A maioria dos sistemas solares de água quente usa coletores ou painéis solares para absorver a energia do sol. A água é aquecida pelo sol ao passar pelos coletores. Em seguida, ele flui para um tanque de armazenamento isolado para uso posterior. Em sistemas passivos, a água flui devido a um efeito termossifão entre os coletores e o tanque. Em sistemas inativos, a água é bombeada entre os coletores e o tanque.
O tanque de armazenamento geralmente é equipado com um impulsionador elétrico, a gás ou a combustível sólido que aquece a água quando a luz do sol é insuficiente. Alguns aquecedores solares de água também têm proteção contra congelamento para evitar danos em áreas propensas a congelamento.
Coletores solares
Os coletores solares capturam e usam o calor do sol para elevar a temperatura da água. Existem dois tipos principais de coletor solar: coletores planos e evacuados.
Coletores solares de placa plana - são o tipo mais comum. Eles são compostos por:
- Uma caixa hermética com uma tampa transparente.
- Uma placa absorvente metálica de cor escura contendo canos de água. Isolamento para reduzir a perda de calor na parte traseira e nas laterais da placa absorvente. Uma pequena desvantagem dos coletores de placa plana é que eles operam com a máxima eficiência quando os raios do sol atingem perpendicularmente à placa plana. Eles também sofrem alguma perda de calor no tempo frio.
Sistema de água quente com tubo evacuado solar.
Coletores solares de tubo evacuado - Esse tipo de coletor consiste em:
Uma série de tubos de vidro exteriores transparentes que permitem a passagem de raios de luz com o mínimo de reflexão.
Cada tubo contém um tubo de água interno revestido com uma camada que absorve os raios do sol, gerando calor.
A água corre através deste tubo interno e é aquecida.
Existe um vácuo (daí 'evacuado') entre o tubo externo e o tubo de água, que atua como isolamento, reduzindo a perda de calor.
Os sistemas de tubos evacuados são mais eficientes do que os sistemas de placas planas, principalmente nos meses mais frios e em dias nublados. Isso se deve em parte ao isolamento a vácuo (que minimiza a perda de calor) e em parte ao fato de que a superfície curva dos tubos permite que os raios do sol atinjam perpendicularmente à água durante grande parte do dia. Os sistemas de tubos evacuados pesam muito menos que os sistemas de placa plana, mas custam significativamente mais. Os tubos individuais podem ser substituídos em caso de danos, tornando a manutenção a longo prazo potencialmente menos dispendiosa. Em climas mais quentes, como Darwin, o custo adicional dos tubos evacuados geralmente não é garantido, pois um coletor solar de placa plana fornecerá a maior parte da energia necessária para o aquecimento da água. Os coletores solares térmicos adequadamente mantidos devem durar mais que a vida útil do tanque de armazenamento. Quando o tanque precisa
substituindo, os coletores existentes podem ser conectados ao novo tanque.
Proteção contra congelamento
A proteção contra congelamento de coletores solares é essencial em áreas propensas a geadas. Durante uma geada, a água pode congelar na energia solar
coletor e danifique-o, a menos que sejam tomadas medidas preventivas. Tipos comuns de proteção contra congelamento incluem:
Válvulas de batida (válvulas de drenagem mecânica). Essas válvulas podem ser problemáticas, pois geralmente abrem e drenam o tanque ou falham em operar, causando danos graves.
Elementos de aquecimento elétrico, vulneráveis em caso de falta de energia.
Sistemas de circuito fechado, que separam o fluido de aquecimento da água (veja a ilustração abaixo). Os sistemas de circuito fechado são geralmente a melhor opção em áreas propensas a geadas, pois garantem que a água não flua pelos coletores solares e, portanto, não podem congelar nos coletores.
Circuito aberto vs circuito fechado
- Em um sistema de circuito aberto, a água flui diretamente através dos coletores solares, no tanque de armazenamento e, em seguida, através de canos em sua casa.
- Em um sistema de circuito fechado, um fluido diferente da água flui através dos coletores, capta calor do sol e transfere esse calor para a água no tanque de armazenamento através de um trocador de calor. Os sistemas de circuito fechado são mais comumente usados para proteção contra congelamento (veja a ilustração abaixo). Um fluido com um ponto de congelamento menor que a água é usado para evitar a formação de gelo nos coletores solares. É importante escolher o fluido com cuidado, pois alguns se tornam "preguiçosos" e reduzem a eficiência.
Alguns sistemas de circuito fechado bombeiam água quente através dos coletores quando as temperaturas se aproximam do congelamento. Isso reduz significativamente a eficiência. Evite sistemas com esse recurso.
Sistemas passivos x ativos
Sistemas passivos (ou termossifão)
Nos sistemas passivos (ou sistemas de termossifão), o tanque é colocado acima dos coletores solares para que a água fria
afunda nos coletores, onde é aquecido pelo sol e nasce no tanque. Um fluxo contínuo de água
através dos coletores é criado sem a necessidade de bombas.
Os sistemas passivos são de dois tipos:
- alimentação acoplada ou por gravidade fechada.
Em um sistema de acoplamento fechado, o tanque de armazenamento horizontal é montado diretamente acima do coletor no teto. A água aquecida é fornecida à pressão da rede. Esse arranjo é o mais econômico de instalar, mas a eficiência é reduzida em climas frios e frios pela perda de calor do tanque.
Isolamento adicional de tanques é desejável nesses climas. Como alternativa, os tanques podem ser destacados e movidos dentro do espaço do telhado, embora isso aumente o custo. Em um sistema de alimentação por gravidade, o tanque de armazenamento é instalado na cavidade do teto. É mais barato comprar esses sistemas, mas o encanamento doméstico deve ser adequado para alimentação por gravidade, incluindo tubos de maior diâmetro entre o aquecedor de água e as torneiras. Uma alternativa comum é usar um sistema de alimentação por gravidade em circuito fechado para aquecer a água da pressão da rede usando um trocador de calor.
Sistemas ativos (ou bombeados)
Sistemas inativos (também conhecidos como sistemas de bomba ou sistemas divididos), painéis solares são instalados no teto e o tanque de armazenamento está localizado no chão ou em outro local conveniente, que não precisa estar acima dos coletores solares. A água (ou outro fluido) é bombeada pelos coletores solares usando uma pequena bomba elétrica. Como os sistemas ativos não exigem um tanque montado no teto, eles têm menos impacto visual, principalmente quando os coletores solares são montados alinhados com o teto. No entanto, os sistemas ativos geralmente são mais caros para comprar e exigem mais manutenção do que os sistemas passivos.
Os sistemas ativos consomem mais energia do que os sistemas passivos, porque é necessária energia extra para bombear fluido pelo sistema. Também há perdas de calor adicionais nos tubos entre o tanque e os coletores solares. No entanto, se energia renovável for usada para alimentar a bomba e um alto nível de isolamento for usado para os canos e o tanque, os sistemas ativos podem reduzir as emissões de gases de efeito estufa tanto quanto um sistema passivo. Os sistemas ativos são freqüentemente usados para conversões solares quando coletores solares são adicionados a um sistema de água quente existente. Eles também podem ser usados quando o teto não suporta um sistema passivo.
Tanques de armazenamento
Os tanques são fabricados em aço inoxidável, cobre ou aço macio, revestidos com esmalte vítreo.
Os tanques revestidos de cobre são adequados apenas para sistemas de baixa pressão. Os outros tanques são adequados para a pressão da rede.
Os tanques de esmalte vítreo são equipados com um "ânodo de sacrifício" que precisa ser substituído a cada poucos anos para proteger contra a corrosão (mais frequentemente quando a qualidade da água é ruim). Outros tanques não exigem essa proteção. Os tanques de armazenamento externo podem sofrer danos causados pelo gelo e perdas significativas de calor em climas frios. Em tais climas, eles devem estar localizados em ambientes fechados sempre que possível, como parte de um armário de secagem.
Sistemas de reforço
Os aquecedores solares de água podem ser impulsionadores de gás, elétrico ou combustível sólido.
Os reforços elétricos usam um elemento elétrico dentro do tanque de armazenamento para aquecer a água. Os impulsionadores de gás usam um queimador de gás natural para aquecer a água no tanque de armazenamento ou, mais comumente, como um tanque separado.
unidade a jusante do tanque de armazenamento. Os reforçadores de gás em linha estão se tornando mais comuns, pois garantem que a água quente seja fornecida na temperatura desejada, maximizando a contribuição solar. Os impulsionadores de combustível sólido aquecem a água através de um trocador de calor, comumente conhecido como sistema 'wet back'.
Os sistemas impulsionados a gás e combustível sólido produzem menos emissões de gases de efeito estufa. Os reforços podem ser operados manualmente ou controlados automaticamente por um termostato que interrompe quando o tanque
as temperaturas caem abaixo dos níveis desejados. Se os boosters não forem projetados e operados adequadamente, eles podem anular o propósito de ter um aquecedor solar de água, reduzindo a contribuição solar.
Por exemplo, boosters controlados por termostatos, localizados dentro do tanque, costumam interromper a noite, o que significa que, quando o sol nasce, há pouco aquecimento útil a ser feito.
Em aquecedores solares de água bem projetados que usam um impulsionador elétrico dentro do tanque, o elemento de aquecimento do impulsionador será posicionado para maximizar a contribuição solar. A água quente entra no tanque na parte inferior, portanto o elemento deve estar alto no tanque para evitar interferências com a entrada de água quente. No entanto, se estiver muito alto no tanque, não será capaz de aquecer água suficiente em dias nublados .
Os temporizadores também podem ser usados para gerenciar amplificadores e garantir que você obtenha a contribuição solar máxima. Converse com seu fornecedor sobre a operação correta dos temporizadores.
