PT103708B

PT103708B - INTEGRATED SOLAR ENERGY COLLECTION AND STORAGE SYSTEM FOR WATER HEATING

Info

Publication number: PT103708B
Application number: PT103708A
Authority: PT
Inventors: Manuel Afonso Da Fonte; Joao Borlido Fonte
Original assignee: Inst Superior Tecnico
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2007-10-16
Also published as: PT103708A

Abstract

O PRESENTE INVENTO INSERE-SE NOS CAMPOS DAS ENGENHARIAS TERMODINÂMICAS, COM APLICAÇÃO NO APROVEITAMENTO DE ENERGIA SOLAR NOS TAPETES ASFÁLTICOS RODOVIÁRIOS COM VISTA AO AQUECIMENTO DE ÁGUA PÚBLICA OU PRIVADA. O SISTEMA É CONSTITUÍDO POR SERPENTINAS HIDRÁULICAS MODULARES, EM SÉRIE E/OU EM PARALELO, SOB O TAPETE RODOVIÁRIO DAS ESTRADAS, AUTO-ESTRADAS, ROTUNDAS, RUAS E PARQUES AO AR LIVRE, QUE RECEBAM ENERGIA SOLAR EM PISOS QUE SE ASSEMELHEM A UM CORPO NEGRO, COMO É O CASO DO ASFALTO OU MATERIAL SEMELHANTE.The present invention is included in the fields of thermodynamic engineering, with application in the solar energy utilization in road asphaltic carpet with a view to the heating of public or private water. THE SYSTEM IS CONSTITUTED BY MODULAR HYDRAULIC SERPENTINES IN SERIES AND / OR PARALLEL UNDER THE ROAD CARPET OF ROADS, HIGHWAYS, ROTUNDAS, STREETS AND PARKS OUTDOORS, RECEIVING SOLAR ENERGY ON FLOORS THAT FIT A BLACK BODY , AS IS THE CASE OF ASPHALT OR SIMILAR MATERIAL.

Description

Sistema integrado de captação de energia solar para aquecimento de água presente invento insere-se nos campos das engenharias termodinâmicas, com aplicação no aproveitamento de energia solar nos tapetes asfálticos rodoviários com vista ao aquecimento de água pública ou privada.Integrated solar energy capture system for water heating the present invention is inserted in the fields of thermodynamic engineering, with application in the use of solar energy in road asphalt mats with a view to heating public or private water.

sistema é constituído por um captador de energia solar formado por uma ou várias serpentinas hidráulicas modulares, em série e/ou em paralelo, inseridas no asfalto sob o tapete rodoviário das estradas, auto-estradas, rotundas, ruas e parques ao ar livre, que recebam energia solar em pisos que se assemelhem a um corpo negro , como é o caso do asfalto ou material semelhante.The system consists of a solar energy collector formed by one or more modular hydraulic coils, in series and / or in parallel, inserted in the asphalt under the road mat of roads, motorways, roundabouts, streets and outdoor parks, which receive solar energy on floors that resemble a black body, such as asphalt or similar material.

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Sistema integrado de captação e armazenamento de energia solar para aquecimento de águaIntegrated solar energy capture and storage system for water heating

Campo de invento presente invento insere-se nos campos das engenharias termodinâmicas e ambientais, sendo a sua principal utilização no aproveitamento das energias alternativas renováveis para edifícios públicos e privados, nomeadamente em hotéis, hospitais, piscinas, etc., utilizando os tapetes de asfalto negro, ou similares, das estradas, autoestradas, rotundas, ruas e parques abertos.Field of invention The present invention is inserted in the fields of thermodynamic and environmental engineering, its main use being the use of alternative renewable energies for public and private buildings, namely in hotels, hospitals, swimming pools, etc., using black asphalt mats , or similar, open roads, highways, roundabouts, streets and parks.

Estado da técnicaState of the art

Os colectores solares são os equipamentos mais vulgarizados para captação de energia solar. Não se conhecem até agora sistemas que tenham usado os pisos rodoviários asfaltados como colectores solares para aquecimento de água, não só em Portugal como no estrangeiro. A eficiência dos pisos asfálticos na captação de energia solar é relativamente baixa porque lhe falta o vidro que funciona como um filtro aos raios infravermelhos emitidos pelo corpo negro. Mas este facto é largamente compensado pelas enormes áreas asfálticas disponíveis nas vias rodoviárias. Não se compreende, porém, como até hoje ninguém tenha aproveitado este manancial de energia solar captado pelas grandes superfícies negras dos pisos rodoviários.Solar collectors are the most popular equipment for capturing solar energy. Until now, there are no known systems that have used paved road floors as solar collectors for water heating, not only in Portugal but abroad. The efficiency of asphalt floors in capturing solar energy is relatively low because it lacks the glass that acts as a filter for the infrared rays emitted by the black body. But this fact is largely offset by the huge asphalt areas available on the road. It is not understood, however, how until today nobody has taken advantage of this source of solar energy captured by the large black surfaces of road floors.

que é a energia solar?is solar energy?

A quantidade de energia solar que chega a Terra é mais do que suficiente para satisfazer as necessidades energéticas da nossa civilização. Além disso, é uma fonte de energia inesgotável, gratuita, abundante, permanente, renovável, não polui e não prejudica o ambiente.The amount of solar energy reaching Earth is more than enough to satisfy the energy needs of our civilization. In addition, it is an inexhaustible, free, abundant, permanent, renewable energy source, does not pollute and does not harm the environment.

A energia solar é a energia que o Sol irradia para o espaço, e para o nosso planeta, e que pode ser aproveitada para os mais variados fins: aquecimento, produção de energia eléctrica e mecânica, fotossíntese, etc. Ela é, em resumo, o motor da vida na Terra.Solar energy is the energy that the Sun radiates into space, and to our planet, and that can be used for the most varied purposes: heating, production of electrical and mechanical energy, photosynthesis, etc. In short, it is the engine of life on Earth.

Aproveitar este manancial de energia que nos chega do Sol é uma alternativa aos combustíveis fósseis, uma das maiores apostas deste século. Felizmente Portugal está entre os países do mundo com melhores condições para o seu aproveitamento.Taking advantage of this source of energy that comes from the Sun is an alternative to fossil fuels, one of the biggest bets of this century. Fortunately Portugal is among the countries in the world with the best conditions for its use.

No que concerne a energia solar para aquecimento de água, utilizam-se os chamados colectores solares, geralmente colocados no telhado dos edifícios. Esta é a aplicação da energia solar mais habitual, permitindo o aquecimento de água, sobretudo para uso doméstico, até cerca de 70 C. Para produzir electricidade (solar fotovoltaico) utilizamse os colectores fotovoltaicos, baseada na tecnologia dos materiais semicondutores que, ao receber a radiação solar, produz uma corrente eléctrica. A energia solar fotovoltáica tem já hoje múltiplas aplicações, nomeadamente: na electrificação rural com sistemas individuais ou em minirede; na bombagem de água (irrigação e abastecimento)~ nos sistemas de emergência e telecomunicações; na sinalização ferroviária e marítima; sinalização nas estradas;With regard to solar energy for water heating, so-called solar collectors are used, usually placed on the roof of buildings. This is the most common application of solar energy, allowing water heating, especially for domestic use, up to about 70 C. To produce electricity (photovoltaic solar) photovoltaic collectors are used, based on the technology of semiconductor materials that, upon receiving solar radiation, produces an electric current. Today, photovoltaic solar energy has multiple applications, namely: in rural electrification with individual systems or in mini networks; pumping water (irrigation and supply) ~ in emergency and telecommunications systems; railway and maritime signaling; road signs;

dessalinização (osmose inversa); microeiectrónica de potência (relógios, calculadoras, etc.).desalination (reverse osmosis); micro power electronics (clocks, calculators, etc.).

A energia solar é ainda aproveitada de forma passiva como acontece no caso da construção bioclimática, por exemplo na construção de edifícios com paredes exteriores preparadas para receber e gerir a energia solar, tais como as paredes de Trombe .Solar energy is also used passively as in the case of bioclimatic construction, for example in the construction of buildings with exterior walls prepared to receive and manage solar energy, such as the Trombe walls.

Como funciona um colector solar?How does a solar collector work?

A utilização da energia solar para aquecer a água é feita através de colectores solares modulares (planos ou tubulares sob vácuo), com uma superfície negra (corpo negro) de cerca de 2 m², onde estão dispostos tubos de cobre em paralelo por onde circula um fluido que recebe a energia térmica que é transferida para aquecer um depósito de água.The use of solar energy to heat water is done through modular solar collectors (flat or tubular under vacuum), with a black surface (black body) of about 2 m ² , where copper pipes are arranged in parallel where they circulate. a fluid that receives thermal energy that is transferred to heat a water tank.

Os colectores solares baseiam-se nas propriedades de um corpo negro, absorçor da energia radiante que sobre ele incide e que, ao elevar a sua temperatura, emite energia na banda da radiação infravermelha, responsável pelo aquecimento, por efeito de estufa. Como o vidro, ou qualquer material transparente, tem a propriedade de deixar passar a radiação solar, mas é opaco a radiação infravermelha emitida pelo corpo negro, este material é o ideal para ser usado nos colectores solares para cobrir os absorçores, pois permite que quase toda a energia recebida pelo corpo negro fique aprisionada nos colectores solares por efeito de estufa.The solar collectors are based on the properties of a black body, which absorbs the radiant energy that falls on it and that, by raising its temperature, emits energy in the band of infrared radiation, responsible for heating, due to the greenhouse effect. As glass, or any transparent material, has the property of letting solar radiation through, but the infrared radiation emitted by the blackbody is opaque, this material is ideal for use in solar collectors to cover absorbers, as it allows almost all the energy received by the blackbody is trapped in solar collectors due to greenhouse effect.

Como funciona um painel solar fotovoltaico?How does a photovoltaic solar panel work?

Um painel (ou módulo) solar é um conjunto de células solares ligadas entre si que produzem electricidade quando expostas a radiação solar. Cada uma dessas células é feita de um material semicondutor - material cuja condutividade eléctrica aumenta quando exposto a radiação - processado de modo a conter um campo eléctrico permanente que permite separar os electrões gerados pela radiação.A solar panel (or module) is a set of solar cells connected together that produce electricity when exposed to solar radiation. Each of these cells is made of a semiconductor material - a material whose electrical conductivity increases when exposed to radiation - processed to contain a permanent electric field that allows the electrons generated by the radiation to be separated.

A energia fotovoltaica pode ser produzida de várias formas, com grandes variações de eficiência e custos.Photovoltaic energy can be produced in several ways, with wide variations in efficiency and costs.

Os painéis fotovoltaicos actualmente mais comercializados são compostos por conjuntos de células de silício e a sua potência depende do tipo de ligação feita entre as diversas células ou em paralelo).The photovoltaic panels currently most commercialized are composed of sets of silicon cells and their power depends on the type of connection made between the different cells or in parallel).

Um painel fotovoltaico geralmente grupo acumulador (baterias), onde a composto energia é um armazenada para uso posterior quando não há luz solar, e por um controlador de carga, de forma a gerir a entrada e saída de energia das baterias. Pode dispor de um inversor de corrente para transformar a corrente contínua em corrente alternada, a fim de ser utilizada pelos equipamentos que são ligados a rede eléctrica pública.A photovoltaic panel usually an accumulator group (batteries), where the energy compound is one stored for later use when there is no sunlight, and by a charge controller, in order to manage the energy input and output of the batteries. You can have a current inverter to transform direct current into alternating current, in order to be used by equipment that is connected to the public electrical network.

Cerca de 90% dos painéis solares eléctricos instalados no mundo são feitos de silício cristalino. Existem ainda fabricantes que produzem painéis em silício amorfo. Os pequenos painéis que alimentam por exemplo algumas máquinas de calcular são de silício amorfo.About 90% of the electric solar panels installed in the world are made of crystalline silicon. There are also manufacturers that produce amorphous silicon panels. The small panels that feed, for example, some calculators are amorphous silicon.

Quantos painéis solares seriam precisos para produzir a electricidade consumida em Portugal?How many solar panels would be needed to produce the electricity consumed in Portugal?

A radiação solar média em Portugal é de 1500 kWh/m²/ano.The average solar radiation in Portugal is 1500 kWh / m ² / year.

Assumindo uma eficiência de conversão de 15%, temos 225 kWh/m²/ano de electricidade solar. Como o consumo nacional é da ordem de 4,5 x IO¹⁰ kWh/ano, seriam precisos 200 km² de painéis solares para produzir toda essa electricidade. Dividindo pelo número de habitantes, significa 20 m² de painéis solares por cada português (incluindo não só o consumo doméstico mas também o consumo de electricidade na indústria e nos serviços).Assuming a conversion efficiency of 15%, we have 225 kWh / m ² / year of solar electricity. As national consumption is of the order of 4.5 x 10 ¹⁰ kWh / year, 200 km ² of solar panels would be needed to produce all this electricity. Dividing by the number of inhabitants, it means 20 m ² of solar panels for each Portuguese (including not only domestic consumption but also electricity consumption in industry and services).

Gano é que isso se compara con a área total de asfalto?How does this compare to the total area of asphalt?

Considerando que temos cerca de 90000 km de estradas em Portugal, assumindo que a largura média das estradas é de lOm, temos 900 km² de asfalto no país, ou seja, cerca de 90 m² por habitante.Considering that we have about 90000 km of roads in Portugal, assuming that the average width of the roads is 10m, we have 900 km ² of asphalt in the country, that is, about 90 m ² per inhabitant.

Quanto aos colectores solares de uso correnteAs for solar collectors in current use

Os colectores solares existentes no mercado são ainda relativamente caros, obrigam a cuidados especiais de manutenção, e estão condicionados e dependentes de pequenas áreas de exposição solar, geralmente os telhados. Não estão concebidos para funcionar em rede como colectores públicos .The solar collectors on the market are still relatively expensive, require special maintenance care, and are conditioned and dependent on small areas of sun exposure, usually the roofs. They are not designed to operate in a network as public collectors.

O presente invento apresenta um sistema inovador de colector solar térmico, com uma solução mais eficaz e abrangente, economicamente idealizado sobretudo para grandes projectos de obras públicas, cujo objectivo é a criação de uma rede colectora de energia gue torne acessível o aquecimento geral de água as populações, reduzindo substancialmente o consumo de energia fóssil e responsável pelas grandes emissões de consequentemente, pelo efeito de estufa sobre nosso planeta, de consequências catastróficas para a nossa civilização.The present invention presents an innovative system of solar thermal collector, with a more efficient and comprehensive solution, economically idealized above all for large public works projects, whose objective is the creation of a collector network of energy that makes the general heating of water accessible to populations, substantially reducing the consumption of fossil energy and responsible for the large emissions consequently, the greenhouse effect on our planet, catastrophic consequences for our civilization.

princípio inovador do sistema que se apresenta reside na idealização de um grande painel solar, diferente dos que existem no estado da arte, e disponível nas redes rodoviárias de todo o mundo. 0 sistema pode ser totalmente autónomo, independente da energia eléctrica das redes públicas, caso seja preferível.The innovative principle of the system presented is the idealization of a large solar panel, different from those that exist in the state of the art, and available on road networks all over the world. The system can be completely autonomous, independent of the electricity of the public networks, if it is preferable.

A sua implementação está intimamente ligada a construção de estradas, auto-estradas, ruas, rotundas, parques abertos, etc., usando as mesmas como o elemento negro absorçor da energia solar.Its implementation is closely linked to the construction of roads, highways, streets, roundabouts, open parks, etc., using them as the black element that absorbs solar energy.

A captação da energia solar através dos pisos rodoviários para uso em zonas habitacionais e empresariais é a solução ideal para implementar um sistema inovador de fornecimento de água aquecida as populações, de forma a contribuir para que se torne sustentável a nossa vida civilizacional. 0 consumo exponencial dos combustíveis fósseis, cada vez mais caros e esgotáveis a breve prazo, estão a tornar a vida insustentável na Terra. Por outro lado, no caso de Portugal, que importa cerca de 73% da energia que consome, tem agravado dramaticamente a balança de pagamentos. A factura energética não agrava somente o défice português. Prejudica também a competitividade e a saúde financeira das empresas. Além disso, o cumprimento do protocolo de Quioto, bem como as directivas comunitárias a que nos obriga, torna prioritário e urgente que se utilizem cada vez mais as energias alternativas, sobretudo as mais abundantes e menos dispendiosas. 0 presente invento é viável economicamente e é completamente amigo do ambiente. Sendo os tapetes rodoviários um mal necessário, que roubam espaço a vida animal e vegetal, por que não retirar deles ao menos o manancial de energia solar que captam gratuitamente?The capture of solar energy through road floors for use in residential and business areas is the ideal solution to implement an innovative system of supplying heated water to populations, in order to contribute to making our civilizational life sustainable. The exponential consumption of fossil fuels, which are increasingly expensive and depleting in the short term, are making life unsustainable on Earth. On the other hand, in the case of Portugal, which imports about 73% of the energy it consumes, it has dramatically worsened the balance of payments. The energy bill does not only aggravate the Portuguese deficit. It also undermines the competitiveness and financial health of companies. In addition, compliance with the Kyoto Protocol, as well as the EU directives that oblige us, makes it a priority and urgent that more and more alternative energies are used, especially the most abundant and least expensive. The present invention is economically viable and is completely environmentally friendly. Since road mats are a necessary evil, which steal space from animal and plant life, why not at least remove from them the source of solar energy that they collect for free?

Quando os Governos das nações se derem conta deste manancial de energia gratuita que é desperdiçada diariamente, certamente que se apressarão a implementar medidas que obriguem todas as empresas construtoras de vias rodoviárias a instalar módulos de serpentinas tubulares sob os pisos asfálticos, donde se possa extrair energia térmica para aquecimentos de água ou para bombas de calor.When the governments of the nations become aware of this wealth of free energy that is wasted daily, they will certainly be in a hurry to implement measures that compel all road construction companies to install tubular serpentine modules under the asphalt floors, from which energy can be extracted. for water heaters or heat pumps.

asfalto como colector solarasphalt as a solar collector

Entende-se por asfalto o material sólido ou semi sólido, de cor preta ou pardo escura, que aparece na natureza, ou é obtido pela destilação do petróleo, e cujo constituinte predominante é o betume. Assim, os asfaltos são misturas de betumes com materiais de diferentes origens (argilas, siltes, areias, impurezas orgânicas, etc.). Tal como os materiais betuminosos, o asfalto tem características específicas, designadamente adesivas, e dispensam o uso da água; são materiais termoplásticos, isto é, amolecem quando aquecidos, sendo então moldados e arrefecidos sem perda das propriedades, podendo passar novamente pelo mesmo processo; repelem a água, ou seja, são materiais hidrófugos; não reagem quimicamente com cargas ou agregados minerais eventualmente adicionados para efeito de enchimento; apresentam, no entanto, uma elevada plasticidade muito influenciada pela exposição ao calor e luz solar. 0 asfalto é, como se sabe, um material betuminoso de grande aplicabilidade na engenharia, e sobretudo na pavimentação rodoviária.Asphalt is understood as solid or semi-solid material, black or dark brown in color, which appears in nature, or is obtained by the distillation of oil, and whose predominant constituent is bitumen. Asphalt, therefore, are mixtures of bitumens with materials from different sources (clays, silts, sands, organic impurities, etc.). As with bituminous materials, asphalt has specific characteristics, namely adhesives, and do not require the use of water; they are thermoplastic materials, that is, they soften when heated, being then molded and cooled without loss of properties, being able to go through the same process again; repel water, that is, they are water-repellent materials; they do not react chemically with fillers or mineral aggregates that may be added for filling purposes; they have, however, a high plasticity greatly influenced by exposure to heat and sunlight. Asphalt is, as we know, a bituminous material with great applicability in engineering, and above all in road paving.

Resumindo, o asfalto pode funcionar como um corpo negro de grandes dimensões que recebe a energia solar e a transforma em calor. Por este facto, é o elemento ideal e nuclear do presente invento, onde se propõe que ele seja um super colector solar a partir do qual se pode construir um sistema integrado de captação e armazenamento de energia solar para aquecimento de água as populações em geral e as empresas industriais, dispensando e/ou reduzindo o recurso as energias fósseis e dramaticamente poluidoras do nosso ambiente.In short, asphalt can function as a large black body that receives solar energy and turns it into heat. For this reason, it is the ideal and nuclear element of the present invention, where it is proposed to be a solar super collector from which an integrated system for capturing and storing solar energy for heating water in general and industrial companies, dispensing and / or reducing the use of fossil fuels and dramatically polluting our environment.

Descrição do invento sistema é genericamente semelhante a um colector solar que utiliza o princípio do corpo negro para captar a energia solar. É constituído pelo tapete asfáltico sob o qual são inseridas uma ou várias serpentinas modulares onde circula um fluído secundário usado como transportador da energia térmica absorvida para um permutador de placas, de interface fluído/água da rede pública, com vista ao seu aquecimento e armazenamento num depósito donde seguirá para abastecimento ao consumidor.Description of the invention system is generally similar to a solar collector that uses the blackbody principle to capture solar energy. It consists of the asphalt carpet under which one or more modular coils are inserted where a secondary fluid used as a carrier for the absorbed thermal energy circulates to a plate exchanger, with a fluid / water interface of the public network, with a view to its heating and storage in a deposit where it will go to supply the consumer.

Pode utilizar-se a extensão de superfície negra colectora que se quiser (dependente da superfície da estrada, rotunda ou parque) para obter a carga térmica adequada a quantidade de água quente que for necessário consumir pelos utentes.You can use the extension of the black collecting surface that you want (depending on the surface of the road, roundabout or park) to obtain the appropriate thermal load and the amount of hot water that is necessary to consume by users.

Modo de funcionamento sistema é constituído pelo tapete rodoviário que desempenha o papel de painel solar e de corpo negro absorvente da quase totalidade da radiação solar que sobre ele incide. Dispõe de um permutador de placas para transferir a energia térmica do fluido para a agua da rede pública contida num reservatório que é aquecida (por recirculação ao permutador) para depois ser distribuída aos consumidores.System operating mode consists of the road mat that plays the role of solar panel and black body absorbing almost all the solar radiation that affects it. It has a plate heat exchanger to transfer the thermal energy of the fluid to the water of the public network contained in a reservoir that is heated (by recirculation to the heat exchanger) and later to be distributed to consumers.

A transferência da energia calorífica captada no tapete asfáltico é conseguida por duas bombas de recirculação que promovem a circulação dos fluidos primário e secundário. Sob a camada de asfalto, ou camada asfáltica, será colocada uma rede hidráulica, em serpentina tubular (semelhante a um piso radiante), que formará um conjunto de permutadores modulares, podendo estes ser dispostos em série e/ou em paralelo, onde circulará um fluido secundário que pernitirá a transferência da energia térmica do tapete rodoviário para o permutador de placas.The transfer of the heat energy captured in the asphalt mat is achieved by two recirculation pumps that promote the circulation of the primary and secondary fluids. Under the asphalt layer, or asphalt layer, a hydraulic network will be placed, in a tubular serpentine (similar to a radiant floor), which will form a set of modular exchangers, which can be arranged in series and / or in parallel, where a secondary fluid that will allow the transfer of thermal energy from the road belt to the plate exchanger.

A água da rede pública, aquecida por recirculação ao permutador de placas (fluido primário), receberá a energia térmica que ficará acumulada no reservatório de água aquecida e destinada ao consumidor.The water from the public network, heated by recirculation to the plate exchanger (primary fluid), will receive the thermal energy that will be accumulated in the heated water reservoir and intended for the consumer.

Quanto a eficiência do permutador asfalto-fluido térmico secundário, esta dependerá da camada onde for colocada a serpentina (semelhante a um piso radiante habitacional), do tipo de tubagem, do número de módulos, podendo estes ser colocados em série e/ou em paralelo. A eficiência do sistema também estará dependente da exposição e da inclinação dos raios solares, como sucede com os colectores já conhecidos.As for the efficiency of the secondary asphalt-heat exchanger, it will depend on the layer where the coil is placed (similar to a residential radiant floor), the type of piping, the number of modules, which can be placed in series and / or in parallel . The efficiency of the system will also depend on the exposure and slope of the sun's rays, as is the case with already known collectors.

sistema de aquecimento de água da rede pública para o consumidor é constituído por: captador que constitui o colector solar, e pode ser o piso asfáltico das estradas, das ruas, das rotundas, dos parques asfaltados abertos, das auto-estradas, etc; permutador modular em serpentina (2), onde circula o fluido secundário ou, directamente, a água de aquecimento, no caso de piscinas;public water heating system for the consumer consists of: pickup that constitutes the solar collector, and can be the asphalt floor of roads, streets, roundabouts, open paved parks, motorways, etc; modular serpentine exchanger (2), where the secondary fluid or directly the heating water circulates, in the case of swimming pools;

um permutador de placas (3) para fazer a transferência da energia térmica do fluido secundário a água da rede pública para aquecimento; uma bomba de recirculação (4) para o fluido secundário; uma bomba de recirculação (5) para o fluido primário constituído pela água do reservatório (6); um isolamento térmico do reservatório cilíndrico (7); rede de água quente de abastecimento ao cosumidor (8); gerador eólico (9); painéis solares fotovoltaicos (10); sala de comando e controlo do sistema com baterias eléctricas (11)- alimentação de água da rede pública ou privada (12) para o reservatório.a plate exchanger (3) for transferring the thermal energy from the secondary fluid to public water for heating; a recirculation pump (4) for the secondary fluid; a recirculation pump (5) for the primary fluid constituted by the water in the reservoir (6); a thermal insulation of the cylindrical reservoir (7); hot water supply network to the consumer (8); wind generator (9); photovoltaic solar panels (10); command and control room of the system with electric batteries (11) - water supply from the public or private network (12) to the reservoir.

Poderá haver módulos suplementarmente pré-instalados nos tapetes asfálticos (13, 14), com a finalidade de virem a ser disponibilizados, ou alugados, para aquecimento de água, podendo ser usadas directamente como circuito primário, sem recurso a bombas de recirculação e a permutadores de placas. Havendo piscinas por perto, a água a aquecer pode circular directamente pelas serpentinas modulares instaladas no asfalto, bastando para tal uma bomba de recirculação.There may be additional modules pre-installed on the asphalt mats (13, 14), in order to be made available, or rented, for water heating, and can be used directly as a primary circuit, without recirculation pumps and exchangers of plates. If there are pools close by, the water to be heated can circulate directly through the modular coils installed on the asphalt, with just a recirculation pump.

Para a autonomia do sistema, este pode dispor de um gerador eólico (9) e painéis solares fotovoltaicos (10), equipamentos que fornecerão, em alternativa, a energia eléctrica necessária ao accionamento das duas bombas de recirculação e controlo automático do sistema termodinâmico, instalado numa casa (11) que carregará baterias para fornecer energia eléctrica quando não houver vento ou sol.For the autonomy of the system, it can have a wind generator (9) and photovoltaic solar panels (10), equipment that will provide, alternatively, the electrical energy necessary to drive the two recirculation pumps and automatic control of the thermodynamic system, installed in a house (11) that will charge batteries to supply electricity when there is no wind or sun.

As autarquias, ou as empresas que exploram as estradas ou auto-estradas, poderão alugar estes permutadores préinstalados, de tomadas disponíveis (13, 14) nas bermas rodoviárias.Municipalities, or companies that operate the roads or motorways, will be able to rent these pre-installed exchangers, from available outlets (13, 14) on the road side.

Vantagens do Sistema integrado de captação de energia solar para aquecimento de águaAdvantages of the Integrated solar energy capture system for water heating

O sistema é, como se pode ver pelo desenho esquemático, relativamente simples, seguro, e de investimento facilmente amortizável. Resumindo:The system is, as can be seen from the schematic design, relatively simple, safe, and easily amortized investment. Summing up:

1. Funciona de acordo com o princípio de um colector solar, mas extendido à dimensão dos tapetes rodoviários.1. It works according to the principle of a solar collector, but extended to the size of road mats.

2. Utiliza as grandes superfícies de asfalto como corpo negro .2. Uses large asphalt surfaces as a blackbody.

3. Pode utilizar a superfície que seja necessária para a carga térmica pretendida, servindo-se de serpentinas modulares previamente instaladas.3. You can use the surface that is necessary for the desired thermal load, using modular coils previously installed.

4. Armazena a energia térmica num reservatório de água, para a fornecer durante os períodos de maior exposição solar, e nos períodos em que deixou de haver exposição.4. Stores the thermal energy in a water reservoir, to supply it during periods of greatest sun exposure, and in periods when there is no longer exposure.

HH

5. É completamente seguro em termos ambientais e rodoviários, sendo de prever, a curto prazo, por parte dos Governos, a obrigatoriedade de préinstalação de serpentinas modulares sob os tapetes asfálticos rodoviários, junto a zonas habitacionais e onde o justifique.5. It is completely safe in environmental and road terms, and it is foreseen, in the short term, by the Governments, the mandatory pre-installation of modular serpentines under the road asphalt mats, next to housing areas and where justified.

6. É de fácil instalação e manutenção, sem cuidados especiais, ao contrário do que sucede com os delicados colectores solares.6. It is easy to install and maintain, without special care, unlike what happens with delicate solar collectors.

7. Não precisa de utilizar outras áreas roubadas a natureza para captação da energia solar. Utiliza as grandes superfícies ocupadas pelas estradas, ou vias de comunicação rodoviárias, onde jamais pode haver vegetação.7. You do not need to use other areas stolen from nature to capture solar energy. It uses the large areas occupied by roads, or roads, where there can never be vegetation.

8. Pode ser totalmente autónomo desde que use um gerador eólico ou um conjunto de painéis solares.8. It can be completely autonomous as long as you use a wind generator or a set of solar panels.

9. 0 sistema não obriga a que sejam instalados o gerador eólico e os painéis fotovoltaicos, se houver outra fonte de energia eléctrica economicamente mais vantajosa para accionar as bombas de recirculação.9. The system does not require the installation of the wind generator and photovoltaic panels, if there is another source of electrical energy that is more economically advantageous to operate the recirculation pumps.

10.Pode dispor de milhões de quilómetros quadrados de superfícies negras constituídas pelos pisos rodoviários que existem em todo o mundo. Basta que estejam expostos a radiação solar e onde ela seja significativa.10. You can have millions of square kilometers of black surfaces made up of road surfaces that exist around the world. It is enough that they are exposed to solar radiation and where it is significant.

Descrição da figura 1 e respectiva legenda:Description of figure 1 and respective caption:

1- Piso asfáltico, constituído pelas estradas, ruas, rotundas, parques abertos, auto-estradas, etc.1- Asphalt floor, consisting of roads, streets, roundabouts, open parks, motorways, etc.

2- Serpentinas tubulares, e modulares, com ligações nas bermas dos pisos rodoviários asfaltados.2- Tubular and modular streamers, with connections on the edges of asphalted road floors.

3- Permutador de placas.3- Plate exchanger.

4- Bomba de recirculação do fluido secundário.4- Secondary fluid recirculation pump.

5- Bomba de recirculação do fluido primário (água da rede pública a aquecer).5- Primary fluid recirculation pump (public water to be heated).

6- Reservatório de água.6- Water reservoir.

7- Isolamento térmico do reservatório de água.7- Thermal insulation of the water reservoir.

8- Consumidor público ou privado.8- Public or private consumer.

9- Gerador eólico9- Wind generator

10- Painel fotovoltaico.10- Photovoltaic panel.

11- Centro de comando e controlo do sistema com baterias.11- Command and control center of the system with batteries.

12- água da rede pública ou privada.12- water from the public or private network.

e 14- Serpentinas modulares disponíveis para serem utilizadas como permutadores de calor directa ou indirectamente para aquecimento de água para piscinas públicas ou privadas, ou para outros fins.and 14- Modular coils available to be used as heat exchangers directly or indirectly for heating water for public or private pools, or for other purposes.

Claims

1. Integrated system for capturing solar energy for water heating, characterized by a solar collector that uses as a black body ¹ 'the road mats of roads, highways, streets, roundabouts, outdoor parks, etc., consisting of:

The. road asphalt mat (1);

B. modular hydraulic coils (2) in tube, pre-installed in the asphalt sub-layer, with opening to the edge of the road surfaces (13, 4) being available both for use as a secondary and primary fluid in heating systems;

plate exchanger (3) for transferring thermal energy from the secondary fluid to public water;

d.

secondary (4) and primary (5) recirculation pumps;

cylindrical reservoir (6), or spherical, with thermal insulation (7), of adequate strength and capacity, which will function as a thermal accumulator of heated water for consumer use pressure from the public water supply network, wind generator and photovoltaic solar panels that will supply , alternatively, the electrical energy needed to drive the two pumps and automatic control of the thermodynamic system, installed in a central (11), being able to charge batteries to supply electrical energy when there is no wind or sun, and if the energy from the grid is economically preferable public electricity.

2. Integrated solar energy capture system for water heating, according to claim 1, characterized by the following mode of operation:

The. Pre-installation of modular coils in the sub-layer of the asphalt mat, similar to a radiant floor, which will form a set of modular exchangers, connected externally in series and / or in parallel, through which a secondary fluid will circulate, in order to transfer thermal energy from the road mat to the plate exchanger;

B. The water from the public network (primary fluid), contained in the reservoir, will be heated and circulated through the plate exchanger, in order to receive the thermal energy captured in the asphalt or floor and transferred from the secondary fluid;

ç. For the heating of swimming pools, the water to be heated can circulate directly through the modular coils installed on the asphalt, all that is required is a pump that circulates it, in a closed circuit with the pool;

d. The system does not require the installation of the wind generator and photovoltaic panels, if there is another source of electrical energy that is more economically advantageous.

3. Integrated system for capturing solar energy for water heating according to claim 1, characterized by a set of modular coils for assembly and characteristics similar to residential radiant floors, inserted in the sub-layer of road asphalt mats, with standard lengths and diameters .

4. Integrated system for capturing and storing solar energy for water heating according to claim 1, characterized in that the thermodynamic hydraulic system can operate with two fluids, one primary and one secondary, the primary being water from the public network, and the secondary by an antifreeze fluid, or another, whose function is to transfer the solar energy captured in the asphalt mat, or similar, with black body characteristics, to the plate exchanger.

5. Integrated system for capturing solar energy for heating water according to claim 1, characterized by 2 circulation pumps: one for the secondary fluid; another for the primary fluid.

6. Integrated system for capturing and storing solar energy for heating water according to claim 1, characterized by the following mechanisms:

The. Intelligent control that regulates the temperature of the fluids and generates the energy transferred from the asphalt mat to the plate exchanger and to the thermal water tank.

B. Control and energy management of the wind generator and the photovoltaic solar panels, in order to maintain completely autonomous the operation of the road solar collector, if economically preferable.

7. Integrated water heating capture system, according to solar energy for claim 1, characterized in that it is applicable with the use of pre-installed modular coils, or to be installed, on roads, motorways, roundabouts, streets and parks both in its construction and later in the repair of asphalt floors.