SISTEMI SOLARI TERMICI

LE RADIAZIONI SOLARI SULLA TERRA L'energia solare è la fonte primaria di energia sulla Terra, essa è l'energia radiante emessa dal Sole a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo solare, che producono radiazioni elettromagnetiche.

MERCATO MONDIALE DEL SOLARE TERMICO IL 76% del mercato è da attribuire alla Cina, mentre il secondo posto spetta all’ Europa; altri paesi come USA e Turchia, hanno appena iniziato a sfruttare il potenziale energetico del solare termico.

COSA SONO I PANNELLI SOLARI TERMICI I vantaggi: permettono di riscaldare l'acqua sanitaria per l'uso quotidiano senza utilizzare gas o elettricità. Si basano su un principio molto semplice: trasformare i raggi provenienti dal Sole in calore per il riscaldamento o la produzione di acqua calda che può arrivare fino a 70° in estate, ben al di sopra dei normali 40°-45° necessari per una doccia.

MOTIVI PER INSTALLARE UN IMPIANTO SOLARE TERMICO Non ci sono emissioni di CO2 , pertanto si evita l’ emissione dei gas effetto serra; Rappresentano il modo più efficiente ed economico per utilizzare energia rinnovabile; È una tecnologia affidabile, non necessitano di molta manutenzione e hanno un assorbimento energetico molto basso; Hanno una fonte di energia sempre disponibile e contribuisce al risparmio delle altre fonti convenzionali (gas, petrolio, ecc…).

TIPOLOGIE DI PANNELLI SOLARI Pannelli solari vetrati Pannelli solari sottovuoto Pannelli solari scoperti Pannelli ad aria

SOLARI VETRATI Sono composti dal pannello(in vetro) che assorbe e trattiene l'energia solare; Hanno un serbatoio di accumulo dell'acqua (o dell'aria); Si utilizzano in ogni stagione e per periodi lunghi; Sono resistenti e adatti ad integrare l'impianto di riscaldamento; I più semplici sono costituiti da un monoblocco con serbatoio e collettore insieme; Sono realizzati con tecnologie avanzate e complesse(per questo hanno un costo superiore rispetto ai pannelli non vetrati); Sono adatti in giardino o su terrazzi.

SOLARI SOTTOVUOTO Sono pannelli molto validi ma costosi e tecnologicamente sofisticati; Utilizzano le proprietà isolanti del sottovuoto riducendo le perdite di calore; Sono formati da tubi di vetro che contengono elementi assorbitori di calore; Hanno una pressione interna molto ridotta per limitare il passaggio di calore da parte dell'assorbitore; Sono adatti alla produzione di acqua calda sanitaria per edifici residenziali Garantiscono efficienza e un ottimo rendimento tutto l'anno a qualunque temperatura.

SOLARI SCOPERTI Sono senza vetro; Sono utilizzati prevalentemente in estate per scaldare piscine scoperte, nei campeggi, ecc; L'acqua viene canalizzata direttamente nei tubi del pannello dove diventa pronta all'utilizzo; Si tratta di pannelli molto economici ma necessitano di una temperatura di almeno 20°C. Non sono molto efficienti; Sono semplici da installare.

SOLARI AD ARIA Vengono utilizzati spesso per integrare il riscaldamento; In questo caso a circolare all'interno del pannello non è l'acqua bensì aria, che passa attraverso un intercapedine all'interno del quale viene riscaldata dal sole e fatta entrare nell'abitazione tramite condotti; Hanno una durata maggiore e riscaldano in tempi brevi.

QUANTI PANNELLI SOLARI SONO NECESSARI Il numero dei pannelli è determinato da: esigenze dell'utenza; dal clima del luogo; Un pannello termico della dimensione di un m2 riesce a soddisfare in media 80-130 litri d'acqua calda al giorno alla temperatura media di 40° (Il consumo medio di acqua calda per persona è di circa 30-50 litri). Pertanto un metro quadro di pannello dovrebbe soddisfare le esigenze d'acqua calda di 1-2 persone.

FUNZIONAMENTO Il principio su cui si basano i pannelli solari è semplice: il calore fornito dall'irraggiamento solare viene immagazzinato e trasmesso ad un fluido, aria o acqua, detto termo vettore che trasporta appunto il calore e che viene utilizzato per il riscaldamento di un ambiente o per produrre acqua calda. L'impianto solare è costituito da tre parti fondamentali: Il pannello solare in cui è presente un assorbitore di calore; Il collettore (simile ad un radiatore,) per mezzo del quale il calore assorbito dal sole viene trasferito all'acqua del serbatoio ; Il serbatoio di accumulo dell'acqua calda; Collegamenti idraulici ed elettrici.

IMPIANTI A CIRCOLAZIONE NATURALE Sfruttano le differenze di densità tra il fluido termovettore caldo e quello freddo: se viene scaldato dal sole questo tende ad andare verso l’alto perché la densità diminuisce, passa nel serbatoio collocato sopra il serbatoio trasferendovi calore per poi tornare nel collettore attraverso tubazioni di ritorno.

IMPIANTI SOLARI A CIRCOLAZIONE FORZATA Si tratta di un sistema a circuito chiuso, in cui il posizionamento dei collettori è completamente svincolato da quello dei serbatoi e la circolazione del fluido termovettore è assicurata dalla presenza di una pompa (circolazione forzata).

CIRCUITO SOLARE Tubazioni Assorbitore Valvole di sicurezza Pompa

ALTRE CARATTERISTICHE COLLETTORI RUOLO FUNZIONAMENTO ALTRE CARATTERISTICHE

RUOLO Il collettore è la forza motrice dell'impianto solare perchè è il mezzo con cui il fluido termovettore passa e viene riscaldato (tramite irraggiamento solare) e trasferito tramite il circuito in un serbatoio di accumulo.

FUNZIONAMENTO I collettori si distinguono per prestazioni,costi, costruzioni ed efficienza (relazione tra energia prodotta sottoforma di calore in uscita e quella in entrata per irraggiamento).

ALTRE CARATTERISTICHE Capacità termica→ comportamento del collettore quando si riscalda e si raffredda; temperatura di stagnazione→insolazione costante che produce un equilibrio tra captazione energetica e perdite di calore; superficie lorda; superficie di apertura; superficie assorbitore.

TIPOLOGIE DI COLLETTORI I collettori si differenziano per numerose caratteristiche: struttura e copertura assorbitori; circuitazione idraulica e perdite di carico; connessione,spessore e qualità dell’isolamento e del telaio; coperture guarnizioni e assemblaggio sistemi; aspetto estetico e durata in esercizio.

COLLETTORI PIANI STANDARD Assorbitore protetto da materiali isolanti(vetro a bassa riflessione, temprato e trasparente) cornici in zinco o alluminio telai in plastica zinco o acciaio.In Italia sono i più usati.

Riflettore artificiale in 3D RIFLETTORI I riflettori hanno la funzione di indirizzare una parte delle radiazioni verso l’assorbitore tramite riflessione(per le radizioni che altrimenti non colpirebbero l’assorbitore). Ne esistono di due tipi: Naturali; Artificiali. Riflettore artificiale in 3D Riflettore naturale

RIFLETTORI I riflettori naturali sono le nubi bianche nel cielo, acqua o aree di ghiaino bianco davanti al pannello. I riflettori artificiali sono piani o leggermente incurvati, sono posti sotto l'assorbitore e sono fatti da materiali lisci che respingono la sporcizia.

ASSORBITORE L’assorbitore il mezzo in cui avviene la conversione dell’energia luminosa del sole in calore. Il fluido termovettore circola nei canali dell’assorbitore e trasporta il calore generato nel Serbatoio di accumulo. L’efficienza dell’assorbitore dipende dalla capacità di trasmissione di calore che può dare al fluido termovettore.

MATERIALI ASSORBITORI Acciaio e acciaio inossidabile; Alluminio; Rame. Assorbitore in rame

STRUTTURE ASSORBITORI Assorbitori a serpentino; Assorbitori a tubo parallelo; Assorbitori nel quale il flusso passa su tutta la superficie.

ASSORBITORI In passato come strati assorbenti degli assorbitori si usavano vernici neri (per la grande capacità del colore di assorbire radiazioni a diverse lunghezze d’onda), oggi è più vantaggioso usare le “pellicole selettive” perché riducendo l’emissioni delle lunghezze d’onda delle radiazioni termiche riducono anche le perdite termiche migliorandone l’efficienza.

I FLUIDI TERMOVETTORI I fluidi termovettori devono soddisfare i seguenti criteri: Resistere fino alle massime temperature di stagnazione; Garantire una protezione antigelo; Garantire una protezione anticorrosione; Non essere tossici; Non essere eccessivamente viscosi per non sovraccaricare le pompe; Essere facilmente reperibili sul mercato ed avere un costo ridotto.

I FLUIDI TERMOVETTORI I criteri prima indicati vengono adeguatamente soddisfatti da una miscela di acqua e glicole (al 40% è sufficiente). A questa percentuale l’impianto funziona fino a –24°. Con una superiore il glicole diventerebbe troppo viscoso.

SERBATOI DI ACCUMULO I serbatoi di accumulo sono la “pila di calore” che separa il circuito primario (collettore-accumulatore) da quello secondario (accumulatore-utenza). Poiché i periodi di captazione non coincidono di solito con quelli di consumo, l’accumulo di calore è indispensabile, praticamente in tutti gli impianti termici solari.

MONTAGGIO A TERRA Il pannello montato a terra offre un notevole risparmio e permette di sfruttare l'area sottostante il collettore, tuttavia occorre non sottovalutare il rischio di danneggiamento.

MONTAGGIO SU TETTO La struttura di supporto per il pannello solare viene fissata sulla struttura di sostegno del tetto mediante staffe e tiranti. I collettori vengono poi fissati sulla struttura di sopporto per permettere il distanziamento dal tetto stesso. Il lavoro che questo tipo di montaggio comporta è meno complesso e quindi più economico, inoltre in caso di danneggiamenti i pannelli possono essere sostituiti facilmente.

MONTAGGIO SU TETTO Per realizzare installazioni coerenti è necessario montare il pannello con relativa inclinazione più opportuna. Ad esempio nei casi dei tetti inclinati a 22 gradi e rivolti verso sud la perdita di rendimento rispetto ad una inclinazione di 45 gradi è minima. I pannelli su tetto possono essere montati oltre che su tetti inclinati, a incasso e su tetto piano.

CRITERI D’ IGIENE PER L’ ACQUA SANITARIA Nei serbatoi solari le temperature raggiungono i 30-50 gradi: se l’ acqua sanitaria resta esposta a tali temperature per più di un giorno i batteri si riproducono in quantità estreme (la legionella è un batterio che nell’ acqua si riproduce rapidamente a determinate temperature).

UTILIZZI DEL SOLARE TERMICO Riscaldamento dell’acqua sanitaria ad uso domestico, alberghiero, ospedaliero; Riscaldamento dell’acqua ad uso industriale o agro-alimentare; Riscaldamento acqua delle docce (esp. Stabililimenti balneari, campeggi ...); Riscaldamento degli ambienti domestici (diretto o tramite pompa di calore, pannelli radianti a pavimento o a parete). Riscaldamento di acqua per piscine.

UTILIZZI DEL SOLARE TERMICO La variabilità della domanda di energia nel corso dell’anno, in opposizione con la disponibilità di energia solare ha spinto allo sviluppo dei cosiddetti sistemi combinati. Si tratta di impianti solari combinati che riscaldano l’acqua per usi sanitari e forniscono anche un contributo importante al riscaldamento degli ambienti. Tali sistemi si avvalgono di ampie superfici di captazione e utilizzano sistemi di accumulo dotati di elevato isolamento.

FINANZIARIA 2008 Detrazione fiscale del 55% sulla riduzione delle dispersioni termiche; Detrazione fiscale del 55% sulla costruzione di pannelli solari termici; Introduzione (su scelta dei comuni) di un aliquota al 4 per mille per chi installa impianti energetici da fonte rinnovabile; Possibilità di ripartizione della detrazione dai 3 ai 10 anni.

RENDIMENTO ANNUALE Occorre essere a conoscenza dell’ estensione della superficie collettore; Rapporto tra calore captato e trasferito all’impianto convenzionale e l’energia solare giunta sulla superficie del collettore (non vengono prese in considerazione le perdite nelle tubazioni esterne, nel serbatoio di accumulo, ecc …).

RAPPORTO CON LA CALDAIA A GAS I pannelli solari termici non sono un sostituto della caldaia ma un sistema complementare per ridurre il consumo di gas; È necessario integrare il solare collegandolo all'impianto termico esistente (soprattutto se si ha già una caldaia a gas a controllo elettronico); In molti casi è possibile collegare in serie il pannello solare e la caldaia in modo da far lavorare di meno quest'ultima e risparmiare sul consumo di gas; Integrare i due impianti vuol dire risparmiare mediamente il 50% sul consumo del gas e migliorare il funzionamento dei pannelli.

RAPPORTO CON I VECCHI SISTEMI Risp. energetico Risp. economico Riduzione CO2 Senza incentivi Incentivo solo IRPEF Incentivo IRPEF + fin. del 30% ELETTRICO 2.800 kWh/anno 450 €/anno  1.960 kg/anno 8 anni 6 anni 4 anni METANO 350 m3/anno 250 €/anno 665 kg/anno 14 anni 9 anni

VITA MEDIA DEI PANNELLI SOLARI La moderna tecnologia ha permesso di spostare la vita media di un impianto a 20 anni(25 utilizzando buoni componenti): corretta progettazione conforme al consumo calcolato; evitare tempi troppo lunghi di fermo dell’ impianto; pianificazione dettagliata e un uso di materiali di alta qualità(considerazione rapporto qualità/prezzo); supervisione attenta del progettista nella fase di installazione.

POSSIBILI DOMANDE e quando piove? quando è nuvoloso? di notte? L'acqua sanitaria riscaldata viene mantenuta in serbatoi coibentati per garantire un'autonomia per molte ore. I pannelli solari funzionano anche con poco sole, perché raccolgono calore sia dai raggi solari diretti che dall'irraggiamento diffuso. (Non si spiegherebbe altrimenti perché molti paesi europei con un livello di insolazione molto inferiore all'Italia abbiano già investito nei pannelli solari termici ...molto più del nostro paese del sole!).