilização de resinas de alta energia de ligação e gel coats. No entanto, a vida útil das placas de FRP não pode, de forma alguma, ser comparada com a do vidro plano, que é um material inorgânico. As placas de FRP raramente são utilizadas como placas de cobertura para coletores e atualmente são apenas utilizadas em alguns produtos de baixo custo.

Camada de Isolamento

A camada de isolamento é um componente do coletor que impede a perda de calor do absorvedor para o ambiente circundante por condução. Os materiais utilizados para a camada de isolamento incluem lã de rocha, lã de vidro, poliuretano e poliestireno. A lã de vidro é atualmente a mais utilizada.

Materiais de Isolamento de Alta Eficiência

A Espuma Fenólica (PF) é um novo tipo de material de isolamento que pode melhorar a eficiência dos coletores solares planos. Está a ser gradualmente adotada pelos fabricantes. A espuma fenólica é um plástico espumado rígido de células fechadas, obtido por espumação e cura de resina fenólica com uma variedade de substâncias, incluindo emulsionantes, agentes espumantes, agentes de cura e outros aditivos, através de uma fórmula científica.

As características da espuma fenólica são resumidas da seguinte forma:

1. Excelente desempenho de isolamento térmico, com uma condutividade térmica de <0,03 W/m·K.

2. Elevada temperatura de funcionamento. A espuma fenólica pode operar por longos períodos em temperaturas entre -200°C e 160°C (com temperaturas transitórias de 250°C permitidas) sem encolhimento.

3. Excelente resistência às intempéries. Mesmo sob exposição prolongada a altas temperaturas, mantém excelentes propriedades de isolamento térmico e não liberta quaisquer substâncias voláteis que possam bloquear a radiação solar.

4. Não inflamabilidade. A espuma fenólica (100 mm de espessura) resiste a chamas por mais de uma hora sem ser penetrada e não emite fumo ou gases nocivos. Quando exposta a chamas abertas, a espuma fenólica forma uma camada de carbono estrutural na sua superfície, evitando gotejamento, ondulação ou fusão. Após a queima, uma camada de grafite de carbono estrutural forma-se na superfície, protegendo eficazmente a estrutura interna da espuma.

5. Amiga do ambiente. Utilizando tecnologia de espumação sem flúor e sem fibras, cumpre as normas ambientais nacionais e internacionais.

Espessura

A espessura da camada de isolamento deve ser determinada com base em fatores como o material utilizado, a temperatura de funcionamento do coletor e as condições climáticas da área de utilização. Como regra geral, quanto maior for a condutividade térmica do material, mais elevada for a temperatura de funcionamento do coletor e mais baixa for a temperatura na área de utilização, mais espessa deve ser a camada de isolamento. Geralmente, a camada de isolamento inferior tem 30-50 mm de espessura, com as camadas de isolamento laterais com aproximadamente a mesma espessura.

Invólucro

O invólucro protege e fixa o absorvedor, a cobertura transparente e a camada de isolamento no interior do coletor. Dependendo da sua função, o invólucro requer um certo nível de resistência e rigidez, boa estanquicidade e resistência à corrosão, além de um aspeto estético agradável. 

Os materiais utilizados para a caixa incluem liga de alumínio, aço inoxidável, aço carbono, plástico e fibra de vidro. Para melhorar a vedação da caixa, alguns produtos utilizam um processo de moldagem por compressão de um único disparo com aço carbono. Atualmente, o material mais comum para a caixa (estrutura) de um coletor de placa plana é a liga de alumínio e o aço carbono, formados através de um processo de moldagem por compressão de um único disparo. 

Liga de Alumínio: Os perfis de liga de alumínio 6063T5 são comumente utilizados. As ligas de alumínio da série 6063 são amplamente utilizadas nas estruturas de portas, janelas e cortinas de alumínio em edifícios. Para garantir alta resistência ao vento, desempenho de montagem, resistência à corrosão e propriedades decorativas, os requisitos de desempenho abrangentes para perfis de liga de alumínio superam em muito os dos perfis industriais.

No panorama competitivo da energia solar térmica, cada ponto percentual de eficiência traduz-se num ROI tangível. Os coletores planos da BTE são projetados não apenas para captar a luz solar, mas para oferecer fiabilidade a longo prazo e um LCOE (Custo Nivelado de Energia) mais baixo para a escala específica do seu projeto.

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