A energia solar térmica é uma solução sustentável que utiliza a radiação solar para gerar calor, com aplicações em aquecimento de água e ar, beneficiando residências e indústrias. Investir nessa tecnologia reduz custos e contribui para a diminuição das emissões de gases de efeito estufa, promovendo um futuro mais sustentável.
Menos famosa que sua irmã, a energia fotovoltaica , a energia solar térmica também é uma energia renovável, livre de carbono e ecologicamente correta .
Ela aproveita o Sol para produzir calor e esse calor tem diversas aplicações que se traduzem em redução do consumo de energia.
A energia solar térmica é versátil, útil e tem um potencial significativo. Por isso, neste artigo contamos o que é, como funciona e quais são seus tipos e aplicações.
O que é energia solar térmica?
Energia solar térmica, ou solar térmica, é um tipo de energia renovável que aproveita a energia do Sol para gerar energia térmica ou elétrica.
Ao contrário dos painéis fotovoltaicos que geram eletricidade a partir de fótons de luz, essa energia usa radiação para aquecer um fluido. Este fluido quente tem diferentes usos, como aquecimento, água quente e outros processos que requerem calor.
Pode ser utilizado pelos setores residencial, comercial e industrial, pois suas aplicações são variadas e permitem reduzir o custo de energia elétrica.
Qual poderia ser seu impacto? Um dos seus usos mais comuns é gerar água quente para uso sanitário. Você sabia que o percentual de consumo de energia para água quente em uma casa equivale a 20%?
Os painéis solares utilizados na energia solar térmica são chamados coletores solares. Eles são responsáveis por coletar energia do Sol e transferi-la para o fluido, conhecido como fluido de transferência de calor.
Dependendo do tipo de circuito, os usos do calor obtido também variam. Independentemente do processo ou uso, nenhum combustível é necessário para gerar calor.
Dessa forma, a economia é equivalente ao combustível que deixa de ser consumido.
Como funciona a energia solar térmica?
Para entender como funciona a energia solar térmica, é importante conhecer os componentes de uma instalação térmica:
- Coletores ou painéis solares . Eles permitem que a radiação solar seja capturada e o fluido transportador de calor seja aquecido.
- Circuito hidráulico: É um circuito que permite o transporte de água aquecida. Pode ser de ida ou retorno (saída ou entrada de painéis).
- Trocador de calor: É como o calor transportado é transferido para a água. Ou seja, ele age como radiadores em um sistema de aquecimento. Os radiadores aquecem o ambiente enquanto o trocador aquece a água.
- Armazenamento solar: Como a energia solar térmica não é consumida no momento, é necessário um sistema que permita armazená-la para que não seja desperdiçada. É um sistema que permite armazenar e fornecer água quente quando necessário.
- Bombas de circuito solar primárias: Permitem movimentar o fluido necessário e superar perdas de pressão.
Qualquer sistema solar térmico tem dois componentes essenciais: um coletor e um tanque acumulador.
O coletor é responsável por transformar a energia solar em calor e, assim, aquecer um fluido que está em seu interior. O tanque acumulador armazena o fluido quente para uso.
O calor é distribuído de acordo com a demanda e é fornecido por meio de bombas do circuito solar primário.
Dependendo do acoplamento entre o coletor e o tanque de armazenamento, define-se o tipo de sistema solar térmico (explicado mais adiante) e os usos que podem ser dados a ele.
Funcionamento conforme o tipo de coletor
Além disso, os coletores podem ser de alta, média e baixa temperatura. Nas residências, e para fins de aquecimento de água, são utilizados aquecedores de baixa temperatura.
Neste caso, é necessário um aquecimento de 65°C ou menos. Suas aplicações são para aquecimento de piscinas, aquecimento de água para banhos e atividades industriais como lavagem de tecidos e pasteurização.
Os sistemas de temperatura média são aplicados quando o calor está entre 100 °C e 300 °C. Eles concentram a radiação solar para fornecer calor útil a uma temperatura mais alta.
Eles funcionam apenas com o componente direto da radiação solar e são usados em áreas de alta incidência solar.
Já os sistemas de alta temperatura exigem uma temperatura acima de 500 °C. Eles são usados para gerar eletricidade por meio de usinas termelétricas.
Eles concentram a radiação solar em um ponto para produzir vapor. O vapor aciona uma turbina que está conectada a um gerador elétrico. Ou seja, a energia térmica é transformada em energia mecânica e depois em eletricidade.
Tipos de energia solar térmica
O manual Introdução à Energia Solar Térmica publicado pela Secretaria de Energia e pelo Ministério da Fazenda da Argentina resume de forma clara e completa todas as classificações que as instalações deste tipo de energia podem ter.
Os sistemas solares térmicos podem ser classificados pelo princípio de circulação, pelo sistema de transferência de calor, pelo seu projeto ou pela pressão de trabalho. Abaixo resumimos as características de cada um.
Pelo princípio da circulação: Natural ou forçada
Quando falamos do princípio da circulação, estamos nos referindo ao uso de bombas ou controladores de fluidos. Os sistemas solares térmicos podem ser de circulação natural ou forçada.
Os primeiros, também conhecidos como termossifônicos , não utilizam bombas para movimentar o fluido entre o coletor e o acumulador. Ao contrário, a circulação da água quente ocorre por gravidade.
Quando a água no coletor é aquecida pelo Sol, sua densidade diminui e permite que ela flua para cima para entrar no tanque de armazenamento. A água fria , que é mais densa, flui para baixo, criando uma circulação contínua.
A energia solar térmica com sistemas de circulação forçada usa uma bomba e um controlador para circular o fluido de transferência de calor dentro do coletor.
Nesse tipo de sistema, os coletores e o tanque ficam em locais diferentes, às vezes com um ou mais níveis de distância. Portanto, é necessária a ação de uma bomba para que o líquido flua.
Isso implica que o circuito de aquecimento do coletor também deve ser fechado.
Por sistema de transferência de calor: direto ou indireto
Independentemente do tipo de circulação, os sistemas solares térmicos podem ser diretos ou indiretos. Os sistemas diretos , conhecidos como primários, utilizam o mesmo fluido no coletor e no acumulador.
Este fluido é água potável. Os sistemas indiretos , conhecidos como sistemas secundários , utilizam um fluido no coletor que transporta calor para a água consumida no acumulador.
Este líquido transportador de calor tem propriedades anticongelantes. A maioria dos sistemas forçados também são indiretos.
Os sistemas diretos são caracterizados por terem um sistema mais simples e seu custo de investimento é menor. No entanto, quando falamos de sistemas de circulação natural direta, eles devem ser usados em climas quentes.
Se usado em climas frios com temperaturas próximas de zero, sem proteção contra congelamento, o coletor pode quebrar devido ao congelamento. Portanto, os sistemas indiretos são mais predominantes em climas frios.
Por design: compacto e personalizado
Nos sistemas de energia solar térmica também podemos encontrar equipamentos compactos e feitos sob medida. Os primeiros são lotes de produtos de marca que são vendidos completos e prontos para instalar. Ou seja, o coletor e o tanque formam um único produto. Eles são considerados um produto único e são avaliados como um todo. Eles representam 70% do mercado e são usados exclusivamente para água quente sanitária. Além disso, geralmente são de circulação natural.
Os sistemas personalizados , por outro lado, são construídos de forma única . Quando você os compra, eles são escolhidos de uma lista de componentes, portanto, não são vendidos como um produto único. Os componentes são testados separadamente e geralmente são submetidos à circulação forçada. Coletores, tanques e acessórios são vendidos separadamente. Esses tipos de sistemas geralmente são usados para aquecimento, aquecimento de piscinas, em indústrias e sistemas de água quente projetados sob medida.
Por pressão de trabalho: aberto ou fechado
As instalações de energia solar térmica também podem ser classificadas como abertas ou fechadas. Os sistemas abertos são caracterizados porque o tanque de acumulação por onde circula a água potável opera à pressão atmosférica.
Em sistemas fechados, a água no tanque é pressurizada entre 2 e 4 kg/cm2. Isso significa que o tanque de armazenamento não está em contato com a atmosfera.
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Vantagens e desvantagens da energia solar térmica
Vantagens da energia solar térmica
- É uma fonte de energia renovável. Por isso, é inesgotável, sua utilização não envolve a queima de combustíveis fósseis e possui todas as vantagens dessas fontes de energia.
- Não emite resíduos de nenhum tipo. Ou seja, não gera emissões de dióxido de carbono ou outros gases de efeito estufa.
- Facilita a economia de energia. Ao reduzir o consumo de eletricidade para aquecimento de água, também fica mais fácil controlar o consumo de eletricidade em casa. Alguns estimam que isso poderia significar uma economia de mais de 50%.
- Oferece autonomia. Ao fornecer eletricidade do sol, há uma fonte gratuita de energia e a autossuficiência é possível.
- Agrega valor à casa ou à indústria: Ao ter uma fonte de energia renovável, o imóvel aumenta de valor.
- Baixo custo de manutenção.
- Oferece alto desempenho de conversão de energia. Estima-se que os sistemas solares térmicos gerem um rendimento energético útil superior a 50%, o que os coloca como um dos mais elevados entre as energias renováveis.
Desvantagens da energia solar térmica
- Depende das condições climáticas. Como todas as energias renováveis, ela requer certas condições de luz, calor e vento para funcionar de forma ideal. Portanto, sua produção é inconsistente.
- Alto custo inicial. Embora o investimento acabe retornando, é necessário um investimento significativo para sua compra e instalação.
- Espaço disponível. Como todas as energias renováveis , é necessária uma grande área de terra para obter o maior benefício dela.
- É difícil de armazenar. A luz solar ou a água quente não são fáceis de armazenar; Na verdade, a água quente não pode ser armazenada por longos períodos sem perder calor. O armazenamento tende a ser caro e insuficiente.
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Aplicações da energia solar térmica
A energia solar térmica torna possível aproveitar o calor do Sol. Os usos da energia solar térmica , portanto, são variados. Aqui mostramos alguns deles.
- Geração de água quente: Este é seu uso mais conhecido. Você pode aquecer água para tomar banho, lavar louça ou lavar roupa. Pode ser usado como sistema primário ou de backup em residências, indústrias, empresas, hotéis e muito mais.
- Aquecimento: Pode ser utilizado, por exemplo, através de aquecimento de piso. Ou também pode aquecer espaços que exigem altas temperaturas, como estufas ou currais para criação de certos animais.
- Aquecimento de piscinas: A energia solar térmica pode ser usada para aquecer piscinas ou destilar água do mar com destiladores solares.
- Processos industriais: Como lavagem industrial (garrafas, peças de automóveis e mais), lavagem de carros ou lavanderias de roupas.
- Resfriamento: Pode ser usado para resfriar edifícios ou processos industriais. O processo de resfriamento ocorre por evaporação e condensação.
- Geração de eletricidade: Transformação de energia térmica em energia mecânica e posteriormente em eletricidade.
- Dessalinização: Usando energia solar, também podem ser realizados processos para dessalinizar a água do mar e convertê-la em água potável.
- Desidratação de frutas e vegetais: Frutas, vegetais e grãos também podem ser processados usando energia solar térmica. Para fazer isso, o calor é usado para produzir água em baixa temperatura e a água é circulada para ajudar a desidratá-la.
Diferença entre energia solar térmica e energia solar fotovoltaica
- Tipo de energia: A energia solar térmica absorve a luz solar para convertê-la em calor. Por sua vez, a energia fotovoltaica converte a radiação solar em eletricidade.
- Aplicações: A energia solar térmica é frequentemente usada para pré-aquecer água em diferentes espaços ou para aquecer e climatizar piscinas. A energia fotovoltaica é usada para produzir eletricidade, basicamente.
- Versatilidade: Equipamentos de energia solar térmica podem aquecer água e gerar alguns tipos de ar condicionado. A eletricidade produzida pelos painéis fotovoltaicos pode ser usada para iluminar edifícios, bombear sistemas de água, eletrodomésticos e todos os tipos de instalações elétricas.
- Vida útil: Uma instalação fotovoltaica tem garantias básicas em torno de 10 ou 12 anos. Além disso, alguns de seus componentes têm garantia de 25 anos. Já os equipamentos termossifão têm garantia de 5 a 10 anos. No entanto, com a manutenção adequada, ambos os dispositivos podem durar muitos anos.
- Eficiência: Em termos de eficiência, os equipamentos de energia solar térmica são muito mais eficientes, atingindo coeficientes de eficiência entre 80% e 90%. A eficiência dos painéis fotovoltaicos é de cerca de 20%. Além disso, mesmo que seja um dia chuvoso, desde que haja radiação solar, a energia solar térmica pode produzir água quente.
- Manutenção: Os equipamentos fotovoltaicos não possuem partes móveis. Isso significa que eles não exigem muita manutenção. Além disso, a maioria dos provedores oferece a possibilidade de o usuário monitorar a operação do seu sistema de painéis solares. Os equipamentos de energia solar térmica apresentam determinadas particularidades que afetam sua manutenção. Os sistemas de circulação forçada exigem uma inspeção mais criteriosa, pois possuem bombas hidráulicas que, se danificadas, prejudicariam completamente a eficiência do equipamento.
- Armazenamento: Diferentes elementos também são necessários para armazenar energia. Por exemplo, a energia fotovoltaica utiliza baterias, enquanto a energia térmica é armazenada em tanques de água.
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O futuro da energia solar térmica
A energia solar térmica surgiu antes da energia fotovoltaica. Ao longo dos anos, a energia fotovoltaica ganhou espaço em seus desenvolvimentos, mas, ainda assim, vem evoluindo em todos os seus sistemas e variantes. Dessa forma, são sistemas confiáveis e eficientes para os usuários.
No entanto, alguns acreditam que a energia solar térmica perderá importância para a energia fotovoltaica e se tornará obsoleta. Isso ocorre porque os sistemas fotovoltaicos também podem aquecer água e gerar aquecimento. Nesse contexto, os painéis solares híbridos seriam os que tomariam seu lugar. Sua propriedade de dupla função permite que eles absorvam calor enquanto incorporam energia solar .
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No entanto, isso não significa que a energia solar térmica esteja em declínio ou que irá realmente desaparecer. De acordo com o relatório “Solar Thermal Power, Global Outlook 2016” , a energia solar térmica tem perspectivas muito animadoras.
O relatório foi publicado pelo Greenpeace Internacional, SolarPaces e Associação Estela, que estimam que a energia solar térmica poderá suprir até 6% da demanda global de eletricidade até 2030. Até 2050, especialistas dobram essa estimativa e dizem que ela poderá chegar a 12% de toda a eletricidade produzida em escala planetária.
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Palavras finais
A energia solar térmica é uma excelente alternativa para obter energia limpa e economizar no consumo de energia. Além disso, possui inúmeras aplicações úteis para diferentes setores e necessidades. Também tem a vantagem de ter um custo menor que o de um sistema fotovoltaico e de sua instalação não exigir muita burocracia administrativa.
Conclusão
A energia solar térmica representa uma alternativa viável e sustentável para a geração de calor, contribuindo significativamente para a redução dos custos de energia e o impacto ambiental.
Ao compreender como essa tecnologia funciona e suas diversas aplicações, você pode tomar decisões mais informadas sobre sua implementação.
Seja para aquecer água em residências, em processos industriais ou em sistemas de aquecimento de piscinas, a energia solar térmica oferece benefícios que vão além da economia financeira, promovendo um futuro mais sustentável.
Investir em energia solar térmica é não apenas uma escolha inteligente, mas também um passo importante em direção a um planeta mais saudável e consciente.
Portanto, considere as opções disponíveis e faça parte dessa revolução energética!
FAQ – Perguntas Frequentes sobre Energia Solar Térmica
O que é energia solar térmica?
Energia solar térmica é a tecnologia que utiliza a radiação solar para gerar calor, sendo amplamente utilizada para aquecimento de água e ambientes.
Como funciona um sistema de energia solar térmica?
Um sistema de energia solar térmica funciona capturando a luz do sol com coletores solares, que transformam essa energia em calor, utilizado para aquecer água ou ar.
Quais são os tipos de sistemas de energia solar térmica?
Existem principalmente dois tipos: sistemas de aquecimento solar de água e sistemas de aquecimento solar de ar, cada um com suas aplicações específicas.
Quais são as aplicações da energia solar térmica?
As aplicações incluem aquecimento de água para residências, piscinas, processos industriais e até aquecimento de ambientes.
A energia solar térmica é econômica?
Sim, a energia solar térmica pode reduzir significativamente os custos de energia, especialmente em locais com alta incidência solar.
A energia solar térmica é sustentável?
Sim, é uma fonte de energia renovável que reduz a dependência de combustíveis fósseis e diminui a emissão de gases de efeito estufa.