L’Italia offre condizioni meteorologiche molto buone per l’uso dell’energia solare.
Il valore di insolazione compreso tra 1200 e 1750 kWh/m2 all’anno presenta una differenza tra nord e sud intorno al 40%, rimanendo in entrambi i casi maggiore del fabbisogno annuo procapite di calore necessario per la preparazione di acqua calda nel residenziale.
A queste condizioni un impianto solare standard consente di risparmiare fino all’80% dell’energia necessaria per la preparazione di acqua calda e fino al 40% della domanda complessiva di calore per
l’acqua calda sanitaria e per il riscaldamento degli ambienti.
Condizioni tanto favorevoli e la disponibilità di una tecnologia affidabile ed efficace conferiscono all’Italia un alto potenziale economico e tecnico per il solare termico.
Il sole è costituito da un’enorme palla infuocata di gas incandescenti.
Il processo di fusione trasforma l’idrogeno in elio e contemporaneamente sprigiona una potenza di 36 x 1024 Watt. La parte che incide sulla superficie terrestre sarebbe sufficiente a coprire 10.000 volte il fabbisogno di energia primaria di tutto il mondo.
La potenza radiante del sole prima di entrare nell’atmosfera misura in media 1367 W/m2 e viene chiamata costante solare.
Quando il cielo è sereno ne arrivano circa 1000 W/m2 sulla superficie terrestre, mentre quando il
cielo è completamente coperto l’irradiazione diminuisce fino a circa 100 W/m2.
Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore e si distingue così da un pannello fotovoltaico, che trasforma la luce del sole in corrente elettrica.
In generale si può dire che esistono due tipologie d’uso dell’energia solare:
- impianti per produzione di corrente elettrica.
- impianti per produzione di calore
nella foto sopra vediamo in fase di posa a sx pannelli per energia elettrica a dx pannelli per energia termica
Gli impianti per produzione di elettricità, detti impianti fotovoltaici, ci forniscono energia
attraverso la luce solare.
Questi impianti possono trasformare, normalmente,in corrente, al massimo, fino al 15%
dei raggi del sole.
Inoltre hanno bisogno di una grande superficie del tetto.
Il calore solare è invece un vantaggio totale.
L’energia ottenuta con gli impianti solari termici può essere utilizzata in un sistema per la
produzione di acqua calda sanitaria o nello stesso tempo in un sistema combinato anche
per l’integrazione al riscaldamento.
Il calore del sole ti rende indipendente dall’aumento del prezzo del petrolio o del gas.
Con l’aumento dei prezzi dell’energia,aumenta sempre più il risparmio grazie agli
impianti solari termici.
Inoltre gli impianti solari termici sono affidabili e sono molto efficienti–un collettore può trasformare in calore fino al 70% e più dei raggi solari.
Questi impianti hanno bisogno, normalmente,per una casa unifamiliare da 4 fino a 12 m2,cioè
una piccola superficie del tetto.
Il calore è utilizzato nella propria casa e quasi sempre è possibile l’installazione in integrazione all’impianto di riscaldamento esistente.
Se la caldaia tuttavia ha molti anni e deve essere cambiata, si possono utilizzare caldaie a condensazione o meglio ancora le caldaie a legna/pellets.
Le caldaie a condensazione, infatti, sonomolto più efficienti delle caldaie tradizionali,perchè recuperano il calore dei fumi(vd.sezione caldaie).
Le caldaie a legna/pellets(vd.sezione biomasse) hanno il vantaggio, di avere un ottimo impatto ambientale, poichè funzionano con materie prime rigenerative e hanno emissioni ridotte.
La combinazione di calore solare e legna/pellets è, perciò, ottima.
Nell’integrazione con caldaie a legna/pellets ci sono due livelli di sfruttamento di un impianto
solare.
Livello 1:
Si possono trarre vantaggi già con un piccolo impianto solare per acqua calda.
Grazie all’impianto solare, la caldaia a legna/pellets non viene utilizzata, di solito, da Aprile fino a Settembre.
Livello 2:
Con un impianto completo e correttamente dimensionato non solo in estate non è necessario, che la caldaia debba partire,ma anche in inverno viene limitata la frequenza di accensione grazie all’accumulo tampone.
Nello stesso tempo se è utilizzato come accumulatore solare, viene risparmiata anche una quantità
di legna/pellets.
Ricordiamoci che la quantità di elettricità nell’intero fabbisogno energetico, è in una casa, in genere, del 15% ed è, quindi, relativamente scarsa rispetto all’ 85% dell’energia che viene utilizzata, in casa, per la produzione di acqua calda sanitaria e di riscaldamento.
Per utilizzare il calore solare esistono due tipi di impianto:
un impianto solare per la produzione di acqua calda e impianti combinati per produzione di acqua calda sanitaria e integrazione al riscaldamento.
Gli impianti solari oggi offerti sul mercato si sono dimostrati essere una tecnologia arrivata a piena maturazione.
Il maggiore settore di applicazione risulta essere quello degli impianti solari termici per la preparazione di acqua calda sanitaria e/o per il riscaldamento nelle abitazioni private, dove i risparmi di energia sono tipicamente del 50 – 80% per la preparazione di acqua calda e del 25 – 50% per la domanda totale di calore sia per la preparazione di acqua calda che per il riscaldamento degli ambienti.
L ’energia necessaria per la preparazione di acqua calda nelle abitazioni private è di circa 1000 kWh per persona all’anno.
Poiché la domanda di calore è pressoché costante durante tutto l’anno e quindi presente anche nel
periodo estivo, il riscaldamento dell’acqua domestica è una delle applicazioni più adatte per gli impianti solari termici.
In condizioni meteorologiche simili a quelle italiane, l’area di collettore necessaria varia tra 0,5 m2 a persona per i climi caldi meridionali e 1 m² a persona per l’Italia settentrionale.
L’uso dell’energia solare è possibile anche per il riscaldamento ambienti utilizzando impianti combinati per il riscaldamento dell’acqua calda e degli ambienti, anche se l’irraggiamento disponibile durante la stagione di riscaldamento è molto minore che in estate.
L’uso di impianti combinati è raccomandato nei casi in cui sono già stati realizzate altre misure per il risparmio energetico (per esempio adeguata coibentazione termica) e si prevede un sistema di riscaldamento a bassa temperatura.
L’area di collettore necessaria varia da 1,5 a 3 m²/kW di potenza nominale per il riscaldamento dell’edificio.
Nella scelta di un collettore solare termico di qualità si devono confrontare le caratteristiche tecniche dei vari componenti.
Vediamo quindi ora più nello specifico i vari componenti di un impianto solare termico.
UN IMPIANTO SOLARE TERMICO BASE,come quello nella foto qui sopra è composto da:
1 boiler per l’accumulo dell’acqua calda sanitaria
2 o 3 collettori solari,piani o sottovuoto
1 gruppo di circolazione e sicurezza con o senza regolazione eletronica
1 vaso di espansione
In primo luogo per un impianto solare c’è bisogno del collettore sul tetto.
Questo ha il compito, di trasformare l’irraggiamento del sole in calore durante tutto l’anno e non solo quando il sole splende.
L’elemento principale di un collettore solare è l’assorbitore, che ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente a onde corte e di trasformarla in calore (trasformazione fototermica).
un collettori piano o a tubi sottovuoto di buona qualità deve impiegare assorbitori dotati di un cosiddetto strato selettivo, che determina un alto grado di assorbimento (a > 0,95) nel range delle lunghezza d’onda della radiazione solare e contemporaneamente irradiano poca energia, grazie a un basso fattore di emissività (e < 0,1) nelle lunghezze d’onda della radiazione termica.
Un altro fattore di qualità è rappresentato dal livello di contatto termico tra l’assorbitore e un fluido termovettore in circolazione (per esempio acqua, glicole oppure aria),che permette la cessione del calore al fluido termovettore e di conseguenza il trasporto fuori dal collettore del calore pronto per essere usato.
Per ridurre le dispersioni termiche e per migliorare il rendimento del collettore, l’assorbitore viene provvisto di una copertura trasparente frontale, mentre lateralmente e sul retro viene coibentato. Nei collettori a tubi sottovuoto ogni striscia di assorbitore è inserita in un tubo di vetro in cui è stato creato il vuoto.
Questo comporta un’ottima coibentazione che rende possibile il raggiungimento di temperature di lavoro anche nel campo del calore per processi industriali.
Noi distinguiamo due tipi di collettore:
i collettori piani e a tubi sottovuoto.
1)I collettori piani sembrano grandi finestre.
Dietro il vetro c’è un assorbitore selettivo.
Perciò i rivestimenti particolarmente efficaci e selettivi trasformano più calore con lo stesso irraggiamento solare rispetto a semplici rivestimenti.
La conseguenza,rispetto a superfici poco selettive,è un più alto risparmio energetico, soprattutto nelle mezze stagioni e in inverno. Attraverso i tubi, che sono uniti direttamente all’assorbitore, scorre il fluido solare così il calore può essere trasportato all’accumulatore.
La parte posteriore dei collettori piani deve essere isolata moltobene, affinchè essa disperda poco calore,altro fattore da valutare nell’acquisto di questo tipo di collettore .
2)I colllettori a tubi sottovuoto sono formati da tubi in vetro, nei quali l’irraggiamento è trasformato in calore.
Grazie allo specchio dietro i collettori aumenta ancora di più il rendimento.
Il vuoto nel tubo fa cedere, praticamente,poco calore.
Soprattutto in primavera, autunno ed inverno, i collettori a tubi sottovuoto forniscono più calore dei collettori piani.
L’energia solare,tramite le tubazioni,dai collettori viene convogliata e immagazzinata nell’Accumulatore
L’accumulatore rappresenta il cuore di un impianto solare .
I principali compiti di un accumulatore consistono in un efficiente scambio del calore solare
all’acqua dell’accumulatore,in un lungo mantenimento del calore e un rilascio efficiente del calore
per la produzione di acqua calda sanitaria e/o per il riscaldamento.
La trasmissione del calore solare all’acqua dell’accumulatore avviene sullo scambiatore,
tramite il liquido glicolico che si trova nel circuito solare.
Questo impedisce in inverno, il congelamento dei tubi e massimizza allo stesso tempo il rendimento dei collettori.
Uno scambiatore efficiente permette un rilascio particolarmente alto all’accumulatore.
Ma ciò non è legato direttamente ad un alto risparmio energetico: a causa del mescolamento di
acqua calda e fredda, ci sono nell’accumulatore delle perdite.
Queste perdite vengono minimizzate con un efficiente sistema a stratificazione, con il quale è accumulata energia attraverso la separazione di acqua calda e fredda.
Nello stesso tempo è utilizzabile, immediatamente,anche l’acqua dell’accumulatore riscaldata
con il sole e la conseguenza sono ridotte accensioni della caldaia.
Il risparmio energetico,con l’impianto solare, è massimo.
Una caratteristica quindi da tenere sempre in considerazione quando si acquista un bollitore solare è la sua capacità di scambio,il livello di stratificazionee l’isolamento termico che deve garantire grandi periodi di immagazzinamento con dispersioni ridotte al minim.o
Un altro aspetto molto importante degli accumuli è l’acqua igienica.
In particolare, con impianti per l’integrazione al riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria, la legionella, attraverso le doccie, può diventare pericolosa ad alti volumi di accumulo, unita a lunghi periodi d’arresto.
Sistemi sicuri per la produzione di acqua calda hanno solo piccoli volumi d’acqua, o ancora meglio, essi funzionano secondo il principio dello scambio rapido.
