A eficiência nos sistemas solares térmicos: breves considerações

Este tipo de sistemas conta com aplicações domésticas, em pequenas instalações industriais e, ainda, com relevo crescente, em edifícios públicos, tais como escolas ou piscinas municipais – justamente porque, em qualquer um destes destinos, tem subjacente o consumo e/ou utilização de elevadas quantidades de água quente¹.

A principal vantagem dos SST incide no facto de estarem ancorados numa fonte renovável (a energia solar térmica), circunstância que, em países com os níveis de radiação solar de Portugal, adquire especial relevância

Desta forma, o cálculo da radiação solar global (EG) obter-se-á pela seguinte equação:

E_G = E_dir + E_dif

A radiação solar tem diversas componentes²:

(i) a radiação solar direta (E_dir), que atinge a Terra sem qualquer mudança de direção;

(ii) e a radiação solar difusa (E_dif), que chega ao observador indiretamente, resultante da ação da difração nas nuvens, nevoeiro, poeiras em suspensão e outros obstáculos existentes na atmosfera.

A energia total incidente no coletor solar³ é a soma de três componentes: radiação solar direta (E_dir), radiação solar difusa (E_dif) e ainda radiação refletida.

Desconsiderando o efeito provocado pelas variações climáticas, a energia útil (Q) do sistema é determinada pelo ganho de calor que a água adquire, nos termos da sequente equação:

Q = _mC (TA_Q – T_AF)

Onde, respetivamente:

(i) Q: Fluxo de energia que chega ao reservatório (W);

(ii) m: fluxo de massa de água (kg/s);

(iii) C: Calor específico da água (kJ/kg°C);

(iv) T_AQ: Temperatura da água quente que sai do reservatório apara abastecimento (°C);

(v) T_AF: Temperatura da água fria que abastece os reservatórios (°C).

Em termos amplos, poderá afirmar-se que a eficiência do SST⁴ no aproveitamento de energia solar é oferecida pela relação entre a referida energia útil (Q) e a energia solar disponível durante este mesmo intervalo de tempo, sendo maior a eficiência quanto maior for a utilização da energia disponível (no mesmo intervalo de tempo).

Sabendo de antemão que os SST têm conhecido incrementos de eficiência muito significativos – em especial, no domínio tecnológico – a sua relevância para o atual contexto de transição energética pode adquirir contornos ainda mais expressivos, não apenas porque os SST contribuem objetivamente para reduzir as emissões de CO₂ como, de igual forma, porque podem ainda estar associados à produção de eletricidade⁵.

¹Sendo que, para aplicações de produção de água quente sanitária, existem as soluções ancoradas em termossifão ou, em alternativa, em sistemas de circulação forçada. Ainda assim, existem já várias aplicações de larga escala, conforme se pode constatar ao nível da bibliografia existente. A título de exemplo, Cfr. Werner Vogel/Henry Kalb, 'Large-Scale Solar Thermal Power – Technologies, Costs and Development', Wiley-VCH Verlag 2010.

²Com relevo para a modelação desta análise e respetivos pressupostos, Cfr. GreenPro, 'Energia Solar Térmica – Manual sobre Tecnologias, Projeto e Instalação'', 2004 pp. 13 e ss.

³Ou seja, o próprio dispositivo capaz de transformar a radiação solar em energia térmica.

⁴Que, por razões de simplificação, não poderemos resumir à eficiência η do coletor, definida como a taxa de energia térmica utilizada para o total da irradiação de energia solar: K = QN/E, onde, respetivamente: (i) QN = Potência térmica disponível (W/m²); e (ii) E = Irradiação que atinge a cobertura de vidro (W/m²). Novamente, com relevo a este nível, Cfr. GreenPro, 'Energia Solar Térmica – Manual sobre Tecnologias, Projeto e Instalação', 2004 pp. 13 e ss.

⁵De que servem como exemplo as tecnologias de Concentração de Energia Solar (CES) que, por seu turno, tem como uma das suas áreas de aplicação as Centrais de Energia Solar Térmica (STE).