Características Gerais

O uso de energia solar para aquecimento de água vem como uma alternativa sustentável em relação às demais fontes de energia utilizadas: elétrica, combustão de gás e de óleo. A radiação solar é um recurso renovável, que não emite poluentes, com alto potencial de produção no Brasil, principalmente quando se trata da região Nordeste.

Por isso, a instalação das placas solares pode também se tornar economicamente viável para aquecimento de água, a depender da área disponível para o sistema e do consumo diário da edificação. Essa tecnologia pode ser utilizada nos mais diversos tipos de empreendimentos: residências, hospitais, clubes, indústrias, refeitórios etc.

Mas como funciona esse processo?

Em um sistema de aquecimento solar de água, o fator determinante é, sem dúvida, a radiação solar da região. E, devido à sua localização geográfica, todo o território brasileiro recebe radiação solar suficiente para o aproveitamento dessa energia: a menor média anual brasileira, em Santa Catarina, ainda é 30% maior que a média anual da Alemanha (o terceiro maior produtor de energia solar do mundo)!

Assim, no sistema de aquecimento, a energia solar é captada nos coletores solares (1) – basicamente uma caixa com uma tampa de vidro plana – e aquece a água que passa na tubulação. A água fria da caixa d’água (3) segue para o reservatório térmico (boiler) (2) e deste desce para as placas solares. Após ser aquecida, a água é direcionada para a parte superior do boiler. 

Essa mistura de água quente e fria é uma parte importante do sistema, pois favorece a circulação natural da água no sistema: a água fria, mais densa, desce para os coletores, e a água quente, então, sobe ao reservatório térmico. Para que isso funcione bem, é importante manter um desnível entre o reservatório de água quente e os coletores, geralmente em torno de 30 cm, mas dependerá de cada fabricante.

Além da opção por circulação natural, existe também a circulação forçada. Neste tipo de sistema, um conjunto motor-bomba realiza o recalque da água entre os coletores e o reservatório, porém, exigindo energia elétrica para o funcionamento.

Do reservatório, então, a água segue para os pontos de utilização: chuveiros, lavatórios, pias de cozinhas etc.

Dimensionamento do sistema de placas

O primeiro passo para o dimensionamento do sistema é estimar o consumo diário de água quente da edificação. Este é o volume indicado para armazenamento no boiler. A ABNT NBR 15569/2020, que trata do projeto e instalação do sistema de aquecimento solar de água em circuito direto, indica o consumo de acordo com os pontos de utilização. 

Após definir o consumo diário, calcula-se a demanda de energia diária (Q_dia), necessária para a eficácia do sistema. 

Onde:

ρ: densidade da água, considerada igual a 1000 kg/m³;

V_dia: volume de água quente requerido por dia, em litros;

c_p: calor específico da água a pressão constante igual a 4,18 kJ/kgºC;

T_banho: temperatura da água quente;

T_amb: temperatura ambiente local.

Sabendo-se a energia necessária para aquecer a água à temperatura necessária, o passo a seguir é definir a área necessária (m²) de placas solares. Essa área dependerá, basicamente, da radiação solar da região – obtida, por exemplo, no Atlas Brasileiro de Energia Solar. Confira o mapa a seguir:

Assim, percebe-se que a maioria do território brasileiro tem irradiação em torno de 5,0 kWh/m². Para obter a área (A), então, usamos a seguinte equação:

Onde:

Q: Demanda diária de energia (kWh);

I: Irradiação solar média (kWh/m²);

R: Rendimento das placas (%), de acordo com modelo e fabricante – de 50% a 70%, usualmente.

Uma referência interessante é a Tabela de Consumo do Inmetro, que contém rendimentos esperados de diversos modelos de coletores solares em utilização no Brasil.

Preferencialmente, os coletores solares devem estar orientados na direção do norte geográfico. O acréscimo de 10° na latitude e a orientação na direção do norte verdadeiro garantem a instalação de melhor desempenho na pior situação. Vale ressaltar que desvios em relação ao norte de até 15°, e de até 5° na inclinação, praticamente não influenciam o resultado.

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