Como funcionam os painéis solares para aquecimento de água?

Tomar banho, lavar a loiça ou simplesmente abrir uma torneira de água quente são gestos tão banais que raramente pensamos na energia necessária para aquecer essa água. E se uma parte significativa pudesse vir diretamente do sol? ☀️🚿

É precisamente isso que fazem os painéis solares para aquecimento de água, também conhecidos como painéis solares térmicos.

Ao contrário dos painéis fotovoltaicos, que produzem eletricidade, os sistemas solares térmicos aproveitam a radiação solar para produzir calor, utilizado principalmente na preparação de águas quentes sanitárias (AQS).

Segundo a Direção-Geral de Energia e Geologia (DGEG), os coletores solares térmicos podem, em condições adequadas, fornecer aproximadamente 60% a 80% das necessidades de água quente de uma instalação. O valor real depende naturalmente da localização, dimensão, exposição solar e consumo de cada edifício.

Mas como é que o sol que bate no telhado acaba por aquecer a água do banho?

Vamos explicar passo a passo. 😉

O que são painéis solares para aquecimento de água?

Um painel solar para aquecimento de água é um coletor solar térmico, ou seja, um equipamento concebido para captar a radiação solar e transformá-la em energia térmica.

A DGEG identifica o solar térmico como uma tecnologia de energia renovável utilizada, entre outras aplicações, para produzir água quente sanitária, apoiar o aquecimento dos edifícios e aquecer piscinas.

É importante não confundir esta tecnologia com os painéis solares fotovoltaicos.

	Painel solar térmico	Painel solar fotovoltaico
O que produz?	Calor	Eletricidade
Principal utilização	Aquecer água	Alimentar equipamentos elétricos
Elemento principal	Coletor solar	Células fotovoltaicas
Armazenamento	Água quente num depósito	Bateria, quando existe
Pode aquecer água?	Diretamente através de calor	Indiretamente, alimentando um equipamento elétrico

Como funcionam os painéis solares para aquecimento de água?

Apesar de existirem diferentes tipos de sistemas, a lógica de funcionamento é relativamente simples.

Num sistema indireto típico, o percurso da energia pode ser resumido assim:

Sol → coletor solar → fluido térmico → permutador de calor → água do depósito → torneiras e chuveiros

Vamos acompanhar esta viagem. ☀️➡️🚿

1. O coletor capta a radiação solar

A radiação solar incide no coletor, onde existe uma superfície absorvente concebida para captar essa energia e transformá-la em calor.

Nos coletores planos, por exemplo, é comum existirem tubos associados a uma placa absorvente, protegidos por uma cobertura de vidro e por uma estrutura isolada.

O objetivo não é produzir eletricidade: é aquecer o fluido que circula no sistema.

2. O fluido aquece

À medida que atravessa o coletor, o fluido recebe o calor captado.

E aqui vale a pena corrigir uma ideia comum: não tem obrigatoriamente de circular um gás pelos tubos.

Dependendo do sistema, pode circular água ou um fluido de transferência térmica.

Nos sistemas indiretos de circuito fechado é utilizado um líquido que não congela facilmente – frequentemente uma solução apropriada à transferência de calor – que percorre os coletores, aquece e segue para o depósito.

Se já tem um equipamento deste género, pode também consultar o nosso artigo sobre quando e como mudar o glicol do painel solar.

3. O calor é transportado até ao depósito

O fluido aquecido precisa agora de transportar aquela energia até à água que utiliza em casa.

A forma como se desloca depende do sistema instalado.

Num sistema de termossifão, a circulação acontece naturalmente devido às diferenças de temperatura e densidade.

Num sistema de circulação forçada, existe uma bomba que faz o fluido circular entre os coletores e o acumulador. Os sistemas ativos utilizam precisamente bombas, válvulas e controladores para realizar essa circulação.

Mais à frente explicamos melhor a diferença.

4. O permutador transfere o calor para a água

Chegamos a outra parte importante: o permutador de calor.

Nos sistemas indiretos, costuma existir no acumulador um elemento de transferência de calor (por exemplo, uma serpentina) através do qual circula o fluido térmico.

O fluido quente passa por esse permutador e transfere calor para a água armazenada, sem precisar de se misturar com ela. Depois de perder parte do calor, regressa aos coletores e o processo recomeça.

Um verdadeiro circuito de ida, volta e… mais sol. ☀️

5. A água quente fica armazenada

A água aquecida é guardada num depósito termicamente isolado até ser necessária.

É precisamente este armazenamento que permite aquecer água durante as horas de sol e utilizá-la mais tarde.

Quando abre a torneira ou toma banho, utiliza a água quente disponível no depósito, que vai sendo reposta com água da rede.

E se não estiver sol suficiente?

Os painéis solares térmicos não significam que terá obrigatoriamente de depender exclusivamente do sol durante 365 dias por ano. A produção varia ao longo do dia e das estações.

Num dia de verão com elevada radiação solar, o sistema pode fornecer uma grande parte (ou mesmo toda, dependendo das condições) da energia necessária naquele momento para aquecer a água.

Num período de baixa radiação, pode ser necessário um sistema de apoio.

Os sistemas solares de preparação de água quente são, por isso, normalmente combinados com uma fonte auxiliar que assegura o conforto quando a energia solar disponível não chega.

Esse apoio pode assumir diferentes formas consoante a instalação, por exemplo:

• Resistência elétrica;
• Esquentador;
• Caldeira;
• Bomba de calor;
• Outro sistema compatível.

Assim, não precisa de olhar pela janela antes de decidir se pode tomar banho. 😅

Os painéis solares térmicos funcionam no inverno?

Sim, continuam a captar radiação solar no inverno, embora a energia disponível varie de acordo com as condições meteorológicas, a duração dos dias e a localização.

O painel não funciona porque “está calor lá fora”. Funciona porque recebe radiação solar. Por isso, um dia frio e soalheiro pode continuar a permitir produção térmica.

Naturalmente, durante períodos de menor radiação, o contributo solar tende a ser inferior, tornando mais importante o sistema auxiliar.

Algumas tecnologias conseguem ainda reduzir melhor as perdas térmicas. Nos coletores de tubos de vácuo, por exemplo, o espaço de vácuo em torno do tubo limita a transferência de calor para o exterior, o que permite um bom desempenho mesmo em condições menos favoráveis.

Que tipos de painéis solares térmicos existem?

Nem todos os coletores têm a mesma construção. Para utilização doméstica, dois dos tipos mais conhecidos são os coletores planos e os coletores de tubos de vácuo.

Coletores solares planos

É aquela imagem clássica que provavelmente lhe vem à cabeça quando pensa num sistema solar térmico. Os coletores planos incluem normalmente:

• Uma cobertura transparente;
• Uma placa absorvente;
• Tubos por onde circula o fluido;
• Isolamento;
• Estrutura exterior.

São amplamente utilizados para produção de AQS e outras aplicações térmicas.

Coletores de tubos de vácuo

Neste caso, em vez de uma grande superfície plana, encontramos vários tubos.

Os tubos de vácuo apresentam uma elevada eficiência térmica e conseguem funcionar bem mesmo em condições de céu nublado, embora possam apresentar um custo superior por área de coletor.

A escolha entre tecnologias depende do clima, espaço disponível, consumo, investimento e características da instalação.

Termossifão ou circulação forçada: qual é a diferença?

Além do coletor, também varia a forma como o calor é transportado.

Sistema de termossifão

O termossifão aproveita um princípio muito simples da física: quando o fluido aquece, torna-se menos denso e tende a subir. Isto permite criar circulação natural sem precisar de uma bomba.

Nestes sistemas, o depósito fica normalmente numa posição superior aos coletores, permitindo que o fluido quente suba e o mais frio regresse ao coletor.

Por isso, é comum vermos no telhado aquela combinação de painel + depósito horizontal por cima. As principais características são:

• Circulação natural;
• Ausência de bomba de circulação;
• Sistema relativamente simples;
• Coletor e depósito instalados próximos;
• Depósito normalmente colocado no exterior.

Sistema de circulação forçada

Aqui existe uma bomba de circulação.

Os coletores podem ficar no telhado enquanto o depósito é colocado num outro local, por exemplo no interior da habitação ou numa zona técnica.

Sensores e um controlador determinam quando existe uma diferença de temperatura que justifica colocar a bomba a funcionar e transportar o calor dos coletores para o acumulador.

As principais características são:

• Circulação através de bomba;
• Maior flexibilidade na localização do acumulador;
• Existência de sensores e controlo;
• Maior número de componentes do que num termossifão;
• Possibilidade de adaptar o sistema a instalações mais complexas.

Não faz sentido dizer que um destes sistemas é sempre “melhor” ou “mais eficiente” do que o outro.

A escolha depende das condições do edifício, consumo de água quente, espaço, clima e características técnicas da instalação.

Quanto pode um painel solar aquecer a água?

Não existe uma percentagem garantida para todas as habitações.

A DGEG indica como referência que os coletores solares normalmente suprem entre 60% e 80% das necessidades de água quente das instalações onde são utilizados.

Mas imagine duas casas:

• Na primeira vivem duas pessoas que utilizam relativamente pouca água quente;
• Na segunda vivem cinco pessoas, existem vários duches diários e grandes consumos de AQS.

Mesmo que tenham exatamente o mesmo sistema instalado, o peso da energia solar nas necessidades totais dificilmente será igual.

A cobertura solar depende de fatores como:

• Número de pessoas;
• Consumo diário de água quente;
• Área dos coletores;
• Capacidade do acumulador;
• Localização geográfica;
• Orientação e inclinação;
• Existência de sombras;
• Eficiência do equipamento;
• Perdas térmicas;
• Estação do ano.

É por isso que um sistema solar térmico deve ser dimensionado para o consumo real da habitação. Mais coletores não significam automaticamente uma melhor instalação.

Que capacidade deve ter o depósito?

Também não existe um tamanho universal.

O depósito precisa de conseguir armazenar uma quantidade de água quente adequada aos consumos da habitação e à energia captada pelos coletores.

• Um acumulador demasiado pequeno pode não aproveitar corretamente a produção disponível;
• Um sistema sobredimensionado também pode não ser a solução mais eficiente ou económica.

Por isso, a dimensão deve considerar conjuntamente: necessidades de água quente + área de captação solar + capacidade de armazenamento + condições do local.

A ADENE recomenda precisamente avaliar a eficiência do sistema existente e comparar as diferentes tecnologias disponíveis antes de optar por uma solução de preparação de água quente. 

Os painéis solares térmicos servem apenas para o banho?

Não. 💧

As águas quentes sanitárias incluem a água quente utilizada em diferentes tarefas domésticas, como duches e banhos, lavagem das mãos, lavatórios, cozinha e outras utilizações de água quente compatíveis com a instalação.

Mas o solar térmico pode ir mais longe.

A DGEG identifica como utilizações desta tecnologia a preparação de AQS, aquecimento ambiente e aquecimento de piscinas, além de aplicações nos setores dos serviços, indústria e agricultura.

Num sistema combinado, por exemplo, a energia solar pode funcionar como apoio ao aquecimento ambiente.

Contudo, cada aplicação exige um dimensionamento próprio. Um sistema pensado apenas para os duches de uma família não deve ser automaticamente considerado suficiente para aquecer também toda a casa.

Painel solar térmico ou fotovoltaico para aquecer água?

Esta é uma dúvida cada vez mais comum.

As duas tecnologias podem participar no aquecimento de água, mas fazem-no de forma muito diferente.

Solar térmico

Transforma diretamente a radiação solar em calor. Esse calor é transferido para a água através do circuito térmico.

Solar fotovoltaico

Transforma a radiação solar em eletricidade.

Essa eletricidade pode depois ser utilizada por um equipamento responsável pela preparação da água quente, como um termoacumulador ou uma bomba de calor, juntamente com os restantes consumos elétricos da casa.

Assim:

• Térmico: sol → calor → água quente
• Fotovoltaico: sol → eletricidade → equipamentos da casa

O solar térmico é, portanto, uma tecnologia especificamente orientada para produzir calor. O fotovoltaico é mais versátil, porque a eletricidade produzida pode alimentar diferentes equipamentos.

Quais são as vantagens dos painéis solares para aquecer água?

Um sistema corretamente dimensionado pode trazer várias vantagens.

Aproveita uma fonte renovável

A energia solar é renovável e o seu aproveitamento térmico pode reduzir a utilização de outras fontes de energia para produzir água quente.

A DGEG salienta que a utilização do solar térmico contribui para reduzir emissões de CO₂ associadas às necessidades de aquecimento.

Reduz a energia comprada para aquecer água

Quanto maior for o contributo solar, menor será a quantidade de energia que o sistema auxiliar precisa de fornecer. É daqui que vem a poupança.

Permite armazenar o calor

A água aquecida durante as horas de sol fica no depósito isolado e pode ser utilizada posteriormente.

Não precisa de tomar banho exatamente quando o sol está mais forte. 😉

Tem várias aplicações

Além de AQS, pode apoiar outros sistemas térmicos, como aquecimento de piscinas ou, quando devidamente dimensionado, aquecimento ambiente.

E quais são as limitações?

Também há aspetos que deve considerar.

A produção varia

A disponibilidade de energia solar não é constante ao longo do dia ou do ano. Por isso é habitual existir um sistema auxiliar.

Precisa de espaço

É necessário ter uma área adequada para instalar os coletores e encontrar espaço para o acumulador.

Exige um investimento inicial

Coletores, depósito, tubagens, estruturas, controlo e instalação representam um investimento que deve ser comparado com a poupança esperada.

Tem componentes que precisam de manutenção

Embora não seja uma tecnologia que exija atenção diária, é necessário acompanhar o estado do sistema ao longo dos anos.

Que manutenção devem ter os painéis solares de água quente?

A manutenção depende do tipo de sistema e das recomendações do fabricante. Numa revisão técnica podem ser avaliados elementos como:

• Estado dos coletores;
• Pressão do circuito;
• Fluido térmico;
• Bomba de circulação, quando existe;
• Vaso de expansão;
• Válvulas;
• Sensores e controlador;
• Isolamento das tubagens;
• Acumulador;
• Eventuais fugas.

Nos sistemas que utilizam uma mistura com glicol, o fluido também deve ser verificado e substituído quando as suas características já não são adequadas.

Evite mexer por conta própria em circuitos pressurizados, bombas ou componentes cuja manutenção exija conhecimento técnico.

Como saber se o painel solar térmico não está a funcionar corretamente?

Há alguns sinais aos quais vale a pena prestar atenção:

• A água deixou de aquecer como anteriormente;
• Precisa muito mais do sistema auxiliar mesmo em dias de boa radiação solar;
• Existem fugas;
• A pressão do circuito apresenta alterações;
• Surgem erros no controlador;
• A bomba não funciona;
• Existem ruídos anormais.

Isto não significa que o problema esteja necessariamente no coletor. Pode existir uma falha na bomba, controlador, sensores, circuito hidráulico, fluido térmico ou depósito.

Veja o que verificar quando o painel solar não aquece a água. 😉

E se quiser aproveitar o sol para produzir eletricidade?

Os painéis solares térmicos são especialistas numa tarefa: produzir calor.

Mas talvez queira utilizar o sol para reduzir também a eletricidade que compra para o frigorífico, máquinas, ar condicionado, carregamento do carro elétrico e restantes equipamentos.

Nesse caso, está à procura de painéis solares fotovoltaicos. ☀️⚡

As atuais soluções de painéis solares da Goldenergy utilizam painéis de 450 Wp, associados a inversores GoodWe e monitorização da produção através da aplicação SEMS+.

A eletricidade produzida pode ser utilizada pelos equipamentos da casa e, se existir produção superior ao consumo naquele momento, pode ainda ser armazenada numa bateria compatível ou vendida, consoante a configuração da instalação.

Solar térmico ou fotovoltaico? Têm missões diferentes, mas partilham o mesmo ponto de partida: aproveitar a energia que chega todos os dias do sol. ☀️💚

Perguntas frequentes sobre painéis solares para aquecimento de água