otimização de coletores solares térmicos

Novos serviços laboratoriais de suporte na otimização de coletores solares térmicos

PROJETO LIFESOLAR – 2.ª Parte

Portugal é um país com grande potencial de aproveitamento de energia solar térmica para aplicações domésticas e industriais. Estas aplicações podem ser utilizadas para produção de água quente, para aquecimento de piscinas, águas sanitárias ou para processos industriais a baixas (20-95°C) e médias temperaturas (95°C-250°C) de funcionamento, podendo assim abranger diferentes tecnologias, desde coletores estacionários a coletores concentradores com seguimento.

O território continental português é particularmente marcado pela extensa linha de costa que, juntamente com o elevado recurso solar, tem um forte impacto na durabilidade dos componentes dos coletores, quer sejam metálicos ou poliméricos,e no respetivo tempo de vida útil(T.C.Diamantino et al,2016a).

Os coletores solares térmicos são submetidos a condições ambientais adversas, como temperatura, humidade, irradiância elevada ou cargas de vento e neve, e sujeitos a agentes atmosféricos como cloretos, dióxido de enxofre e óxidos de azoto, derivados de ambientes marítimos, industriais e/ou urbanos. Alguns dos materiais são particularmente suscetíveis à corrosão/degradação desencadeada pela conjugação dos diferentes parâmetros atmosféricos. O absorsor é um dos principais componentes de um coletor e é habitualmente constituído por um substrato metálico onde é aplicado um revestimento (orgânico ou inorgânico), mas também pode ser inteiramente composto por materiais poliméricos. O tempo de vida dos componentes-chave é, portanto, especialmente relevante uma vez que condiciona a viabilidade económica destas aplicações.

As normas de ensaio para certificação de coletores, nomeadamente a ISO 9806:2017, não abordam os aspetos de durabilidade dos coletores a longo prazo. Existem normas de ensaio de componentes de coletores, como a ISO 22975:2014 para qualificação de absorsores para um período de vida de 25 anos, mas não são obrigatórias na certificação de coletores.

Para uma avaliação da durabilidade dos coletores solares térmicos, é fundamental estudar o seu comportamento para diferentes condições ambientais, avaliando as condições ambientais exteriores e no interior do coletor, a evolução do estado dos componentes-chave e o respetivo impacto no comportamento térmico do coletor. Estes aspetos foram abordados no projeto LIFESOLAR de que fazemos uma pequena apresentação na secção 2 e dos novos serviços laboratoriais criados no âmbito deste projeto e de um anterior projeto denominado DURASOL. Na secção 3. apresenta-se a aplicação informática CharaColl, desenvolvida no âmbito das atividades do projeto LIFESOLAR e que permite determinar os parâmetros característicos do comportamento térmico de um coletor com base nassuas características dimensionais e de propriedades óticas e térmicas dos materiais construtivos, podendo servir de suporte à otimização do desenho de coletores solares térmicos.

Exemplos de utilização

3.3.1.Resultados CharaColl versus resultados de ensaio em laboratório

Para avaliar a qualidade da aplicação CharaColl na estimativa do desempenho de coletores solares térmicos, consideraram-se os valores dos coeficientes de desempenho térmico η0 (-), a1 (Wm-2K-1) e a2 (Wm-2K-2) obtidos com a aplicação e determinaram-se as respetivas curvas de potência de acordo com a equação 5 considerando Kb (θL,θT )=1, i.e. incidência normal, para as condições de referência da norma ISO 9806:2017 que se apresentam de forma resumida na Tabela 2.

Condições climáticas“Blue sky”“Hazy sky”“Grey sky”
Gb850 W/m2440 W/m20 W/m2
Gd150 W/m2260 W/m2400 W/m2
ϑa20°C20°C20°C
Tabela 2 – Condições de referência para o cálculo de valores de potência de um coletor para
incidência normal.

Para a determinação, na aplicação Characoll, dos parâmetros de desempenho do coletor, foram adotados e fixados valores típicos de acordo com D.E. Roberts (2013), para as propriedades dos materiais utilizados num coletor (ver Tabela 3).

As curvas de potência foram também determinadas com base nos resultados de ensaios realizados de acordo com a Norma ISO 9806:2017. A avaliação da qualidade das estimativas baseia-se na comparação das curvas de potência obtidas com base nos resultados da aplicação CharaColl com os resultados do ensaio em Laboratório.

Soraia Páscoa, Teresa C. Diamantino, Maria João Carvalho
soraia.pascoa@lneg.pt; teresa.diamantino@lneg.pt; mjoao.carvalho@lneg.pt
LNEG – Laboratório Nacional de Energia e Geologia, IP

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