Refrigeração solar é um sistema que converte o calor do sol em refrigeração que pode ser utilizado para refrigeração e ar condicionado. Um sistema de arrefecimento solar recolhe a energia solar e utiliza-a num processo de arrefecimento de accionamento térmico que por sua vez é utilizado para diminuir e controlar a temperatura para fins como a geração de água refrigerada ou ar condicionado para um edifício.
Existem muitas técnicas diferentes de ciclo de arrefecimento que utilizam vários princípios diferentes para funcionar. Três das técnicas mais populares incluem:
- ciclos de absorção
- ciclos de secagem
- ciclos mecânicos solares
Como funciona o arrefecimento solar
Independentemente da técnica utilizada, um sistema de arrefecimento solar inclui tipicamente três componentes principais:
- Um colector solar, tal como um painel solar, que é usado para converter a radiação solar em calor ou trabalho mecânico.
- Uma instalação de refrigeração ou de ar condicionado que é utilizada para produzir o arrefecimento.
- Um dissipador de calor que recolhe qualquer calor rejeitado e o irradia para longe do sistema.
Enquanto as técnicas utilizadas para alcançar o arrefecimento solar variam, o objectivo final permanece o mesmo: utilizar uma fonte de calor externa, como um painel solar, para recolher a temperatura ambiente e depois utilizar esse calor com um refrigerante para criar pressão dentro de um circuito fechado de refrigerante, permitindo assim que o sistema de arrefecimento solar funcione.
Um refrigerante é uma substância ou mistura que absorve calor do ambiente e pode criar refrigeração ou ar condicionado se for combinado com os outros componentes necessários, como compressores e evaporadores. Na maioria dos ciclos de resfriamento, o refrigerante passará da fase líquida para a fase gasosa e depois voltará novamente para atingir sua finalidade de resfriamento.
Em ciclos de absorção, o processo de resfriamento depende do resfriamento evaporativo de um refrigerante. Como a vaporização requer entrada de energia, o processo retira calor do sistema, deixando o fluido refrigerante remanescente mais frio do que antes. Os ciclos de absorção completam a pressurização dissolvendo um refrigerante em um absorvente, ou algo que absorve o líquido facilmente, ao invés de usar um compressor mecânico.
Ciclos de resfriamento por absorção possuem quatro componentes principais específicos: um absorvente, um gerador, um condensador e um evaporador. O evaporador é, essencialmente, a planta de refrigeração ou de ar condicionado utilizada em todos os sistemas de refrigeração, pois é onde ocorre o resfriamento.
Em um ciclo de absorção, o processo de refrigeração progride da seguinte forma:
- O absorvedor retém uma mistura absorvente-refrigerante que é entregue ao gerador através de uma bomba de líquido.
- O gerador pega a mistura absorvente-refrigerante e a aquece utilizando a energia solar externa que foi coletada através de uma fonte como um painel solar. A solução começa a ferver em reacção ao calor, transformando a água em vapor que flui para o condensador.
- O condensador liquefaz o vapor de água, rejeitando o calor no processo que é recolhido pelo dissipador de calor. O novo condensado líquido é então direcionado para o evaporador através de uma válvula de expansão.
- >Finalmente, a evaporação do refrigerante a baixa pressão faz com que o evaporador absorva o calor do espaço resfriado, criando o efeito de resfriamento.
No final, o refrigerante vaporizado retorna ao absorvedor e o ciclo se repete. A energia solar é responsável pela condução deste ciclo.
Sistemas de refrigeração dessecante dependem do ciclo de processos de desumidificação-humidificação. Utiliza substâncias e materiais que facilmente atraem água do seu ambiente para a desumidificação. Estes materiais são conhecidos como dessecantes. Os dessecantes são regenerados no ciclo pela aplicação de energia solar.
Os sistemas de refrigeração dessecantes podem operar tanto com dessecantes líquidos como sólidos. O processo de resfriamento do dessecante progride da seguinte forma:
- Os dessecantes absorvem o vapor de água e removem a umidade do ar de processo na unidade de desumidificação, ou absorvedor. Uma transferência resulta da diferença de pressão do vapor, libertando assim calor devido à condensação da água e criando uma troca de calor.
- O ar é então introduzido no espaço ou num refrigerador evaporativo para arrefecimento posterior enquanto o dessecante diluído é enviado para o regenerador. No entanto, antes do dessecante diluído poder entrar no regenerador, este deve passar por um permutador de calor líquido-líquido e uma serpentina de aquecimento de modo a aumentar a sua temperatura.
- Onça no regenerador, o dessecante aquecido e diluído é exposto ao ar regenerativo, causando a transferência de humidade da solução diluída para o ar. Esta transferência é devida à diferença criada na pressão do vapor.
- >li>Nextra, o dessecante resultante, mais concentrado, passa mais uma vez pelo permutador de calor líquido-líquido assim como por uma serpentina de arrefecimento e depois volta para a unidade de desumidificação, permitindo que o ciclo se repita.
A terceira técnica, os ciclos mecânicos solares, funciona de forma muito diferente dos ciclos de absorção e dessecante. Em vez de criar um sistema totalmente novo, os ciclos mecânicos solares tentam combinar a mecânica solar com os sistemas de arrefecimento convencionais. Neste ciclo, a energia solar é utilizada para alimentar o motor real que produz a energia utilizada para operar todo o sistema de arrefecimento, em vez de alimentar o refrigerador de absorção, como faz nos ciclos de absorção e dessecante.
Aplicações do arrefecimento solar
O arrefecimento solar destina-se principalmente a dois propósitos principais: refrigeração do armazenamento de alimentos e refrigeração do espaço, ou ar condicionado. O arrefecimento solar pode ser visto em veículos como RVs e campistas que utilizam o sistema para refrigeração. Os sistemas de refrigeração por absorção de vapor, que são utilizados em indústrias onde são necessárias temperaturas de processo extremamente baixas, bem como grandes capacidades térmicas, também mostram o uso de refrigeração solar.
Talvez a aplicação mais benéfica da refrigeração solar seja a sua capacidade de fornecer sistemas de refrigeração a países que de outra forma não seriam capazes de lidar com o custo total de electricidade e energia e com a carga necessária para os sistemas de refrigeração convencionais. A refrigeração solar reduz muito a quantidade de energia necessária para refrigerar necessidades como vacinas e produtos agrícolas, o que, por sua vez, cria economia de custos e beneficia o meio ambiente ao utilizar energias renováveis e reduzir o uso de materiais que empobrecem a camada de ozônio.
Desafios da refrigeração solar
Embora a refrigeração solar tenha sido aplicada em vários ambientes industriais, os sistemas de refrigeração doméstica muitas vezes não são econômicos. O alto custo esperado dos sistemas domésticos e a baixa eficiência têm sido um grande obstáculo na sua aplicação doméstica mais ampla.
Outras vezes, enquanto os custos operacionais a longo prazo do sistema são menores do que os acumulados pelos sistemas de arrefecimento convencionais, o custo do investimento inicial é muito maior devido ao fornecimento menor e aos preços caros dos componentes do sistema como o colector solar e os tanques de armazenamento.