Panourile solare termice nu trebuie confundate cu panourile fotovoltaice. Desi ambele tipuri de panouri produc energie pe baza energiei solare directe, fiecare o transforma in alta forma de energie, termica pentru prima si electrica pentru a doua. Randamentul acestor panouri este destul de ridicat, in jurul valorilor 60-70%, aceste panouri fiind concepute astfel incat sa capteze radiatia in intreagul sau spectru.
Ideea utilizarii energiei solare si transformarea in putere calorica nu este noua; in antichitate Arhimede s-a folosit de radiatia solara pentru a incendia flota romana, prin concentrarea radiatiei cu ajutorul unor oglinzi.
In secolul al XVIII-lea, cercetatorul Horace Benedict de Saussure a construit celula solara hibrid. Prototipul presupunea o cutie de lemn, vopsita pe interior in negru si acoperita cu o foaie de sticla. Astfel, a obtinut o temperatura de 87 grade C.
In secolul a XIX-lea ideea a fost preluata si dezvoltata, astfel incat in anul 1878 la expozitia mondiala de la Paris a fost expusa si prezentata o masina de abur care era alimentata prin convertirea energiei solare in energie termica.
Astazi, tehnica a avansat, astfel ca sistemul de celule solare termice prezinta o gama variata de modele, cu diverse imbunatatiri, parametri de functionare, in functie de destinatie, sau consumator.
Principiul de functionare a panourilor solare este destul de simplu: receptorul are rolul de a prelua intreaga cantitate de radiatie solara si sa o transforme in energie termica. Energia calorica, caldura, este preluata de un agent termic (apa sau antigel). Energia termica este transmisa colectorului prin acest agent termic, fie pentru stocare, fie pentru a o folosi in mod curent (apa calda).
Intre materialul absorbant si mediu exista un intens schimb termic, adica materialul, avand temperatura mai mare decat mediul, va ceda o parte din caldura. Pentru a preveni acest fenomen, colectorul este izolat cu ajutorul unor materiale termoizolante.
Materialul izolator poate fi fie materiale izolante obisnuite, fie izolarea sa se bazeze pe o tehnica complexa si costisitoare, respectiv, vidare sau alte tehnici simple.
Din punct de vedere constructiv, un panou solar este alcatuit din:
– Carcasa metalica
– Colectorul: este reprezentat de o sticla speciala, care are drept scop absortia unei cantitati cat mai mari din radiatia solara. De asemenea, sticla este special tratata pentru a nu permite radiatiei solare captate sa se piarda prin reemisie. Energia calorica reemisa din interiorul carcasei nu se pierde deoarece sticla este opaca radiatiei cu lungime de unda mare. Literatura de specialitate prezinta acest fenomen sub denumirea de efect de sera.
– Elementul absorbant prezinta o selectivitate ridicata la radiatia cu lungime mare, specifica domeniului IR apropiat. Astfel se previn pierderile masive de energie termica. Acesta cedeaza caldura agentului termic care curge prin tevi sau sistemului vidat.
– Materialul izolant
Panoul solar termic in functie de principiul constructiv este mai multe tipuri:
– Panoul solar plan;
– Panoul solar cu tuburi vidate;
– Panoul solar termodinamic.
Panourile solare plane
Sunt alcatuite dintr-o retea capilara de tevi fabricate dintr-un material termoconductor (in general cupru). Prin aceste tuburi circula agentul termic, respectiv, apa, care preia energia solara captata de suprafata plana. Tot acest asamblu este asezat intr-o cutie metalica, bine izolata din punct de vedere termic, avand in partea superioara sticla cu selectivitate ridicata.
Suprafata activa are rolul de a capta la maxim energia solara care ajunge pe suprafata de sticla (directa, difuza, absortie) si are rolul de a diminua pierderile prin reflexie sau datorita reemisiei. Motivul: sticla este tratata astfel incat nu permite radiatiilor cu lungime de unda sa treaca de suprafata activa. Mecanismul de functionare determina formarea asa numitului „efect de sera”.
Avand in vedere suprafata perfect plana a colectorului termic, eficienta este mult mai redusa decat in cazul panoului solar cu tuburi vidate, din cauza ca suprafata receptoare este perfect plana.
In prezent, modul constructiv al panoului solar plan a fost imbunatatit prin introducerea de gaz inert, insa in comparatie cu cele cu tuburi vidate, au o eficienta calorica mult mai redusa. Din punct de vedere financiar, acest tip de panou este mult mai ieftin in comparatie cu cele cu tuburi vidate.
Panourile solare cu tuburi vidate
Spre deosebire de panourile solare plane, cele cu tuburi vidate , suprafata activa este formata dintr-o retea de tuburi. Fiecare tub este de fapt format din doua tuburi concentrice. Tuburile sunt confectionate din sticla borosilicata, inchise la un capat si conectate intre ele la celalt capat. In spatele acestor tuburi se afla pozitionate reflectoarele pentru concentrarea radiatiei solare.
Tuburile interioare au suprafata acoperita cu un strat de oxizi metalici, astfel incat sticla are propietati selective foarte bune. Absortia radiatiei solare este de peste 96% din radiatia totala ajunsa pe suprafata activa, si o valoare foarte mica a emisivitatii, sub 4%. Spatiul dintre cele doua tuburi se videaza. Vaccumul rezultat actioneaza ca un foarte bun mediu termoizolant, astfel incat mentine caldura in interiorul celui de al doilea tub, in timp ce temperatura peretelui exterior al tubului ramane rece, chiar daca temperatura in interior ajunge la aproximativ 160 grade C.
Panoul solar termodinamic
Acest tip de panou foloseste ca sistem de racire un gaz, principiul de functionare fiind asemanator functionarii frigiderelor Acest lichid circula in sistem la o temperatura medie de -5 grade C si la iesire are o temperatura medie de -15 grade C, apoi se incalzeste si se evapora. Lichidul astfel rezultat se evapora si prin sistemul de tevi este directionat catre compresor. Aici aerul este compresat. Prin compresie isi schimba volumul, creste densitatea, dar si temperatura gazului. Temperatura medie a gazului ajunge la 100-130 grade C. Astfel, putem obtine energie calorica pe tot parcursul celor 24 de ore ale zilei, indiferent daca afara este soare sau nu.
Din punct de vedere economic, al randametului termic, etc, panourile cu tuburi vidate sunt mult mai eficiente decat panourile solare plane. In continuare va vom prezenta cateva motive pentru sustinerea acestei idei: Panourile cu tuburi vidate sunt mult mai eficiente decat cele plane din cauza formei suprafetei active de captare.
Datorita faptului ca tubul are forma cilindrica, aceste panouri pot capta energie solara, cu un randament ridicat, pe tot parcursul zilei. Spre deoasebire de acestea, cele cu suprafata plana pot recepta cantitatea maxima doar la miezul zilei, moment cand radiatia cade perpendicular pe suprafata activa. Astfel, eficienta panourilor solare cu tuburi vidate este 40% mai mare decat cele plane.
Vaccumul dintre tuburi reduce pierderile de caldura datorate conductei si convectiei. Astfel, parametrii meteorologici precum temperatura medie sau extrema si vantul au o influenta nesemnificativa asupra panourilor.
Panourile vidate nu necesita pe parcursul sezonului rece existenta unui sistem anti-inghet.
In caz de deteriorare mecanica a tuburilor, acestea se pot inlocui usor si rapid, spre deosebire de cele plane, care in caz de spargere a suprafetei receptoare necesita a se inlocui intreg panoul solar.
Panourile solare termice se pot folosi pentru incalzirea locuintelor, apa menajera calda, incalzirea apei din piscina, etc. Insa panourile solare nu pot furniza energie termica pentru a acoperi in proportie de 100% nevoile unei gospodarii. Astfel, este bine ca aceasta sursa sa fie dublata de o alta sursa de energie.
