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Solare termico


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Il Sole trasmette la maggior parte del suo calore per irraggiamento, sotto forma di raggi infrarossi. La quantità di energia trasmessa in un secondo è praticamente costante e, su una superficie perpendicolare alla direzione della radiazione posta al di fuori dell’at-mosfera terrestre, vale 1395 W/m2 . Tale valore viene denominato costante solare.

Non tutta l’energia che arriva sulla superficie esterna dell’atmosfera terrestre raggiunge però la Terra, perché parte di essa viene riflessa e parte assorbita dalle molecole dell’aria, dalle nubi e dalle polveri.

La quantità di energia solare che giunge sulla superficie terrestre varia da luogo a luogo e, nello stesso luogo, varia nell’arco della giornata e dell’anno a causa dell’inclinazione dell’asse terrestre, del moto di rotazione e del moto di rivoluzione della Terra intorno al Sole.
In particolare, la quantità di energia che raggiunge sulla Terra una superficie orizzontale varia notevolmente a seconda dellalatitudine, a causa del diverso spessore dello strato atmosferico che i raggi devono attraversare: essa è massima lungo l’asse equatoriale e minima ai poli. Questa quantità di energia solare ricevuta da una superficie orizzontale (al giorno, al mese ecc.) è chiamata insolazione (giornaliera, mensile ecc.) e si misura in J/(m2 * giorno).

 

SUPERFICI CAPTANTI

Per raccogliere la massima quantità di radiazione solare si ricorre a superfici disposte perpendicolarmente alla direzione dei raggi solari, dette superfici captanti.
La perfetta perpendicolarità captante rispetto alla direzione dei raggi solari viene ottenuta inclinando la superficie captante rispetto al piano orizzontale, di un angolo uguale alla latitudine del luogo. Per correggere gli effetti della diffrazione della luce le superfici captanti vengono poi ulteriormente inclinate di – 10° d’inverno e di + 10° d’estate.
Le tecniche più comuni per trasformare l’energia solare in energia termica sono:

  • La trasformazione in calore a bassa temperatura (inferiore a 100°C) mediante pannelli o collettori solari;
  • La trasformazione in calore ad alta temperatura (500 / 3500 CC) mediante con centratori per lo piu’ utilizzata per la produzione di energia elettrica (che tralasciamo in questa sede)

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Sistemi a bassa temperatura

Il più diffuso sistema di trasformazione dell’energia solare in energia termica a bassa tem-peratura è costituito dai collettori piani, meglio conosciuti come pannelli solari termici, che normalmente vengono installati sui tetti. La funzione dei pannelli solari è quella di uti-lizzare il calore emesso dalle radiazioni solari per riscaldare un fluido termovettore (acqua additivata con fluido antigelo), che a sua volta trasmette il calore acquisito all’impianto di distribuzione dell’acqua sanitaria o dell’acqua per il riscaldamento. Lo scambio di calore tra il fluido termovettore e l’impianto avviene attraverso un serbatoio coibentato dettoscambiatore di calore.

I pannelli solari si dividono in collettori piani (normalmente vetrati) o collettori a tubi sotto-vuoto:

  • Un pannello solare vetrato piano è costituito da:
    • una piastra captante di metallo di colore nero o di gomma speciale nera, con tubazione all’interno della quale circola il fluido termovettore;
    • un involucro metallico o di resina poliestere rivestito internamente di isolante termico;
    • una copertura trasparente (vetro antiriflesso).
  • collettori a tubo sottovuoto sono collettori in cui il fluido circola all’interno di una serie di tubi in cui è stato creato il vuoto pneumatico per garantire la resistenza del fluido al gelo a temperature inferiori ai -10°C. La cessione del calore avviene prevalentemente per irraggiamento e per aumentarne il rendimento normalmente i raggi solari vengono concentrati sui tubi tramite superfici riflettenti paraboliche. Il lo-ro rendimento è più’ elevato rispetto ai collettori piani vetrati, consentendo l’assorbimento di potenze termiche superiori a parità di superfici captanti o vicever-sa di adottare superfici ridotte a parità di energia termica assorbita

Con un buon pannello solare si raggiungono normalmente temperature del fluido di 60 – 70 °C, ampiamente sufficienti per produrre le modeste quantità di acqua calda necessarie per gli usi sanitari. Il riscaldamento di ambienti richiede invece impianti in grado di produrre notevoli quantità di acqua intorno a 50 “C. Quindi alle latitudini delle regioni dell’Italia settentrionale non è assolutamente proponibile l’integrale sostituzione di un impianto di riscaldamento tradizionale con uno esclusivamente basato sui pannelli solari termici. Mentre è invece possibile una proficua integrazione del riscaldamento nei mesi intermedi (ottobre/novembre e marzo/aprile).
Una soluzione ideale per l’utilizzo dell’energia termica prodotta dai pannelli solari è quella dei pannelli radianti annegati nel pavimento oppure a soffitto, che sono in grado di fornire un ottimo rendimento alla temperatura di soli 40 °C.

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L’impianto a pannelli solari

Un impianto a pannelli solari è sostanzialmente costituito da tre elementi:

  • il collettore ( o pannello solare)
  • l’impianto di distribuzione
  • il serbatoio di accumulo dell’acqua calda.

Il collettore, precedentemente descritto, non è altro che uno scambiatore di calore che trasferisce all’impianto di distribuzione l’energia termica captata dai raggi solari .
L’impianto di distribuzione, il cui rendimento è tanto maggiore quanto migliore è il suo isolamento termico, è percorso da una miscela di acqua e di additivi antigelo (glicole) oppure solo acqua (nel caso di pannelli sottovuoto) che hanno la funzione di migliorarne la conduttività termica e di abbassare la temperatura di congelamento.
L’acqua calda del circuito solare è in un circuito chiuso in pressione e può giungere a temperature dell’ordine dei 90/100 °C. Questa circola in un serpentino all’interno del serbatoio di accumulo dell’acqua calda (bollitore) cedendo calore all’acqua calda del circuito sanitario e/o dell’impianto di riscaldamento (tramite un ulteriore serpentino).
Un termostato differenziale (dotato cioè di una sonda nel collettore e una nel serbatoio, in modo da poter registrare la differenza di temperatura nei due luoghi) attiva una pompa che mette in moto il liquido dell’impianto di circolazione quando la temperatura del fluido termovettore supera un certo livello.
Se il serbatoio di accumulo è correttamente dimensionato e ben isolato termicamente, l’impianto è in grado di erogare acqua calda anche quando i pannelli solari non captano calore dal Sole.
In un buon impianto, il raffreddamento dell’acqua dopo 24 ore di totale mancanza di Sole è di circa 7°C: l’impianto deve dunque essere collegato a generatori di calore di tipo tradizionale che, in caso di maltempo prolungato, vengono automaticamente attivati da termostati. L’autonomia dell’impianto in caso di prolungato maltempo è di circa 3-4 giorni. Gli impianti solari termici si suddividono in impianti a circolazione naturale in cui l’acqua circola all’interno dei pannelli per moto convettivo naturale che la porta dalla zona più’ bassa (più’ fredda) alla zona più’ alta dove è posizionato il serbatoio. Sono impianti particolarmente semplici perché non ci sono pompe di circolazione e sono adatti per piccole utenze con consumo di sola acqua calda. La semplicità dell’impianto li rende particolarmente economici (con costi dell’ordine dei 750€ per mq di pannello installato). Altri impianti sono quelli cosiddetti a circolazione forzata in cui pompe di circolazione consentono di far circolare il fluido del circuito termico avendo il bollitore posizionato in qualsiasi posizione all’interno dell’edificio. Questo permette di dimensionare il bollitore con la massima libertà in funzione dell’utilizzo. Questi impianti sono gestiti tramite opportune centraline che possono comandare le pompe di circolazione e l’accensione della caldaia di integrazione in automatico.

Dimensionamento dell’impianto a pannelli solari

Per dimensionare un impianto di riscaldamento a pannelli solari occorrono i seguenti dati di partenza:

  1. il fabbisogno termico da soddisfare, espresso in J/giorno;
  2. il valore medio-mensile dell’insolazione del luogo in cui si vuole installare l’impianto, espresso in J/(m2 * giorno);
  3. l’efficienza di captazione (o rendimento) del pannello usato (da 0,5 a 0,75).

Moltiplicando l’efficienza di captazione del pannello per l’insolazione solare media mensile si ottiene la quantità di energia solare media che un metro quadrato di pannello può raccogliere in un giorno.
Normalmente gli impianti solari termici sono configurati in “kit” standard dimensionati sulla base dell’utilizzo (solo acqua calda o acqua calda più’ integrazione al riscaldamento) e sul numero di persone dell’utenza da fornire. Il parametro su cui è opportuno intervenire è l’inclinazione delle superfici captanti. Se non ci sono particolari vincoli paesaggistici nella zona di installazione, che obbligano a mantenere i pannelli termici complanari alla falda di installazione, alle latitudini del nord Italia è opportuno inclinare i pannelli con un angolo di “tilt” intorno ai 60° per massimizzare l’assorbimento solare nei mesi invernali in cui l’inclinazione dei raggi solari è inferiore e quindi a causa del ridotto numero di ore di soleggiamento è più’ problematico l’assorbimento termico. Sicuramente in estate (salvo prolungati periodi di maltempo) l’assorbimento sarà sovrabbondante rispetto alle normali esigenze.
Indicativamente per la produzione di sola acqua calda sanitaria (calcolando un consumo medio di 40/50 litri a persona al giorno) per una famiglia di 3-4 persone è sufficiente un impianto con una superficie di circa 3-4 mq di collettore piano con bollitore di 250-300 l. Il costo di un simile impianto è valutabile in circa 4000 € iva esclusa con tempo di ritorno dell’investimento, tenuto conto degli incentivi fiscali attualmente riconosciuti (detrazione IRPEF del 55%), di circa 6/7 anni.

Incentivi e detrazioni fiscali

Come noto l’installazione di pannelli solari termici in edifici esistenti è incentivata con una detrazione IRPEF del 55% sul totale della spesa complessiva di materiali e installazione (fino al massimo di 60.000 €). Con la finanziaria 2007 (comma 348) è stato abolito l’obbligo di allegare l’attestato di qualificazione energetica dell’intero edificio. E’ sufficiente allegare la certificazione di conformità del produttore di rispondenza alle norme UNI EN 12975 e 12976, rilasciato da organismo certificatore riconosciuto, e un certificato di ga-ranzia minimo di 5 anni sui collettori e sul bollitore e di 2 anni sui componenti elettronici. A questi l’installatore degli impianti deve aggiungere una autocertificazione di conformità dell’installazione alle indicazioni del costruttore e alla “regola dell’arte”. Si ricorda che tutta la pratica assume validità per la detrazione ESCLUSIVAMENTE dopo che è stato registra-to (con rilascio di opportuna ricevuta informatica) l’intervento sul portale dedicato dall’ENEA (http://finanziaria2008.acs.enea.it/ ). Con il solo codice della ricevuta informatica è possibile verificare i dati della pratica senza obbligo di registrazione al portale.

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