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O uso de painéis solares para aquecer a água pode reduzir significativamente seus custos de energia, mas se você vive em um clima frio, precisa projetar seu sistema para evitar o congelamento. As matrizes de aquecimento solar para clima frio geralmente empregam um trocador de calor selado dentro do tanque de água e circulam glicol ou água. Se o sistema circula água, geralmente possui um mecanismo que drena a água para fora do painel sempre que não há sol.
Design para clima frio
No design mais simples do aquecedor solar, a água potável circula entre os painéis e o tanque de armazenamento, e os usuários usam essa água puxando-a para fora do tanque. Nesse projeto de circuito aberto, no entanto, a água no painel está sujeita a congelamento; portanto, os sistemas em climas frios geralmente empregam um circuito fechado. Em uma versão, o glicol circula pelos painéis e por um trocador de calor - geralmente uma bobina de cobre - dentro do tanque de armazenamento de água. Outra versão usa água que sai automaticamente do sistema para um tanque interno quando não há sol. Nos dois casos, o fluido circulante nunca está em contato direto com a água armazenada.
Um sistema de circuito fechado de glicol
As extremidades do "circuito" em um sistema de circuito fechado de glicol são os tubos ou bobinas dentro dos painéis solares e as bobinas dentro do tanque de armazenamento. Uma bomba mantém o fluido circulando entre eles e deve ser programada para desligar sempre que a temperatura dos painéis descer abaixo da da água no tanque. O sistema também requer um tanque de expansão para regular a pressão. O glicol produz um bom fluido circulante, porque não é tóxico e não congela em clima frio, mas mantê-lo circulando eficientemente geralmente requer um número de válvulas e controles sensíveis.
Sistemas de drenagem
Alguns sistemas de circuito fechado usam água como fluido circulante em vez de glicol. Para evitar o congelamento dentro das bobinas ou tubos do painel, a água escorre para um reservatório sempre que o sol se põe ou a temperatura cai abaixo de um ponto predefinido. Esse tipo de sistema é mais eficiente do que um sistema de circuito fechado de glicol, porque a água transfere calor melhor do que o glicol, mas porque precisa de um tanque de armazenamento extra para a água em circulação, é mais caro instalar. Ele também precisa de controles e sensores precisos, pois a drenagem da água no momento adequado é crucial para evitar o congelamento.
Considerações
Um sistema de circuito fechado não precisa circular apenas glicol ou água. Outras possibilidades incluem ar, óleos de hidrocarbonetos, refrigerantes e silicones. Ninguém irá congelar no tempo frio, mas todos têm desvantagens quando comparados ao glicol ou à água. Os painéis de tubo, que são menos sensíveis à temperatura ambiente do que os painéis com bobinas, são a melhor opção para um sistema de aquecimento solar em clima frio. Os absorvedores de cobre pelos quais o fluido de aquecimento passa são encerrados em tubos de vidro dos quais o ar foi evacuado. A construção minimiza a perda de calor dos absorvedores, o que é especialmente importante em climas frios.