Funcionamento do Colector Solar

1) Colector solar
2) Acumulador
3) Caldeira de aquecimento
4) Estação solar
5) Circuito de água quente

Construção do Colector Solar

Análise dos inquéritos

No âmbito da disciplina de área de projecto e correlacionado com o tema do nosso trabalho, realizamos uns inquéritos a uma pequena amostra da população de estudantes da nossa escola, com o intuito de analisar os conhecimentos dos alunos.
Foram inqueridos 40 (quarenta) alunos entre as idades de 14 (catorze) a 18 (dezoito) anos, a quem lhes foram realizadas 12 (doze) perguntas, 11 (onze) destas perguntas com resposta de escolha múltipla, e uma delas de resposta aberta.
Após realizados todos os inquéritos, procedemos ao estudo dos resultados obtidos, apresentando o balanço destes sob a forma de gráficos.

Qual a melhor maneira de aproveitar ao máximo a incidência solar na região?

Como já mencionamos anteriormente, a melhor maneira de colocar o colector será na posição de Inverno.

Deduzimos que existem então duas posições para colocar o colector, a de Verão e a de Inverno. Entre estas duas posições, a sua maior diferença é a inclinação em relação ao sol. Aconselhando-se uma e outra de acordo com a finalidade do colector e da incidência da radiação solar na região.

Visto que a Escola apenas se encontra em funcionamento nos períodos lectivos, correspondentes de Setembro a Junho, podemos notar que a este período abrange toda a época de Inverno, Outono e Primavera, e que de Verão não é necessária a sua utilização.

Como de Verão, a radiação é muita, e o colector na posição de Inverno consegue captar a energia necessária para aquecer a água, é esta a posição indicada, pois consegue aproveitar ao máximo a radiação durante as épocas mais “pobres” no que toca a captação de energia solar, e aproveitar a suficiente durante o Verão.

Esta posição de Inverno que corresponde a colocar o colector numa latitude de +15º em relação á superfície.

Energia necessária para o funcionamento do colector?

Um colector funciona de forma autónoma, armazenando toda a energia que incide neste, e sendo recolhida e aproveitada para o aquecimento de água.

Visto que este não possui qualquer ligação com fontes externas de energia, a única energia necessária para o funcionamento do colector é a Energia Solar.

O que são azimutes? E qual a sua influência?

Uma azimute solar é a direcção que os raios solares tomam. Esta é definida em graus, variando de 0º a 360º.

Quando relacionamos a altura solar (altura do sol), com a azimute solar (sitio) e a inclinação superficial, deparamo-nos com o azimute superficial.

Qual a intensidade da radiação solar?

A radiação solar tem uma intensidade de 1000w/m², esta intensidade que é considerado um valor generalizado, uma vez que este varia de acordo com a variação de latitude e com as condições do clima.

Quais as horas onde a incidência da luz solar se faz sentir com mais intensidade?

A incidência solar faz-se sentir com maior intensidade entre as 10horas e as 16horas. Este horário que corresponde à posição da Terra relativamente ao Sol, e que varia de lugar para lugar, de acordo com a sua posição Terra-Sol.

Quais as horas onde a incidência da luz solar se faz sentir com mais intensidade?

A incidência solar faz-se sentir com maior intensidade entre as 10horas e as 16horas. Este horário que corresponde à posição da Terra relativamente ao Sol, e que varia de lugar para lugar, de acordo com a sua posição Terra-Sol.

Qual o local na nossa escola que esta mais tempo exposto ao sol?

O local da nossa escola que está mais exposto ao sol são as partes exteriores da escola, como o nosso propósito é construir um colector no refeitório da nossa escola, o local mais aconselhado á sua construção, de acordo com a sua localização é o terraço do próprio refeitório, uma vez que se encontra constantemente exposto ao sol, sem interferência de sombras ou outros.

Qual a melhor forma de captar a energia solar de acordo com a nossa localização geográfica (relativamente á nossa localização geográfica)?

Uma vez que Portugal é o pais da Europa com maior horas de exposição ao sol, e como no Alentejo os Verões são muito quentes, para que o colector solar tenha um maior rendimento é colocando-o na posição de Verão, de maneira a que absorva toda a radiação incidente, no entanto, é necessário ter em conta que a radiação solar não é totalmente absorvida durante o Verão, e que devido à finalidade da sua construção, e da sua aplicação, é necessário um maior rendimento durante o Inverno, do que durante o Verão.

Colocamos o colector na posição de Inverno, uma vez que durante o Verão não é necessária tanta água quente, que o colector irá fornecer. E como a escola funciona a tempo inteiro durante todo o Inverno, leva a que durante esta época o colector necessite de um maior aproveitamento da energia solar.

Que influência tem a localização geográfica para a captação da energia solar (relativamente ao local da superfície terrestre)?

De entre os principais factores que são necessários ter em conta para que o colector tenha uma captação da energia solar mais eficaz, a localização geográfica do local onde se pretende colocar o colector solar é das mais importantes.

Para cada localização geográfica há uma altura solar diferente, isto porque a posição em que a Terra se encontra na sua translação (estações do ano), afecta a exposição ao sol. Por exemplo, devido ao ângulo que a Terra faz com o seu eixo de rotação (23,5º), no solstício de 22 de Dezembro, o Hemisfério Sul (metade do planeta que está abaixo da linha imaginária do Equador) tem uma maior exposição ao Sol que o Hemisfério Norte, por isso se quando é Verão em Portugal é Inverno no Brasil.

Qual a nossa localização geográfica?

Para saber a nossa localização geográfica, tentamos servir-nos do GPS da escola, no entanto, devido a problemas técnicos a que não nos coube a responsabilidade, não conseguimos ter acesso ao dito GPS, pelo que tivemos de utilizar o programa Google Earth para saber as nossas coordenadas, que são as seguintes:

37º56’22.43’’N

7º35’59.02’’W

Como se calcula a altura solar?

Por definição, a altura de um astro num determinado ponto da superfície terrestre é a amplitude do ângulo entre um plano horizontal e a linha imaginária que une o astro ao ponto onde está a ser feita a observação. A aplicação do método de Eratóstenes implica que em todos os locais que estão a colaborar na actividade seja determinada a altura do Sol ao meio-dia solar.

O processo de determinar a altura do Sol pode fazer-se através de dois processos:

1º Medição directa (aconselhada aos participantes mais novos, ou para todos aqueles sem conhecimentos básicos de matemática) Este procedimento implica a colaboração entre pelo menos duas pessoas e a utilização de um fio resistente e de um transferidor. Uma das pessoas mantém o fio bem esticado de modo a passar pelo ponto C (posição da extremidade da sombra ao meio-dia solar) e o ponto D (corresponde à extremidade superior da estaca utilizada mas do lado Norte; é importante perceber que o ponto D não é o centro da estaca, pois não foi esse o ponto responsável pela projecção da extremidade da sombra utilizada nos cálculos do passo anterior. O outro participante coloca o transferidor na posição indicada na, garantindo que o ponto central do transferidor coincide perfeitamente com o ponto C (cuidado pois alguns transferidores não permitem a justaposição directa dos dois pontos). Deverá então ser lido com rigor o valor do ângulo g directamente no transferidor.

2º Utilização de relações trigonométricas (aconselhada aos participantes com alguma maturidade matemática) Recorrendo a uma régua ou uma fita métrica precisa, determine com rigor a altura da estaca e o comprimento da sombra ao meio-dia solar. À semelhança do que acontecia no método anterior, o comprimento da sombra não deve ser medido a partir do centro da estacam mas sim da face voltada a norte. O Cálculo do ângulo g faz-se utilizando directamente a fórmula do seno e uma máquina de calcular: sen g = DE / EC É aconselhável que em cada local sejam implementados ambos os métodos e que seja dinamizada uma análise crítica dos resultados e das discrepâncias que inevitavelmente virão a ser encontradas.

O que é a altura solar?

A altura do sol determina o lugar do Sol na sua trajectória aparente ao redor da Terra. Está descrito em forma de coordenadas polares pelo ângulo entre o Sol e o horizonte h (0° - 90°) e o azimute az (0° - 360°).

h corresponde ao ângulo de incidência dos raios do Sol, sua intensidade e consequentemente a temperatura. Quanto mais inclinado o ângulo, o menor a área onde uma certa quantidade de raios se concentram e o maior a intensidade da radiação e a temperatura.

Este ângulo diminui do Equador até os pólos e do solstício de Verão ao de inverno. A temperatura cai. Durante um dia solar, a altura solar chega ao valor máximo a meio dia ((hora do nascimento do Sol - hora do por do Sol)/2).

Para qualquer posição na Terra, a altura solar pode ser visualizado num diagrama polar.

Quando se determina a altura do sol o que se está a fazer é analisar o movimento aparente do Sol á volta da Terra. Para definirmos esta altura precisamos de ter as coordenadas que o Sol faz com o horizonte h (0° - 90°) e com o azimute az (0° - 360°).

Quais as propriedades da energia solar que podem ser prejudiciais para a construção do colector?

A energia solar não incide com a mesma intensidade em todas as zonas da Terra, pelo que a nossa região pode ser local de uma maior ou de uma menor intensidade.

Na construção de um colector temos de ter em conta a intensidade solar da região ao longo do ano, pois esta varia de intensidade entre o Verão e o Inverno, sendo mais forte no Verão. No entanto, de acordo com a nossa região, sabemos que se faz sentir uma grande intensidade solar durante o Verão, podendo afirmar que existe em excesso, não se conseguindo aproveitar/captar toda a radiação que incide, em contrapartida, convém que durante o Inverno, altura onde a radiação solar se faz sentir com menor intensidade, e também, época onde esta energia é mais necessária e utilizada, os colectores consigam captar a 100% toda a radiação que incide.

Estas são as propriedades mais importantes para a construção do colector, uma vez que vão influenciar o local para a sua construção, a posição em que é colocado, como tudo o resto.

Como se procede a captação da energia solar

Energia solar é o nome dado a toda a energia captada proveniente do sol. Esta energia que pode ser reaproveitada para outros fins, como aquecimento de água, energia eléctrica, energia mecânica, entre outras.

No movimento de translação que a Terra realiza em torno do sol, recebe cerca de 1410W/m2 de energia. Do total desta energia, cerca de 19% é absorvida pela atmosfera, e 35% é reflectida pelas nuvens. A energia que consegue passar pelas nuvens encontra-se sob a forma de energia visível e de luz ultravioleta.

Esta energia pode ser aproveitada para vários fins, entre estes encontram-se a energia eléctrica, a energia térmica, entre outras.

A captação da energia solar, que posteriormente vai ser transformada em outros tipos de energia, faz-se geralmente, através do uso de células fotovoltaicas, encontradas nos painéis solares.

Estes instrumentos não necessitam da manutenção humana, funcionando directamente com a incidência da luz solar ou mesmo indirectamente como e o caso dos dias nublados e à noite, fazendo com que só o seu rendimento varie, em vez de extinguir a captação de energia.

O que são os solstícios e os equinócios?

Os equinócios e os solstícios encontram-se relacionados com a posição da Terra relativamente ao Sol.

Para distinguir os equinócios e os solstícios, estes foram associados a quatro estações do ano, Primavera, Verão, Outono e Inverno, esta mudança de estações deve-se á rotação da Terra no seu eixo de rotação com uma inclinação de 23,5º em relação á perpendicular da orbita da Terra, (eclíptica), em volta do Sol. Este eixo de rotação fica sempre “apontado” na mesma direcção ao longo de todo o ano. É devido á inclinação do eixo de rotação que se dá a alteração da incidência solar entre o hemisfério norte e o hemisfério sul, menos quando ocorrem os equinócios.

Á medida que a Terra vai girando em volta do Sol, a inclinação que liga o Sol a determinado ponto da Terra vai variando, fazendo com que a luz solar incida segundo vários ângulos na superfície terrestre, ao longo de todo o ano.

Os equinócios referem-se á época em que a Terra se encontra mais próximo Sol, correspondendo á Primavera e ao Outono. A Primavera no hemisfério norte inicia-se a 21 de Março, em oposição, na mesma data, inicia-se Outono no hemisfério sul. Já o Outono no hemisfério norte começa somente no dia 23 de Setembro de cada ano, correspondendo ao inicio da Primavera no hemisfério oposto. Durante os equinócios a luz solar incide com igual intensidade em ambos os hemisférios.

Os solstícios correspondem ao momento em que os hemisférios atingem a maior inclinação possível relativamente à posição do Sol. No entanto, ao observarmos da Terra, podemos constatar que enquanto num hemisfério o Sol atinge a altura máxima, no outro atinge a altura mínima. Tal como acontece com os equinócios de as estações opostas começarem no mesmo momento em ambos os hemisférios, o mesmo ocorre com os solstícios, a 21 de Junho inicia-se o solstício de Verão no hemisfério norte, enquanto que no hemisfério sul inicia-se o solstício de Inverno. Por sua vez, a 22 de Dezembro começa-se o solstício de Inverno no hemisfério norte, e no hemisfério oposto começa o solstício de Verão.

Energias que influenciam o funcionamento do colector

As energias renováveis que temos disponíveis são:

Energia solar- consiste no aproveitamento dos raios solares, provenientes do sol. Estes raios são captados através de sensores instalados num painel.

Energia Hidráulica- utiliza-se a energia cinética da água para fazer rodar umas turbinas que ao rodarem produzem energia.

Energia da biomassa- transformação de produtos de origem animal e vegetal para a produção de energia calorífica e eléctrica.

Energia Eólica- energia gerada a partir das correntes aéreas, que fazem girar hélices que produzem electricidade.

Energia Geotérmica- consiste no aproveitamento de águas quentes e vapores para a produção de electricidade e calor.

Energia Maremotriz- é a energia que se obtém a partir do movimento das ondas, a das marés ou da diferença de temperatura entre os níveis da água do mar.

Energia do Hidrogénio- é a energia que se obtém da combinação do hidrogénio com o oxigénio produzindo vapor de água e libertando energia que é convertida em electricidade.

Tipos de captação de energia solar:

Directa - há apenas uma transformação para fazer da energia solar um tipo de energia utilizável pelo homem.
Indirecta - precisará haver mais de uma transformação para que surja energia utilizável.

Vantagens
-A energia solar não polui durante o seu uso. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares é totalmente controlável utilizando as formas de controlos existentes actualmente;
-As centrais necessitam de manutenção mínima;
-Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que seu custo vem decaindo. Isso torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável;
-A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão.

Desvantagens
-Um painel solar consome uma quantidade enorme de energia para ser fabricado. A energia para a construção de um painel solar pode ser maior do que a energia gerada por ele;
-Os preços são muito elevados em relação aos outros meios de energia;
-Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação atmosférica (chuvas, neve), além de que durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de transmissão de energia;
-Locais em latitudes médias e altas, sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens, tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade;
-As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes.

Qual a energia que influencia o funcionamento do colector solar?

Para o funcionamento de um colector solar, a energia que utilizada, tal como o próprio nome indica, é a solar, proveniente do sol, os raios solares atingem o painel do colector, isto vai provocar o aquecimento dos tubos onde a água esta a circula, e através de um processo de condução térmica vai provocar o aquecimento da água.

Energia solar é a designação dada a qualquer tipo de captação de energia luminosa (e, em certo sentido, da energia térmica) proveniente do Sol, é utilizada pelo homem, seja directamente para aquecimento de água ou ainda indirectamente, como energia eléctrica ou mecânica.

Ao passar pela atmosfera terrestre, a maior parte da energia solar está na forma de luz visível e luz ultravioleta.

O que é a Energia Renovavel?

As energias renováveis são fontes inesgotáveis de energia obtidas da Natureza que nos rodeia como é o caso da Energia Solar, Energia Eólica, Energia Hídrica, e Energia Geotérmica.

Entende-se por energia renovável todas as energias que se renovam de modo rápido, isto é, que a produção dessa mesma energia consegue igualar o seu consumo, não existindo risco de esgotamento.

As energias renováveis começam a sofrer uma maior exploração neste século, até agora as energias não- renováveis tem sido as usadas nas nossas actividades diárias. Apesar de ser uma energia com um maior rendimento energético, é também a mais poluente e a que demora mais tempo a renovar-se na natureza, daí o nome que lhe é atribuído: energias não- renováveis.

Devido a abrupta diminuição dos recursos não- renováveis, os países começaram a implementar as energias renováveis no seio dos seus países. A energia mais rentável depende das condições dos países, nomeadamente, no que diz respeito as aos recursos naturais.