Solar Term

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Solar Trmico:Uso de paineis solares

trmicos

Luis RorizLuis Roriz

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Climatizao de Edifcios (2008-2009) L. Roriz

Aquecimento passivoAquecimento passivo

O calor resultante da radiao solar pode ser

aproveitado para o aquecimento de edifciossem necessidade de recorrer a sistemasactivos:atravs da arquitectura do edifcio combinandocorrectamente o aproveitamento dos raiossolares ao longo do dia e do ano, aacumulao de calor na estrutura, o controlodo fluxo de calor atravs da estrutura doedifcio e a ventilao natural.

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Aproveitamento da energia solarAproveitamento da energia solar

ttrmicarmica

- por ganhos directos - por ganhos indirectos

- envolvente activa (regulao do sombreamento daenvolvente exterior, captao de calor da dupla

envolvente e ventilao natural)

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Aproveitamento do calorAproveitamento do calor

Sistemas de aquecimento de guas sanitriase ambiente de edifcios: a radiao solar

captada (absorvida por uma superfcie)aquece, efectuando o aquecimento dum fluidoque utilizado para fins de aquecimento.

O fluido trmico quente pode ser utilizadocomo fonte de calor para um sistema frigorficode absoro, pelo que a radiao solar servirneste caso como fonte de calor para aproduo de frio (arrefecimento ambiente).

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ImposiImposies regulamentareses regulamentares

RCCTE (Decreto-Lei n. 80/2006) impe a

obrigatoriedade de instalao de paineissolares para aquecimento de guassanitrias nas novas construes,

ampliaes ou grandes reabilitaes deedifcios que utilizem guas quentessanitrias (AQS).

Esta situao ocorre em habitaes e emdiversos tipos de edifcios de servios.

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Colector solarColector solar

Para aproveitar a energia proveniente da radiao solarinteressa que a superfcie sobre a qual incide a radiao

consiga absorver o mximo da energia radiante incidente eque essa energia, uma vez captada, seja fornecida aofluido que se pretende aquecer.

O dispositivo que faz a captao de energia (o colectorsolar) deve possuir uma superfcie com elevadaabsorsividade para maximizar a captao de energiaradiante incidente (que apresenta comprimentos de onda

reduzidos, da ordem de 0,3 a 3,0 m), ser isoladotermicamente de forma a reduzir as perdas por conveco-conduo e possuir uma baixa emissividade para oscomprimentos de onda da radiao prpria (que so mais

elevados, da ordem de 3 a 30 m).

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Geralmente o colector composto pelo absorsor, ocomponente do colector que absorve a radiao solar

e transfere a energia trmica para o fludo que nelecircula (normalmente uma mistura de gua eanticongelante) e pela cobertura e caixa (termica-mente isolada) que reduzem as perdas de calor para oexterior.

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O absorsor deve estar optimizado para ter a maiorabsorsividade possvel e a menor emissividade

possvel (tratamento da chapa metlica, compintura preto-bao ou revestimento selectivo -absorvidade distinta para pequenos e grandes

comprimentos de onda). A cobertura transparente deve possuir umaelevada transmissividade e consequentemente

uma baixa reflectividade. O isolamento deve poder suportar temperaturas

elevadas (o colector, quando est parado, pode

atingir temperaturas superiores a 150C).

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Tipos de colector solarTipos de colector solar

Existem diferentes tipos de colectores. Os maissimples so constitudos apenas por absorsor.Colector Parablico Composto (CPC) e colectorde tubos evacuados podem ser utilizados noaquecimento de guas sanitrias e no aqueci-

mento do gerador dos sistemas frigorficios deabsoro

Os colectores planos com ou sem acumulao,com ou sem cobertura de vidro ou materialsinttico, so os mais utilizados para o aqueci-mento de gua sanitria que se pretende atingir

temperaturas prximas dos 60C.

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Controlo da quantidade calorControlo da quantidade calor

absorvidaabsorvida

Ao contrrio do que ocorre quando utilizadauma caldeira ou uma bomba de calor, aquantidade de energia recebida por um painelsolar no est dependente do sistema de controloactuando sobre o equipamento. Depende dascondies climticas sobre as quais o utilizador

no tem controlo. O sistema necessita, na maioria dos casos, dum

conjunto de acessrios e de equipamento auxiliar

que permitem garantir a manuteno da suafuncionalidade, bem como garantir o fornecimentode calor sempre que necessrio.

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Tipo de sTipo de sistemasistemas solaressolares ttrmicosrmicos

Classificao em funo de: movimentao do fluido,

nmero de circuitos existentes, fixo ou orientvel, forma de aquecimento de apoio,

forma como garantido o nofuncionamento quando as condiesexteriores so adversas (evitarsobreaquecimento ou congelao da guano sistema).

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Sistema passivo e sistema activoSistema passivo e sistema activo

Os sistemas, quanto forma como

efectuada a circulao do fluido trmico,podem ser:- do tipo passivo: inclui os sistemas de

termosi-fo sem acumulao integrada oucom acumulao integrada (IntegralCollector Storage-ICS) e de tubos de calor,- do tipo activo em que a circulao feitaatravs de bombagem.

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Sistema passivo e sistema activoSistema passivo e sistema activo

Sistema activo combomba accionada por PVSistema passivo

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Sistema directo e indirectoSistema directo e indirecto

Os sistemas em funo do nmero de circuitosexistentes podem ser directos e indirectos.

Nos sistemas directos a gua potvel que utilizada no edifcio percorre o painel solar (agua, dado poder ser consumida, no pode

ser tratada). Nos sistemas indirectos os circuitos do painel

solar e das guas sanitrias so distintos.

possvel efectuar o tratamento da gua quecircula no painel tendo em vista a preservaodos equipamentos (uso de inibidores, uso de

anticongelante, regulao do pH da gua).

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Sistema directo e indirectoSistema directo e indirecto

Sistema directo Sistema indirecto

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Parmetros mais relevantesParmetros mais relevantes

Eficincia (rendimento) do colector (): razo entre aradiao incidente no colector e a energia convertida emcalor. Depende da diferena de temperatura entre o absorsor

e o meio ambiente, bem como da radiao solar global. Eficincia ptica (factor de converso 0): percentagem de

radiao disponvel no colector que pode ser convertida emcalor (

0= ).

Factor de perda de calor (K): perda de calor (em percen-tagem) devida ao desenho e isolamento do colector.

Fraco Solar: percentagem de energia utilizada no aque-cimento de gua que pode ser coberta pelo sistema solar.

Temperatura de estagnao: temperatura mxima que oabsorsor pode atingir (quando as perdas de calor para a

atmosfera forem iguais ao calor absorvido pelo absorsor).

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Energia recebidaEnergia recebida

A energia recebida por um painel solar depende dogulo que a superfcie colectora faz com a direcodos raios solares.

IDS = ID (sen cos + cos cos Azs sen )

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OrientaOrientao do painelo do painel

O mximo de energia que uma dadageometria de painel pode captar tem lugar

num painel orientvel que poder ser mantidonuma posio perpendicular aos raios solares.Estes paineis tm que permitir a rotao

segundo dois eixos. Outros paineis orientveispodem permitir apenas a sua rotao ao longodo dia, garantindo desta forma que o ngulo

azimutal do painel sempre nulo ao longo dodia (o painel est sempre orientado nadireco do azimute solar), mas no permitem

variar a sua inclinao.

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CClculo da energia captadalculo da energia captada

Para um painel fixo, interessa geralmenteconhecer o total de energia captada ao longo

do ano (tendo em ateno as variaes dongulo de incidncia dos raios solares nasuperfcie de captao do painel, ao longo dos

diferentes dias do ano, bem como as variaesda intensidade da radiao devido scondies climticas).

aconselhvel o uso de programas que,incluindo uma base de dados climtica,permitem de forma expedita o clculo da

energia captada.

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ProgramasProgramas

Polysun 4.0 da SPF(Solartechnik Prfung Forshung)

Solar Energy System Analysisda F-Chart

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ProgramasProgramas

Solterm 5 do INETI

DL 80/2006 Anexo VI: A contribuio de sistemas de colectores solares paraaquecimento de AQS deve ser calculada utilizando o programa SOLTERM

do INETI e instalada porinstalador acreditado pela DGEG

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DDvidas na aplicavidas na aplicao da metodologiao da metodologia

ADENE aceita outros programas se aprovados pornormas internacionais, mas actualmente no existemnormas para a aprovao de programas para

simulao do desempenho de painis solares...(tentativa de proceder com os programas de simulao docomportamento de sistemas de colectores solares de formasemelhante ao que ocorre com os programas de simulaodetalhada do comportamento energtico de edifcios, que devemser creditados de acordo com a norma da ASHRAE 140-2004Standard Method of Test for the Evaluation of Building EnergyAnalysis Computer Programs?)

No podem ser considerados os ganhos de sistemassolares instalados at ao final de 2004 e em perfeitofuncionamento? (a creditao de instaladores de sistemassolares apenas teve lugar atravs da Portaria n. 1451/2004 de 26

de Novembro, posteriormente alterada pela Portaria n. 561/2006de 12 de Junho)

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O RCCTE em relao aos sistemas de colectoressolares trmicos para AQS:

indica a rea de colector para o caso dos edifciosde habitao (1 m2/ocupante), mas omisso emrelao aos edifcios de servios;

nada indicado em relao orientao, inclinaoe distncia entre painis;

no indica as condies nominais de utilizao dasAQS (ao longo do dia e ao longo do ano).

A contribuio do sistema de colectores solaresdepende da utilizao das AQS.

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RCCTE, apenas contabiliza uso de energias renov-veis para fins aquecimento de AQS . O regulamentono especifica como deve ser contabilizada essaenergia para outros fins.

A energia solar fotovoltaica pode ser utilizada paraproduo de electricidade para fins de ventilao,bombagem, iluminao e funcionamento de alguns

electrodomsticos. O aproveitamento trmico pode servir para fins de

arrefecimento utilizando um sistema de absoro com

apoio solar. A frmula referente ao limite do consumo global emtermos de energia primria contempla as necessidadede aquecimento (Nic), arrefecimento (Nvc) e guas

quentes sanitrias (Nac).

D id li d d l i

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A contabilizao da energia obtida por uma fonterenovvel no est correctamente contemplada naactual formulao que apenas inclui esta energia no

aquecimento de guas sanitrias (Nac). A reduo associada energia renovvel no

indiferente no caso de ser associada a Nic, Nvc ou

Nac, dado existirem limitaes regulamentares paracada uma destas necessidades e no ser utilizado umfactor de ponderao igual para cada um destes

termos no clculo do valor de Ntc.

DD id liid li d d l i d t d l i

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Discutvel onde incluir, p. e., a electricidade produzidapor um painel fotovoltaico: se deduzida no valor dotermo associado climatizao (repartido por Nic e

Nvc, Folhas de clculo FC IV.2 e FC V.1f) ou no valordo consumo nominal para os ventiladores (Folhas declculo FC IV.1d e FC V.1f), se num termo genricoque deveria referenciar equipamentos em geral

entrando directamente na frmula de clculo de Ntcindicado no Art. 15 do regulamento.

Discutvel onde considerar e como repartir (por Nic e

Nvc) o calor captado por um painel solar trmico seexistir um sistema frigorfico de absoro com apoiosolar, no caso de parte do calor no ser aproveitadopelo sistema de absoro.

C t d (A B C)C t d (A B C)

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Casos estudo (A, B e C)Casos estudo (A, B e C)

Instalao servindo uma habitao unifamiliar naregio de Lisboa, utilizando 2 colectores planos,modelo Ernst Schweizer MH 23 light (rea total de 4.6

m), com a inclinao de 48, orientados a Sul. Possui um depsito vertical de 200 l (rea externa de2.71 m) isolado (coeficiente de perdas trmicas de2.71 W/K), permutador interno ao depsito, tiposerpentina (rendimento de 55%). Tubagem de DN 40isolada com 36.0 mm de isolamento (k= 0.030 W/m.K).Comprimento total de tubagem de 70m, com percurso

no interior de 50m e percurso no exterior de 20m. Temperatura nominal de consumo considerada: 60C,utilizao da gua sanitria a 45C obtida atravs devlvulas misturadoras.

C diC di ii

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Consumos diConsumos diriosrios

hora Caso A Caso B

1-5 0 6

6 0 7

7 10 7

8-9 40 710 10 7

11-18 0 7

19-20 10 7

21 20 722 20 6

23-24 0 6

Consumo dirio (l/h)

Caso C:habitao apenas utilizada nos mesesde Julho e Agosto, tendo utilizao

igual que ocorre nesses meses nocaso B.

Consumo dirio: 160 l/dia

FF l l

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FracFraco solaro solar

Fraco solar: Caso A: 79.4%, Caso B: 81.2%

Caso C: 97.6%, Rendimento global do sistema:

Caso A: 29%, Caso B: 30%, Caso C: 6%

Produtividade: Caso A: 536 kWh/mcolector,

Caso B: 546 kWh/mcolector, Caso C: 107 kWh/mcolector

Fabricante apresenta um valor indicativo de 501kWh/m.ano para utilizaes usuais destespainis.

CComparao

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ComparaComparaoo

Ms

Painis Apoio Painis Apoio Painis Apoio

Janeiro 171 106 177 100 0 0

Fevereiro 172 73 177 68 0 0

Maro 190 75 195 70 0 0

Abril 204 42 209 36 0 0

Maio 213 35 217 31 0 0Junho 206 29 209 25 0 0

Julho 237 11 240 8 240 8

Agosto 248 6 249 4 249 4

Setembro 230 27 233 24 0 0

Outubro 212 53 219 47 0 0Novembro 185 77 191 72 0 0

Dezembro 177 100 182 95 0 0

Total 2445 634 2498 580 489 12

Caso A Caso B Caso C

Calor fornecido pelos painis solares e sistema de apoio (em kWh)

Casos estudo (D e E)Casos estudo (D e E)

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Casos estudo (D e E)Casos estudo (D e E)

Consumo de gua idntico ao do caso A.

Instalao idntica anterior, mas painis orientados aSE: Caso D: paineis com

inclinao de 35;

Caso E: paineis cominclinao de 15.

ResultadosResultados

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ResultadosResultados

Fraco solar: Caso A: 79.4%, Caso D: 76.3%

Caso E: 72.0%. Rendimento global do sistema:

Caso A: 29%, Caso D: 29%, Caso E: 28%.

Produtividade: Caso A: 536 kWh/mcolector,

Caso D: 515 kWh/mcolector, Caso E: 486 kWh/mcolector,

Fabricante apresenta um valor indicativo de 501kWh/m.ano para utilizaes usuais destespainis.

Aspectos a ter presenteAspectos a ter presente

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Aspectos a ter presenteAspectos a ter presente

A actual situao regulamentar pode conduzir aproblemas na implementao de painis solarestrmicos por diversos motivos:

imposio de instalao de painis solares trmicos nos casosem que, partida, reconhecido que ser uma soluo norentvel,

articulado regulamentar deficiente e que no cumpre o impostopela UE no que respeita a livre concorrncia,

indefinio regulamentar das condies nominais de utilizaohorria e mensal de AQS,

indefinio regulamentar do posicionamento dos painissolares (inclinao, orientao, limite de obstruo),

indefinio de metodologia a seguir, caso seja utilizado umprograma distinto do Solterm.

ConclusesConcluses

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ConclusesConcluses

Uma elevada fraco solar no significanecessariamente que se tenha um rendimento globalanual elevado (ou boa produtividade do colector).

Posicionamentos distintos de paineis podem conduzir arendimentos semelhantes, mas com fraces solares eprodutividades distintas.

Numa instalao solar trmica para AQS, funcionandotodo o ano:

o rendimento previsvel ronda os 30%;

a fraco solar deve ser superior a 75%; a produtividade deve ser superior a 500 kWh/

mcolector.

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