Esta quantidade de energia - infelizmente - não cobre suficientemente a demanda de calor nem mesmo de uma casa muito eficiente em termos energéticos, e até agora não conseguimos acumular uma reserva de energia adequada para o inverno de uma forma economicamente viável no verão.
No entanto, podemos usar com sucesso a energia do sol para aquecer água, embora aqui não façamos sem um acumulador de calor. Nem sempre tem tendência para brilhar quando queremos apenas um banho.
O problema do excesso de água quente
Aparentemente, a cabeça não dói a nossa cabeça, afinal, queremos o máximo de água quente possível de graça e não pensamos no fato de que o seu excesso pode nos causar problemas.
Entretanto, otimizar uma instalação solar infelizmente não é uma tarefa simples. Em primeiro lugar, porque os meses com mais sol, ou seja, do final de junho ao início de setembro, têm feriados. Então, o número de habitantes de nossa casa modelo cai de quatro para dois, ou talvez até zero.
Devido à falta de consumo de água quente, a abundância de luz solar torna-se uma desvantagem e exige que a instalação seja protegida contra sobreaquecimento. Claro, esse problema pode ser resolvido, mas infelizmente às vezes a um custo considerável.
Pode ser um sistema em que o glicol é empurrado para fora do sistema coletor por vapores de fluido superaquecido ou o uso de coletores a vácuo com tubos de calor ou, finalmente, o investimento mais barato - o uso de automação que despeja o excesso de água quente no sistema de esgoto.
O último método é infelizmente o mais caro em termos de operação, porque tanto a água limpa quanto o despejo de esgoto custam cada vez mais. Ignoramos o aspecto ético de tal solução - despejar água quente potável no sistema de esgoto.
Uma solução para o problema do excesso de calor produzido pela instalação solar no verão, muitas vezes proposto pelos instaladores, é o aquecimento da água da piscina (se, claro, só tivermos, o que ainda não é comum).
À primeira vista, essa é uma boa solução, mas por que esquentar a água de uma piscina onde ninguém está tomando banho.
Como você pode ver pelas considerações acima, a seleção adequada dos colecionadores não é uma tarefa fácil e, portanto, vale a pena prestar atenção a ela.
Coletores ideais
Se usássemos os dados climáticos da radiação solar, por exemplo na Masóvia, descobriríamos que a maior parte da energia solar durante o ano cai em um plano inclinado para o sul em um ângulo de 30 °. No entanto, escolher essa inclinação de colecionador seria um erro. Nessa posição, eles fornecem mais calor durante os meses de férias, quando menos precisamos.
A inclinação do coletor a 60 ° é muito mais vantajosa. Dá mais energia no outono, inverno e primavera. Se a área dos coletores inclinada em um ângulo de 60 ° fosse selecionada para cobrir 100% da demanda de calor para aquecimento de água em abril, cobriríamos uma média de 85% dessa demanda em março e setembro, 57% em fevereiro e outubro e nos três meses mais frios e mais escuros do ano. - até 27%.
Claro, o problema continua sendo o que fazer com a falta de consumo de água quente nas férias, mas é menor do que com ângulos de inclinação do coletor menores.
O coletor com inclinação de 60 ° cobre até 70% da demanda anual de água quente. Alcançar tal resultado é possível desde que sejam usados coletores de vácuo com tubos de calor. No entanto, esses coletores são muito mais caros do que os coletores planos.
No entanto, se tivermos em conta que em toda a instalação solar o custo do coletor é de apenas 30% do gasto total, então mesmo o seu preço duplo aumenta os custos de instalação em apenas 25%. Levando em consideração o aumento de 25-30% na eficiência do sistema no período de outubro a março (uma média de 15% ao ano) e a vida útil de 20 anos do coletor, os custos de capital de aquecimento de água quente serão semelhantes aos dos coletores de placa plana.
Ao mesmo tempo, esses coletores resolvem problemas de superaquecimento da água. Ao escolher os coletores a vácuo, entretanto, deve-se levar em consideração o alto risco de sua baixa qualidade. Sem garantias confiáveis, seu uso pode nos expor a perdas.
Coletores para aquecimento da casa
Os coletores solares, após modificação adequada da instalação, também podem suportar o aquecimento do edifício. No entanto, o uso de coletores solares para tal fim ainda não é economicamente viável, mas muitas pessoas tratam essa solução como uma espécie de segurança para o futuro. Percebendo que a energia ficará mais cara, eles esperam que o uso de coletores solares reduza seu consumo.
Por enquanto, porém, em nossa parte da Europa, não há dúvida de instalações eficientes e economicamente racionais com coletores solares que aqueceriam a casa durante a estação de aquecimento. A principal barreira é que, quando está mais frio lá fora e precisamos de mais aquecimento, a quantidade de energia solar que podemos usar é muito pequena.
É frequente a instalação não funcionar de forma alguma durante 2 a 3 meses por ano, independentemente do tipo de coletores usados. Uma solução para este problema seria armazenar a energia produzida no verão e no outono para utilizá-la durante a estação de aquecimento. Isso exigiria o uso de enormes tanques de proteção cheios de água, cuja capacidade seria ligeiramente menor do que a casa inteira. É, portanto, uma solução cara, caracterizada pela baixa eficiência e pela impossibilidade de “construir” o tanque dentro de casa.
O trabalho está em andamento há anos para produzir tanques dimensionalmente aceitáveis cheios de um material diferente da água, cuja capacidade de calor seria comparável à de um enorme tanque de água. Por enquanto, não se trata de usar coletores solares para preparar água quente ou aquecer a casa, mas apenas para apoiar esses processos.
Projetando uma instalação solar
Para apoiar a preparação de água quente, a instalação é selecionada de forma a cobrir cerca de 50-60% das necessidades anuais de energia para esse fim. Com uma instalação mista de apoio à preparação de água quente e aquecimento doméstico, seria cerca de 20-25% das necessidades anuais. Às vezes, há instalações em que o investidor busca aumentar ainda mais a cobertura das necessidades anuais de energia por coletores solares. Porém, o aumento do número de coletores provoca apenas um ligeiro aumento na quantidade de energia obtida na estação de aquecimento e, ao mesmo tempo, um grande excesso de energia no verão. Isso só é benéfico em instalações onde o excesso de calor do verão é usado para aquecer a piscina.
Construção de coletores para apoiar o aquecimento de água quente
Os coletores solares utilizam o efeito estufa e as propriedades do vidro. Corpos de alta temperatura (incluindo o Sol) irradiam calor usando ondas curtas. E como o vidro transmite muito bem a radiação de ondas curtas (vidro em coletores de alta qualidade - 91-96%) e muito pouca - radiação de ondas longas, a energia térmica do sol atinge facilmente o interior do coletor, fazendo com que a folha absorvente aqueça. O absorvedor transfere calor para a solução aquosa de glicol. A forma como o coletor recebe calor depende do seu tipo. Existem dois grupos de coletores no mercado - planos e tubos a vácuo.
Coletores planos - Eles são feitos de uma folha de metal revestida com um material que absorve bem a radiação solar, ao qual são fixados tubos cheios de solução de glicol de água. A folha absorvente é colocada em uma caixa de alumínio ou plástico. No fundo, entre o invólucro e o absorvedor, existe uma camada de isolamento térmico, geralmente lã mineral. Na parte superior, o coletor é coberto por um vidro protetor.
As vantagens do coletor de placa plana são o preço mais baixo, fácil instalação e alta eficiência no verão (isso porque o coletor de placa plana tem uma camada de painel que interrompe apenas parte da radiação solar).
A desvantagem é a menor eficiência no inverno, quando a temperatura externa é baixa e as perdas de calor do coletor são de grande importância (a grande caixa de alumínio e vidro transfere efetivamente o calor para o ambiente).
Os coletores de placa plana geralmente são menos eficientes durante o ano do que os de tubo. No entanto, isso é verdadeiro para comparar dois coletores com a mesma área de superfície. Como os coletores planos disponíveis no mercado geralmente têm pelo menos o dobro da área de superfície de um coletor de tubos típico e o preço de tal conjunto é mais baixo, a compra de um coletor plano é geralmente mais lucrativa do que um coletor de tubos. Vale a pena considerar o uso de coletores de tubos quando houver pouco espaço no telhado.
Coletores de tubo de vácuo - atualmente existem dois tipos destes coletores no mercado: com fluxo direto e com tubo de calor.
- Com fluxo direto. Tal coletor consiste em vários ou uma dúzia de tubos de pequeno diâmetro (8-10 mm), em forma de U. Cada "tubo em U" é colocado em uma seção de alumínio, na qual um tubo de vidro feito de duas camadas firmemente conectadas é deslizado, entre existe um vácuo. Há um espelho sob os canos.
A vantagem deste tipo de coletores é a baixa perda de calor no inverno e o funcionamento eficaz também com orientação desfavorável da cobertura. Desvantagens - alto preço, menor eficiência no verão e sensibilidade à falta de recepção de calor a longo prazo.
- Tubo de calor. Em coletores deste tipo, dentro dos tubos de vidro existe um único tubo dentro do qual há um líquido fervendo a baixa temperatura. A radiação solar aquece o líquido que evapora do fundo do tubo e se condensa na parte superior - liberando calor para o fator que circula na instalação.
As vantagens e desvantagens dos coletores de heat-pipe são as mesmas daqueles com fluxo direto. Além disso, podem ser montados por etapas: primeiro as armações e depois a instalação dos tubos coletores. Eles também têm proteção parcial de glicol contra temperaturas muito altas. Uma desvantagem adicional é a baixa qualidade de alguns colecionadores no mercado.
Benefícios do uso de coletores
Presumimos que nossa casa modelo seja habitada por 4 pessoas que usam 35 litros de água quente diariamente a 55 ° C. Isso significa um consumo diário de água de 140 l, para o qual selecionaremos os coletores e a capacidade do tanque.
Assumindo 1,5 m2 de absorvedor para cada 50 litros de água consumidos por dia, isso nos dá 140: 50 × 1,5 = 4,2 m2. Adotamos dois coletores planos com área de 2,33 m2 cada. Para obter o rendimento adequado da instalação, optou-se por um reservatório com capacidade para cerca de 300 l (o dobro do consumo diário de água).
Podemos considerar a seleção correta, pois com base na simulação verificamos que ela cobrirá cerca de 52,1% das necessidades anuais de energia para aquecimento de água.
- Custos de investimento. A maioria dos fabricantes oferece conjuntos básicos com coletores solares, destinados a residências unifamiliares, como pacotes completos. O custo do pacote é de aproximadamente: 8.000-12.000 (diferenças significativas no preço resultam de uma grande variedade de tipos e qualidade dos componentes).
Considerando a utilização de coletores solares como extensão de uma instalação convencional com caldeira de condensação, deve-se deduzir do custo do pacote o custo de um tanque padrão de 150 litros, que seria utilizado em uma instalação com caldeira de condensação. Dependendo do fabricante e da tecnologia, devemos subtrair cerca de 2.000 a 2.500, então o custo de um pacote com coletores solares é de 6.000 a 10.000 mais mão de obra (1.500 a 2.000). No total, será de 7.500 a 12.000.
Teoricamente, pode-se dizer que o uso de coletores solares economiza cerca de 52% da energia necessária para aquecer a água, ou seja, em nossa casa modelo - cerca de 143 m3 de gás. Quando multiplicado pelo preço do gás (2,3 / m3), podemos determinar a economia anual de gás. No entanto, esse é um método muito sujeito a erros.
Com base nos resultados das partes anteriores do ciclo, podemos fazer cálculos mais precisos ao analisar o custo total de aquecimento da casa e preparar água quente para as variantes individuais da casa. Uma comparação entre os custos de operação da própria caldeira de condensação e a que coopera com os coletores é apresentada na tabela.
O uso de coletores solares é certamente benéfico. Com os preços atuais e a política tarifária, porém, nem sempre é uma solução lucrativa.
Custo da água quente dos coletores
Supondo um consumo de água quente per capita de 35 l / dia, em nossa casa precisamos de cerca de 2.665 kWh de energia para aquecê-la anualmente. Assumindo que usamos a fonte mais cara, ou seja, eletricidade (0,52 por 1 kWh), é:
2665 kWh / ano × 0,52 (PLN / kWh) = 1386 (PLN / ano).
Deste valor, podemos economizar 52% em instalações com coletores planos, ou seja, 1386 × 0,52 = 721.
Subtraindo deste valor o custo da eletricidade para o acionamento das bombas de circulação do sistema solar (cerca de 50 / ano) e os custos de manutenção anual da instalação de 80 / ano, temos 591 poupanças anuais. Na verdade, esses benefícios serão ainda menores, porque a perda de calor no próprio reservatório, dependendo da qualidade do isolamento, é de 30 a 60 kWh por mês, o que aumentará o custo do aquecimento da água nos meses de inverno (no verão temos um excedente de energia solar gratuita de qualquer maneira).
O custo de uma instalação solar é em média 10.000, incluindo um subsídio líquido de 20% do Fundo Nacional de Proteção Ambiental (o subsídio bruto é de 45% das despesas, sobre as quais pagamos imposto de renda e despesas bancárias). Este montante, depositado em depósito bancário de 5,5%, dá-nos 546 juros, que é quase o mesmo que uma poupança, sem risco técnico (possíveis custos de insolvência).
Obtemos um resultado desfavorável semelhante ao analisar o tempo de retorno de 10.000: 546 / ano = 18,3 anos. Você pode ver que os custos compensam em um período próximo ao tempo de vida da instalação.
Além disso, o custo de 1 kWh de calor do coletor é comparável ao custo da eletricidade: (10.000 + 20 anos × (50 / ano + 80 / ano)) :: (20 anos x 2.500 kWh / ano × 0,52 / kWh) = 0,48 / kWh.
Se levarmos em conta o risco de falha no período de operação de 20 anos, esse custo provavelmente será ainda maior.
Economia de água Existem
outras maneiras de reduzir o consumo de energia para aquecimento de água. É a redução do consumo de água graças ao investimento em instalações economizadoras de energia. Aqui, um investimento de 2.000 (para lavatórios sem contato, chuveiro com economia de água e aeradores altamente eficientes) permite reduzir o consumo de água quente em pelo menos 60%. Assim, economizamos anualmente em energia: 2.655 kWh × 0,6 × 0,52 / kWh = 828, mas também nos custos de água e esgoto (aprox. 700). Isso dá um tempo de retorno sensacional de 2000: 1528 = 1,3 anos.
Aliás, observamos aqui interferências de estado, evitando a disseminação de soluções de racionalização do consumo de energia. O regulamento sobre a certificação energética de edifícios foi redigido de forma a que a instalação de torneiras economizadoras de água, ao contrário dos factos, não melhore os indicadores energéticos.
Tudo isso leva à conclusão de que até o momento a decisão de instalar coletores solares em casa se deve mais a atividades mercadológicas do que econômicas.
Custo de instalação solar e subsídios
Os elevados custos dos coletores solares no mercado polaco são em grande parte gerados pela política de apoio a estes investimentos do Fundo Nacional. Os primeiros sistemas de apoio ao financiamento de instalações solares para recipientes coletivos provocaram um aumento radical dos preços dos coletores.
Resulta diretamente da forma de financiamento do investimento. O Fundo Nacional financia uma determinada percentagem das despesas. O resultado é que, se queremos obter o maior subsídio, temos que aumentar os custos. Uma tentativa ineficaz de reduzir este efeito é a introdução pelo Fundo Nacional de Proteção Ambiental do limite de custo da instalação ao nível de 2500 / m2 do coletor. Isso levou a preços a um nível que na Europa são alcançados por coletores híbridos PV-T que produzem eletricidade e calor. Teoricamente, uma política alternativa de apoio à instalação de coletores solares é possível. Bastaria estabelecer um nível de suporte constante, por exemplo ao nível de 1000 / m2 de colector, obviamente com elevados requisitos de qualidade e eficiência.
Assim, a otimização do subsídio, do ponto de vista do cliente, consistiria em encontrar a oferta mais barata que cumprisse os requisitos de qualidade, ou seja, minimizando a contribuição própria.
Já que hoje, além do sistema de suporte NFOŚ, você pode encontrar no mercado uma instalação decente para uma família de 4 por 6.000 (4m2), com um subsídio de 4.000, ou seja, menor que hoje, o custo para o investidor seria de apenas 2.000. Assim, o preço de 1 kWh calor para aquecer a água cairia para 0,18 / kWh e todos os telhados seriam cobertos com coletores solares. Talvez o medo de tal cenário seja o motivo pelo qual a política de subsídios seja diferente. Isso resultaria em uma redução significativa na demanda de calor.
Você deve ter medo de superaquecimento nos coletores?
Muitas pessoas têm medo de deixar a instalação autônoma no verão, quando os membros da família vão de férias. Na prática, uma instalação bem feita não representa uma ameaça para o usuário e muito menos para o edifício. É equipado com uma válvula de segurança, a partir da qual o problema de possível vazamento de glicol pode ser resolvido substituindo um recipiente adicional. Além disso, há um vaso de expansão na instalação, que compensa as flutuações de pressão relacionadas ao aquecimento e resfriamento cíclicos da instalação. Em uma instalação feita e mantida corretamente, o vaso de expansão praticamente impede a abertura da válvula de segurança.
Um perigo maior na instalação é o risco de destruição do meio de aquecimento, ou seja, uma solução aquosa de propilenoglicol, no caso de uma falta de recepção de calor a longo prazo na instalação e a temperatura permanecer acima de 140-150oC. Quase todos os coletores de placa plana podem atingir essa temperatura. Os coletores tubulares são capazes de atingir até 220-270oC. Nessas condições, o meio é estratificado e aparecem os depósitos difíceis de remover da instalação. Às vezes acontece que a instalação com coletores solares, preenchidos durante a fase de construção de uma casa, não pode ser colocada em funcionamento após vários meses de inatividade. O lodo gerado na instalação vai para os filtros,separador de ar ou bomba de circulação e bloqueia efetivamente o fluxo. Por este motivo, é importante cobrir os coletores na fase de instalação e não enchê-los até que estejam em uso. As regras de instalação do coletor devem ser sempre consultadas com o fabricante.
Durante a operação da instalação, vários métodos são usados para proteger o meio contra superaquecimento. Por exemplo, alguns controladores têm a função de resfriamento noturno da instalação. Outra solução é utilizar válvulas termostáticas que, após ultrapassar um determinado nível de temperatura, descarregam parte da água quente do reservatório para a rede de esgoto, abastecendo-a com água fria. Ambos os métodos não são ideais devido ao consumo desnecessário de energia e água adicionais. Por esse motivo, outros métodos de proteção do fator foram procurados.
Com coletores de tubo, pode-se usar um tanque de grande capacidade (mais de 80 l por 1 m2 de coletor absorvedor), que atinge uma alta temperatura somente após vários dias de intenso aquecimento. Outro método é a utilização de coletores heat-pipe, nos quais, na ausência de recepção de calor na instalação, a salmoura evapora, o que não transfere calor para a solução aquosa de glicol.
Em coletores de placa plana, uma proteção eficaz do meio acaba sendo o uso de um absorvedor sinuoso.
Sistemas de drenagem ou sistemas com retorno por gravidade do meio, nos quais os coletores permanecem vazios durante a falta de recepção de calor, também são uma solução favorável.
