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May 04, 2023

Modelagem Detalhada de Coletor Solar de Placa Plana com Envidraçamento a Vácuo

Data: 20 de março de 2023 Autores: Viacheslav Shemelin e Tomas Matuska Academic

Data: 20 de março de 2023

Autores: Viacheslav Shemelin e Tomas Matuska

Editor Acadêmico: Stoian Petrescu

Fonte: Hindu | https://doi.org/10.1155/2017/1587592

É apresentada uma análise teórica de coletores solares de placa plana com envidraçamento a vácuo. Diferentes configurações do coletor foram investigadas por um modelo teórico detalhado baseado em um balanço de energia externo e interno combinado do absorvedor. As características de desempenho para alternativas de coletor de placa plana a vácuo foram derivadas. Posteriormente, os ganhos anuais de energia foram avaliados para uma variante selecionada e comparados com coletores de tubo de vácuo de última geração. Os resultados da modelagem indicam que, no caso de usar envidraçamento a vácuo avançado com revestimento otimizado de baixa emissividade (emissividade 0,20, transmitância solar 0,85), é possível obter parâmetros de eficiência semelhantes ou até melhores que os coletores de tubo a vácuo. O projeto apresentado neste artigo pode ser considerado promissor para a extensão da faixa de aplicabilidade do FPC e pode ser utilizado em aplicações que requerem nível de temperatura baixo a médio.

O aproveitamento térmico da energia solar para a produção de calor a partir da luz solar é um dos mais antigos métodos de transformação de energia. Essa tecnologia é conhecida e – às vezes até inconscientemente – usada há séculos. Foi redescoberto e usado novamente nos últimos 45 anos. Hoje está pronto para aplicação, mas após esse curto período de crescimento, há um grande potencial de desenvolvimento nessa área, principalmente na área de coletores solares.

A partir de agora, o tipo de coletor solar mais utilizado na Europa é um coletor solar de placa plana (FPC). Estrutura simples, alta eficiência óptica, baixo custo e operação segura são suas principais características. No entanto, o FPC é geralmente concebido para um baixo nível de temperatura entre 40°C e 60°C, o que é mais comum no sistema de água quente sanitária. Qualquer mudança para um nível de temperatura mais alto pode trazer a extensão da faixa de aplicabilidade do FPC. Assim, os esforços destinados a melhorar o desempenho dos coletores solares de placa plana estão em andamento. O desempenho de um coletor solar de placa plana é amplamente influenciado pelas perdas térmicas do absorvedor para o ambiente através da tampa transparente. Uma maneira de reduzir essa perda de calor é reduzir a transferência de calor por convecção natural no espaço entre o absorvedor e a cobertura por meio de sua partição com o uso de painel de vidro adicional, filme plástico ou materiais de isolamento transparente (TIM). Outra forma de reduzir essa perda de calor é usar gás com menor condutividade térmica em vez de ar ou evacuar o ambiente.

Veinberg BP e Veinberg VB [1] investigaram o uso de "malhas profundas e estreitas" como isolamento transparente de favo de mel solar. Além disso, Hollands [2] apresentou as características teóricas de desempenho de um favo de mel celular como um dispositivo de supressão de convecção colocado entre o absorvedor e a cobertura de vidro externa do FPC. Tabor [3] apresentou um breve quadro da construção do favo de mel celular, indicando que um uso bem-sucedido do isolamento do favo de mel requer um material com melhores propriedades físicas e técnicas de fabricação. Mais tarde, Rommel e Wagner [4] demonstraram que o FPC contendo camadas alveolares de policarbonato de 50 a 100 mm funciona bem com uma temperatura de trabalho do fluido entre 40 e 80°C. Kessentini et ai. [5] apresentaram um FPC com isolamento plástico transparente e sistema de proteção contra superaquecimento de baixo custo destinado ao fornecimento de calor de 80 a 120°C. Atingir temperaturas de trabalho mais altas de até 260°C também é possível usando favos de vidro, uma vez que as tampas de plástico são suscetíveis a derreter em temperaturas acima de 120°C.

Svendsen e Jensen [6] e Svendsen [7] mostraram experimentalmente que a eficiência do FPC solar pode ser significativamente melhorada preenchendo o espaço de ar entre o absorvedor e a cobertura com um aerogel de sílica monolítica e evacuando a 10 kPa. Duan [8] estudou a redução da perda de calor frontal colocando a camada de aerogel entre a tampa transparente e a placa absorvedora mostrando um aumento de 21% na eficiência do coletor em relação ao coletor convencional. Esses estudos demonstraram que as perdas de calor por convecção são significativamente reduzidas pelo uso de TIM devido à partição do espaço entre o absorvedor e a tampa, restringindo o transporte de calor por convecção e, assim, um maior desempenho do FPC foi alcançado. Os resultados dos testes foram encorajadores e obteve-se um desempenho comparável ao dos coletores de tubo a vácuo.