Painéis solares para aquecimento residencial: tipos, como escolher e instalar corretamente

As inovações tecnológicas realmente surpreendem, especialmente quando se trata do lado prático da vida. Ainda recentemente, as pessoas não conheciam esquemas para obter energia vantajosa que permitisse abandonar a eletricidade cara. Concorde, agora as fontes alternativas estão disponíveis para todos e seria ótimo aproveitá-las.

Os inovadores painéis solares para aquecimento doméstico estão sendo gradual, mas persistentemente, introduzidos em nossas realidades cotidianas. Mas antes de ir à loja, vale a pena pesar todos os prós e contras, caso contrário, você pode adquirir um modelo completamente inadequado. Para que isso não aconteça, revelaremos os segredos da escolha desses dispositivos.

Além disso, em nosso material você conhecerá as características construtivas dos coletores solares, bem como encontrará um guia passo a passo para a instalação das baterias solares. Para facilitar a compreensão, o material é acompanhado por fotografias temáticas e vídeos.

Princípio de utilização da energia solar

Frequentemente, ao se deparar com a necessidade de instalar painéis solares, a pessoa questiona a viabilidade do empreendimento. Porque na maioria dos casos, a porcentagem de dias ensolarados é significativamente menor do que a de dias nublados.

Essa proporção é típica das regiões de latitude média, e o clima das áreas do norte apresenta ainda mais dias nublados.

O número insuficiente de dias ensolarados está diretamente relacionado à eficiência dos dispositivos que processam a energia do astro terrestre. Consequentemente, a incidência de raios solares na superfície da bateria diminui. Esse processo é chamado de insolação.

Os painéis solares podem ser utilizados em sistemas de aquecimento como fornecedor de fluido térmico ou de energia para alimentar os aparelhos

O princípio é que qualquer superfície, independentemente de sua finalidade, absorve uma certa quantidade de energia solar. Nas regiões do sul, essa quantidade é naturalmente maior, o que torna a instalação de painéis solares mais relevante.

No entanto, como mostra a prática, o mercado de equipamentos tecnológicos na área de síntese de energia solar melhora incansavelmente seus produtos, de modo que os fotoelementos modernos em painéis solares funcionam perfeitamente mesmo em áreas com baixo nível de insolação.

Distribuição da atividade solar exemplificada no mapa da Rússia. Um coeficiente mais alto é característico das regiões do sul (+)

Abordagem ponderada para a instalação

Antes de organizar um sistema de aquecimento com painéis solares, é necessário descobrir os pontos negativos e positivos da estrutura alimentada por energia solar.

Esse conhecimento é necessário para melhor compreender as diferenças do equipamento em relação aos análogos e avaliar a racionalidade e a viabilidade da construção.

Os fatores mais significativos são:

• Eficiência. O rendimento real na conversão de energia solar em elétrica. Atualmente, a energia dos painéis solares é quase cinco vezes mais cara do que a eletricidade convencional.
• Sazonalidade de uso. Os painéis solares só podem funcionar produtivamente na ausência de obstáculos no caminho dos raios solares, incluindo alta nebulosidade.
• Sistema de armazenamento fraco. A energia obtida, na maioria dos casos, precisa ser gasta imediatamente. Para acumular e armazenar, são necessários reservatórios bastante volumosos, que exigem uma área considerável para sua instalação.
• Necessidade de energia auxiliar. No inverno, os painéis solares não conseguem fornecer calor suficiente para aquecer a casa. Mas podem ser um complemento útil para a caldeira de aquecimento em dias de sol.
• Viabilidade da construção. Atualmente, o retorno do investimento em painéis solares deixa a desejar. Sua instalação só se justifica em áreas não conectadas às redes centralizadas. Onde não há alternativa alguma para dispositivos solares.

Há esperanças no desenvolvimento e produção de equipamentos de energia solar mais acessíveis para particulares. Há confiança de que, um dia, a construção de sistemas que processam energia solar se tornará rentável.

Na verdade, considerando que os recursos energéticos do planeta estão gradualmente se esgotando, pode-se considerar a tecnologia solar como um investimento vantajoso e promissor.

O complexo solar é totalmente seguro para o meio ambiente, não emite produtos tóxicos de combustão, não perturba o equilíbrio natural, não requer queima de combustíveis fósseis ou madeira

No entanto, atualmente isso é apenas um complemento às principais fontes de calor, mas já possui seu próprio conjunto de vantagens.

Vantagens significativas do complexo solar:

• Longo período de operação. A simplicidade estrutural garante o mínimo de avarias. Os painéis podem ser danificados acidentalmente durante a limpeza da neve, mas a substituição do vidro é perfeitamente viável de ser feita com as próprias mãos.
  
• Ampla variedade de modelos. Os aparelhos são fabricados por um número considerável de empresas estrangeiras e alguns representantes de fabricantes nacionais. A variação de preços permite escolher uma opção “acessível”.
• Individualidade das configurações. O equipamento pode ser configurado levando em consideração todos os caprichos da natureza em uma localidade específica.
• Baixo custo da energia. Mais precisamente, sua total gratuidade – uma qualidade que não deve ser levada ao pé da letra devido à alta intensidade de material na construção dos painéis solares.
• Atratividade externa. Os sistemas planos de aquecimento não prejudicam a arquitetura das casas, podendo ser percebidos como elementos de design criativo.

Descobrimos que o complexo solar pode ser um auxílio doméstico, complementando as fontes tradicionais de aquecimento. Além disso, considerando os preços atuais dos combustíveis, a energia alternativa contribui para a economia, especialmente no setor residencial.

Os principais fabricantes de equipamentos, ao descreverem seus produtos, enfatizam de todas as formas a absoluta sustentabilidade do sistema. Naturalmente, o processo de conversão de energia fotônica ocorre sem o envolvimento de quaisquer substâncias combustíveis, tóxicas ou quimicamente explosivas.

Os painéis solares instalados no telhado não prejudicam o exterior da casa nem ocupam muito espaço

Se pensarmos de forma mais global, o uso generalizado de painéis solares certamente reduzirá o consumo de outras fontes de energia, como carvão ou gás natural. Naturalmente, a situação ambiental nesse caso melhorará significativamente, e as contas exorbitantes de aquecimento e combustíveis ficarão no passado.

A eficiência dos painéis é diretamente proporcional à quantidade de energia solar absorvida. Mas o aspecto tecnológico dos diferentes tipos de equipamentos permite aumentar ou diminuir o desempenho.

Para aumentar o desempenho do sistema, recomenda-se realizar a instalação do aquecimento solar em simbiose com outros métodos de aquecimento mais tradicionais.

Não se preocupe com a possibilidade de o coletor solar falhar muito rapidamente. A vida útil média desse equipamento é de cerca de 15 anos. O funcionamento adequado das células fotovoltaicas depende principalmente da região onde a instalação é utilizada.

Geralmente, o nível mais intenso de insolação submete o sistema a uma maior carga. Portanto, se o equipamento for usado em um clima temperado, ele pode durar mais de 15 anos.

A vida útil dos painéis solares é de 12 a 15 anos. Com cuidados adequados, eles durarão mais.

Tipos de sistemas solares

Foi comprovado empiricamente que algumas substâncias podem reagir mais intensamente à ação dos fótons. Portanto, a tecnologia de fabricação dos painéis solares é diferente.

Os dispositivos solares para uso doméstico são divididos em 2 tipos principais:

• Conversores fotovoltaicos (de silício e de filme fino). Consistem em grupos de células fotovoltaicas conectadas em série ou paralelo, que convertem a radiação solar em eletricidade. Os elementos montados em um sistema semicondutor único são chamados de painel solar, que fornece energia para dispositivos de aquecimento elétricos.
• Coletores solares (planos, a vácuo ou tubulares, concentradores ou espelhados). Este é o tipo mais comum em uso doméstico, que capta a energia solar e a transfere para o sistema de aquecimento na forma de eletricidade ou de fluido térmico aquecido.

Além dos tipos listados, existem usinas solares que produzem energia em escala industrial. Para um particular, elas podem servir como fornecedor centralizado de energia.

Um sistema de aquecimento com coletores solares prevê o consumo de energia imediatamente após sua obtenção.

Estrutura dos conversores fotovoltaicos

O princípio de funcionamento dos conversores fotovoltaicos baseia-se na conversão da energia solar em energia elétrica. Eles são fabricados na forma de módulos em moldura de alumínio ou em lâmina polimérica flexível.

No primeiro caso, a parte superior do módulo é protegida por vidro de alta resistência e a parte inferior por filme isolante. No segundo caso, ambas as camadas de proteção são feitas de polímeros.

Os elementos fotovoltaicos são conectados por meio de barras condutoras, cuja função é transferir energia para a bateria ou para o consumidor. Nas barras são conectados contatos que servem para conectar painéis individuais em um sistema completo e para conexão aos consumidores.

O princípio de funcionamento dos conversores fotovoltaicos baseia-se na capacidade dos elementos de converter energia solar em energia elétrica.

Com base na organização dos átomos de silício, as baterias solares são divididas nas seguintes categorias:

• Monocristalinos. Alimentados com silício de maior pureza, cuja tecnologia de produção é usada há muito tempo na fabricação de semicondutores. A essência da produção é o cultivo artificial de um monocristal, que depois é cortado em lâminas de 0,2-0,4 mm de espessura. Estas são as células da futura bateria, das quais serão necessárias 36 unidades.
• Policristalinos. Na fabricação, são utilizadas lâminas obtidas a partir de silício fundido após seu resfriamento lento. A tecnologia requer menos energia e esforço de trabalho, por isso as baterias solares com policristais custam muito menos. Normalmente, essas baterias têm uma cor azul brilhante padrão.
• De silício amorfo. A tecnologia de produção é baseada no princípio da fase de evaporação. Como resultado do processo de evaporação, uma fina película de silício deposita-se no elemento portador, que é então envolta por uma cobertura protetora transparente. Esta categoria de baterias solares é chamada de filme fino e é instalada nas paredes das casas.

As baterias monocristalinas são as mais produtivas. Dependendo do modelo e do fabricante, sua eficiência varia entre 14–17%. As policristalinas perdem em critérios de eficiência, com eficiência média de 10–12%.

Os sistemas menos produtivos são as baterias solares de silício amorfo. Elas são projetadas para processar radiação difusa, instaladas nas paredes das casas como complemento aos sistemas mais potentes localizados no telhado. Eficiência na faixa de 5–6%.

As variantes policristalinas de baterias solares – são uma opção intermediária em termos de preço e desempenho.

Com base em dados obtidos de importantes fabricantes de módulos solares, como a empresa SunTech Power, fica claro que a eficiência dos monocristais aumenta a cada ano e, em breve, a eficiência pode chegar a cerca de 33%.

No entanto, atualmente, os melhores indicadores de desempenho pertencem aos produtos da empresa Sanyo. A peculiaridade desses painéis reside na multicamada do elemento externo, o que aumenta significativamente a eficiência, e a eficiência dos coletores solares é de 23%.

Devido ao procedimento característico de processamento do silício, a estrutura do policristal contém formações indesejáveis que dificultam uma melhor absorção da energia solar.

Além disso, as partículas cristalinas da microestrutura do módulo estão dispostas de forma caótica em relação umas às outras, o que dificulta a sublimação da energia. Consequentemente, a eficiência do painel raramente excede 18%.

Às vezes, encontra-se um simbiose de coletores amorfos e poli/monocristalinos. Isso se explica pelo fato de que, para o funcionamento normal dos policristais, é necessária uma intensa iluminação solar, ao contrário dos painéis amorfos. Portanto, a combinação das duas tecnologias pode ser uma solução.

Na produção de sistemas de filme também há mudanças perceptíveis. Assim, na etapa atual, são bastante frequentes os heliomódulos de filme à base de cádmio e índio.

Em cada etapa, é realizado constantemente o monitoramento do revestimento de silício-hidrogênio, caso contrário, podem surgir problemas relacionados à funcionalidade

Está comprovado que o cádmio absorve muito bem a luz solar, por isso foi adotado por muitos fabricantes na área da helioenergética. Como se sabe, a substância é radioativa, mas não há motivo para se preocupar com a possibilidade de irradiação, pois a proporção do metal não é tão grande a ponto de causar qualquer dano à atmosfera, muito menos ao ser humano.

O semicondutor índio atinge com sucesso 20% de eficiência, superando o cádmio. Devido ao fato de o índio ser muito mais demandado em eletrodomésticos, nomeadamente na produção de televisores LCD, os fabricantes frequentemente substituem o metal por outro análogo – o gálio.

O equipamento helio de filme possui estrutura flexível, o que simplifica significativamente a instalação

Falando sobre as vantagens dos módulos poliméricos e dos coletores de filme em geral, gostaria de destacar o preço bastante baixo, em comparação com as baterias cristalinas, a total segurança e a sustentabilidade, devido ao estado estável das substâncias químicas. Além disso, entre os pontos positivos adicionais, podemos incluir a flexibilidade e a versatilidade.

Características construtivas dos coletores solares

A versão mais simples de um coletor solar plano consiste em uma espécie de caixa-corpo, cuja face frontal é uma superfície metálica enegrecida. No interior, há uma serpentina preenchida com água, uma mistura de água com anticongelante ou ar.

O fundo e as paredes da caixa são cobertos com isolamento térmico, necessário para manter a energia obtida dentro da bateria.

A placa metálica juntamente com os tubos realizam a coleta e a transferência do fluido térmico aquecido para o sistema de aquecimento. Esta parte é chamada de absorvedor. Na maioria das vezes, para sua fabricação, utiliza-se folha de cobre, caracterizada por alta condutividade térmica.

O lado externo do absorvedor deve ser intensamente preto para máxima absorção da radiação solar.

Os painéis solares do tipo tubular consistem em um sistema de tubos ou serpentina com uma placa metálica na parte superior

Para que os raios não sejam refletidos pela superfície metálica do adsorvedor, uma cobertura transparente resistente é instalada na parte superior. Geralmente, são vidros temperados com baixo teor de metal.

Externamente, é aplicada uma camada óptica especial que não emite calor na luz infravermelha. Isso contribui para aumentar a eficiência do dispositivo, capaz de aquecer água até 200°C.

Os painéis tubulares são sensíveis às condições atmosféricas adversas. Após fortes chuvas, especialmente granizo, recomenda-se verificar cuidadosamente a integridade da cobertura frontal do coletor.

Folhas levadas pelo vento, poeira suspensa e detritos de galhos também podem danificar a superfície. Arranhões e lascas levarão a uma queda acentuada no desempenho do equipamento.

Existem várias opções de configuração de painéis solares, pois durante a operação os desenvolvedores foram eliminando gradualmente as deficiências

A variedade a vácuo é equipada com um tubo multicamadas, construído segundo o princípio de uma garrafa térmica. Esse sistema permite reter o calor 95% melhor do que os modelos anteriores.

Na parte inferior do tubo multicamadas há um líquido que, ao ser aquecido pelo sol, se transforma em vapor. Na parte superior deste bulbo selado peculiar, está montado um condensador. Ao atingi-lo, o vapor condensa e transporta o calor para o sistema.

Os painéis solares que operam com princípio a vácuo são mais eficientes do que os tubulares comuns em regiões com poucos dias de sol.

Os coletores concentradores são equipados com um dispositivo de superfície espelhada que focaliza a energia recebida na superfície do adsorvedor. A área do espelho é maior do que o tamanho do adsorvedor, o que aumenta a eficiência na captação de energia solar.

O elemento espelhado pode ser concentrado em um ponto ou em uma linha fina sem a menor perda de desempenho.

Devido ao dispositivo do tubo receptor de calor baseado no princípio da garrafa térmica, o desempenho do aparelho aumenta quase duas vezes

A desvantagem dos concentradores é que eles só podem captar radiação direta. Por isso, os desenvolvimentos mais recentes são equipados com dispositivos de rastreamento rotativos para eliminar ou reduzir o impacto dessa deficiência.

Os dispositivos de rastreamento fazem o coletor girar seguindo o movimento do astro para captar todos os seus raios.

Esta é a variedade mais eficiente de painéis solares coletores, que permite aquecer o fluido térmico até a temperatura máxima em comparação com outras. É verdade que funcionam bem em regiões desérticas, custam caro, por isso são demandados principalmente por organizações industriais.

O coletor-concentrador solar funciona focando a energia solar em um absorvedor de menor área.

Uma solução nova e interessante é a construção esférica do coletor, que capta literalmente todos os raios possíveis. Ela não precisa ser equipada com um mecanismo de rotação, que, aliás, é dependente de energia e requer conexão à rede elétrica.

A construção esférica difere da comum por não ser composta de tubos individuais conectados ao tubo de entrada e saída, mas sim de um único receptor de calor helicoidal.

O serpentim receptor é preenchido com água técnica, que, ao ser aquecida, move-se para cima ao longo do caminho helicoidal e sai aquecida para o tubo de saída, e de lá para o sistema de aquecimento.

Após o resfriamento, o fluido térmico retorna do circuito de aquecimento ao tubo de entrada do coletor esférico. O processo se repete.

A forma esférica permite receber os raios solares durante todo o dia claro sem o uso de mecanismos de rotação.

Uma vantagem significativa do sistema esférico é que o aquecimento ocorre durante todo o dia claro. Ele não precisa ser equipado com mecanismos de rotação que necessitam de energia elétrica. Graças ao design helicoidal, ele apresenta perdas mínimas de energia no tubo.

Todos os tipos de coletores solares pertencem à categoria de sistemas auxiliares sazonais de obtenção de energia. Dependendo do modelo, o tubo interno pode conter até 200 litros de líquido, e a quantidade mínima usada em módulos a vácuo é de cerca de 60 litros.

Construir um coletor solar com as próprias mãos é perfeitamente viável. No site há uma seleção de artigos dedicados a sistemas solares caseiros.

Recomendamos que você confira:

1. Como fazer um coletor solar para aquecimento com as próprias mãos – guia passo a passo
2. Como fazer um painel solar com as próprias mãos: instruções para montagem independente

Instruções de montagem das baterias solares

Painéis da classe 'planos' devem idealmente ser instalados na estação de verão, quando o nível de insolação é mais alto. Esta será a opção ideal em termos de relação custo-benefício, e portanto a compra de tais coletores solares justificará plenamente os recursos gastos.

De qualquer forma, o potencial energético do equipamento permite que ele seja utilizado em sistemas de água quente e aquecimento.

O processo de conversão de energia é extremamente sensível às variações de temperatura. Isso deve ser considerado durante a instalação. Primeiramente, é necessário certificar-se de que a residência está devidamente isolada, caso contrário, podem ocorrer falhas imprevistas no funcionamento do sistema.

O sistema de aquecimento com painéis solares consiste em um circuito fechado com um fluido térmico circulando por ele.

Para cada região, está prevista uma opção ideal de instalação do equipamento. O cálculo é baseado no grau de insolação. De acordo com as regras de uso, o coletor deve ser posicionado de modo que o ângulo de incidência dos raios solares em sua superfície seja de 90°.

Somente neste caso a eficiência do sistema será máxima. É possível obter precisão absoluta na instalação dos painéis medindo a latitude do local.

Um fator importante será a direção em que os painéis são posicionados. Devido ao fato de que o maior nível de potência é alcançado predominantemente no meio do dia, é recomendável orientar os painéis para o sul. São permitidos alguns desvios durante a instalação, para leste ou oeste, mas não excessivos.

Além disso, a redução da eficiência é frequentemente observada devido à sombra de árvores incidindo sobre o painel do coletor. No inverno, recomenda-se aumentar o ângulo de inclinação dos painéis solares, o que melhorará o nível de desempenho do sistema.

Passo #1. Escolha do ângulo de inclinação

A eficiência dos coletores depende principalmente do ângulo de posicionamento do painel em relação à superfície horizontal. Para uma absorção de luz ideal, recomenda-se manter a inclinação em torno de 45°.

O ângulo ideal de inclinação do painel solar depende da estação do ano. É bom que o dispositivo seja equipado com um mecanismo para ajuste do ângulo.

O azimute deve ser mantido em 0° (direção direta para o sul). São permitidos alguns desvios de 30-40° para melhor insolação. Para aumentar a rigidez, existem estruturas especiais de alumínio.

Isso é característico principalmente para a instalação de coletores em telhados inclinados. Eles evitarão a alteração dos parâmetros definidos devido a condições climáticas, e a rápida velocidade de montagem, com o uso de ganchos e perfis de fixação, economizará tempo.

Passo #2. Montagem do circuito primário

Na primeira etapa, ocorre a instalação de todos os componentes de aquecimento: caldeiras, compressores, condutores de calor, etc. Para maior comodidade, recomenda-se posicionar os elementos do sistema em um local de fácil acesso. Ao instalar o tanque de expansão, é necessário garantir que não haja obstáculos entre ele e os coletores.

A temperatura dentro do tanque é medida por meio de um sensor de temperatura. Ele deve ser fixado na parte inferior do reservatório.

A próxima etapa será a organização do sistema de ventilação. Ao instalar o circuito, é necessário criar um respiro saindo do tanque de expansão. A melhor solução é levar a comunicação para o telhado. Isso ajudará a regular as variações de pressão dentro do sistema de aquecimento.

Painéis solares – parte do sistema de aquecimento que, além deles, deve incluir caldeiras, bombas centrífugas, tubulações, etc.

O processo de movimento do fluido dentro do AQS depende da bomba de circulação. Recomenda-se utilizá-la apenas para sistemas com circuito de água fechado. Além disso, para facilitar a troca do fluido, o tanque de expansão deve ser equipado com um sistema de drenagem. Para isso, é adequado instalar uma válvula em algum lugar na parte inferior do dispositivo.

Passo #3. Entendendo as particularidades de operação

Sistema solar funciona com rede de 220 V. Cada modelo possui um esquema de conexão exclusivo, fornecido no kit.

A fiação deve ser cuidadosamente isolada, e os termostatos e todos os tipos de relés devem ser colocados em local exclusivamente seco. Para melhor vedação, recomenda-se proteger o equipamento com material hidrofóbico.

Certifique-se de que o sistema está aterrado. Isso protegerá contra situações de risco de vida.

Passo #4. Escolha do método de conexão dos elementos

A soldagem dos circuitos de cobre e componentes elétricos deve ser feita com pasta de solda especial. Antes disso, as juntas devem ser limpas. O melhor é fazer com escova de aço.

Os elementos que levam ao tanque de distribuição (tubos, serpentinas) são soldados ou aparafusados, após cortar a rosca. É importante entender que o tubo com fluido resfriado deve ir para a parte inferior do tanque, e o com fluido quente – para a parte superior.

Passo #5. Instalação dos painéis solares

Etapa preparatória: o que é necessário preparar para a instalação.

A seguir, ocorre o processo de instalação dos painéis solares. A instrução para montagem de 2 painéis é adequada para fixação de qualquer número de coletores solares: o princípio de montagem não muda. O principal é encontrar a área para instalação.

Última etapa – teste do sistema.

Informações adicionais sobre montagem e conexão de painéis solares são apresentadas nos artigos:

1. Esquemas e formas de conexão de painéis solares: como instalar corretamente um painel solar
2. Esquema de conexão de painéis solares: ao controlador, à bateria e aos sistemas atendidos

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Aplicação de painéis solares em sistemas de comunicação autônomos:

Demonstração de produtos de um dos líderes na fabricação de painéis solares:

Princípio de construção e funcionamento do coletor a vácuo:

Os sistemas solares melhoram anualmente os indicadores de conversão de energia solar. Os desenvolvedores já oferecem uma enorme variedade de coletores de tipo plano e tubular, com uso de revestimento de quartzo ou módulos monocristalinos.

Tudo isso gradualmente atualiza as fontes alternativas de energia, pelo que a energia solar em breve estará acessível a todos.

Você tem experiência na conexão ou uso de painéis solares para aquecimento residencial? Ou ainda tem dúvidas sobre o assunto? Por favor, compartilhe sua opinião, deixe comentários e participe das discussões. O bloco para contato está localizado abaixo.