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2 Energia solare2. Energia solare

Il sole e le caratteristiche dell’energia solare.

Sti d ll di ibilità itStima della disponibilità per un sito.

Solare termico: sistemi di captazione ed impieghi termici o a e e co s s e d cap a o e ed p eg e cdell’energia solare. Criteri di dimensionamento. Analisi economica

Solare Fotovoltaico

1a.a. 2010/11 - Fonti energetiche rinnovabili – E. Moretti

Il sole e lo spettro solarepEnergie derivate dall’energia solare

• Energia termica derivante dalla combustione del legnoaccrescimento dei vegetali dovuto alla fotosintesi clorofilliana,g ,energeticamente alimentata dalla radiazione solare

• Energia termica derivante dalla combustione di carbone,g ,idrocarburi, gas naturaleriserve di combustibili generate nel corso delle ere geologiche a seguito di processibi hi i i hi i fi i i ti t li i li tibiochimici e chimico-fisici avvenuti su vegetali e animali morti

• Energia idroelettricai l i l t l i d llenergia connessa al ciclo meteorologico delle acque

• Energia eolicati i i l t d ti i di ti t i i ti d ll di i lventi principalmente dovuti ai gradienti termici generati dalla radiazione solare

• Energia del moto ondosoonde generate dall’azione dei venti


Il sole e lo spettro solarepPosizione e moto del sole

Le prime determinazioni sul moto del sole furono ottenute da W Herschel nel 1783:Le prime determinazioni sul moto del sole furono ottenute da W.Herschel nel 1783:

• Moto rettilineo verso l’apice (punto della costellazione di Ercole) alla velocità di circa 20 m/s ;circa 20 m/s ;

• Moto di rivoluzione attorno al centro della galassia ad una velocità di circa 230 km/s

MOTO COMPLESSIVOMOTO COMPLESSIVO == MOTO SPIRALOIDEOMOTO SPIRALOIDEO

• Moto di rotazione attorno al proprio asse (inclinato di 7° sul piano dell’ellittica) con p p ( p )velocità di rotazione piuttosto bassa (2 km/s all’equatore) e variabile con la latitudine.

Il sole è in equilibrio meccanico per l’effetto dell’azione di due insiemi di forze q pcontrastanti:1. Pressione dei fluidi, che spingono verso l’esterno;2 Forza di gravitazione che spinge le masse verso il centro di gravità2. Forza di gravitazione, che spinge le masse verso il centro di gravità.

È presente anche un terzo insieme di forze, di entità ridotta ma paragonabile alle È presente anche un terzo insieme di forze, di entità ridotta ma paragonabile alle precedenti:precedenti: Pressione di radiazionePressione di radiazione


Tende a spingere le masse fluide verso l’esterno Dovuto all’azione dei fenomeni quantistici di assorbimento di radiazione

Il sole e lo spettro solarepStruttura interna

• Strato interno:diametro 500 000 km (80% del raggio nominalediametro 500.000 km (80% del raggio nominale alla fotosfera);Strato in cui avviene il fenomeno principale della

i d’ igenerazione d’energia;Il trasporto d’energia avviene per irraggiamento.

Strato convettivo:Strato convettivo:spessore 150.000 km (si arriva a coprire la quasi totalità del raggio nominale alla fotosfera);

La trasmissione del calore avviene per fenomeni di tipo convettivoLa trasmissione del calore avviene per fenomeni di tipo convettivo.• Fotosfera, cromosfera e corona = atmosfera solare

Fotosfera (Emette gran parte della potenza raggiante solare)o Spessore di circa 500 km;o Spessore di circa 500 km;o Temperatura superficiale = 5.875 K (leggi del corpo nero);o Irradiamento integrale = 63.500 kW/m2.

Cromosferao T = 4.000 K (colore rossastro);o Spessore medio di 7000 ÷10.000 km.

Corona o Può estendersi a distanze dal centro del sole dell’ordine di dieci volte il raggio.


Il sole e lo spettro solarepEmissione del sole

Interessa differenti fenomeni fisici Interessa differenti fenomeni fisici (stazionari, variabili, impulsivi o fortemente variabili)(stazionari, variabili, impulsivi o fortemente variabili)F d l ddi i iF d l ddi i iFondamentale suddivisione:Fondamentale suddivisione:

emissione stazionaria emissione stazionaria (indipendente dai cicli di attività solare;(indipendente dai cicli di attività solare;

emissione non stazionaria emissione non stazionaria comprende diverse comprende diverse componenti componenti

Emissione fotosfericaEmissione fotosfericacoincide con l’emissione fotosferica e cromosferica)coincide con l’emissione fotosferica e cromosferica)

pp pp((floresflores, facole, macchie, corona), facole, macchie, corona)


Il sole e lo spettro solarep

Riesce ad intercettare meno di 1/109 dell’energia solare emessaValore enorme se confrontato con la scala

d ll i i f bbi i i2 delle energie per i fabbisogni umaniDensità energetica incidente=1.350 W/m2

Potenza totale intercettata=171 x 106 GWPotenza mondiale consumata attualmentePotenza mondiale consumata attualmente Rapporto 1 a 10 000Rapporto 1 a 10 000Potenza mondiale consumata attualmente Potenza mondiale consumata attualmente = 15 x 10= 15 x 1033 GWGW


Rapporto 1 a 10.000Rapporto 1 a 10.000

La costante solareIntensità media della radiazione solare incidente

in direzione normale ad una superficie posta al di fuori dell’atmosfera terrestreposta al di fuori dell atmosfera terrestre

ω0 = 1353 W/m2

(corrispondente alla distanza media Terra – Sole)

Data radiazione solare Data radiazione solare

Variazioni di ωnel corso dell’anno

Data (W/m2) Data (W/m2)

1 Gennaio 1399 1 Luglio 1309

4 Gennaio 1399 3 Luglio 1309nel corso dell anno (variazione della distanza reale

4 Gennaio 1399 3 Luglio 1309

1 Febbraio 1393 1 Agosto 1313

1 Marzo 1378 1 Settembre 1329

Terra – Sole) 1 Aprile 1355 1 Ottobre 1350

4 Aprile 1353 5 Ottobre 1353

1 Maggio 1332 1 Novembre 13741 Maggio 1332 1 Novembre 1374

1 Giugno 1316 1 Dicembre 1392


Distribuzione spettrale dell’energia solare

Distribuzione spettrale dell’energia raggiante solare

esternamente all’atmosfera terrestre.

λ(μ)

ω(λ)(W/m2μ)

ω (da zero a λ)(W/m2)

λ(μ)

ω(λ)(W/m2μ)

ω (da zero a λ)(W/m2)(μ) (W/m μ) (W/m ) (μ) (W/m μ) (W/m )

0.15 0.07 0.008 0.65 1511 562.2

0.20 10.7 0.11 0.70 1369 634.3

0.25 70.4 2.63 0.75 1235 699.4

0.30 514 16.38 0.80 1109 758.0

0.35 1093 61.11 0.90 891 857.4

0.40 1429 118.1 1.00 748 940.2

0.45 2006 204.9 1.50 288 1172

0.46 2066 225.3 2.00 103 1265

0.50 1942 305.8 5.00 3.79 1346

0.55 1725 397.5 10.00 0.24 1352

0.60 1666 482.8 1000 zero 1353


MASSA D’ARIA AM

UNA CAUSA RIDUZIONE DELLA RADIAZIONE INCIDENTE

AM (Massa di Aria) è il rapporto tra il percorso medio compiuto dalla radiazione solare all’interno dell’atmosfera e quella percorsa quando il

sole è allo zenit

Alle 12:00 si ha un valore di AM

i 1pari a 19a.a. 2010/11 - Fonti energetiche rinnovabili – E. Moretti

DiffusivitàÈ responsabile delle differenze dell’intensità di radiazione che si producono nel cielo,

riconoscibile nel visibile dalla differenze di luminanza.riconoscibile nel visibile dalla differenze di luminanza. E’ una funzione continua di λ ed è causata dall’intercettazione della radiazione solare

da parte delle molecole d’aria, aerosol e vapor d’acqua disperse nell’atmosfera

mgp ⎤⎡acqua20

g

800polv760

p

diff )()()()(⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⋅⋅= λτλτλτλτ

ϕ

⎥⎦⎢⎣

• p= pressione• ϕ= concentrazione particelle• ϕ= concentrazione particelle• g= quantità d’acqua precipitabile• m= massa d’ariam massa d aria


Assorbimento

È rappresentabile con una funzione discontinua di λ che dipende principalmente d ll tità d ll t t d ll l l i t i h i ti l d lldalla quantità e dalla temperatura delle molecole asimmetriche, in particolare della

CO2 ed H2O presenti nell’atmosfera. Le bande di assorbimento dei componenti atmosferici dell’infrarosso risultano:

• la CO2 ha un massimo per λ= 2.71μm;il h f t bi t i i t tt l’i f• il vapore acqueo ha un forte assorbimento in quasi tutto l’infrarosso;

• HDO, l’acqua pesante (H e Deuterio) ha alto assorbimento tra 3-9 μm.• N e O assorbono nei raggi X;• N e O2 assorbono nei raggi X;• l’ozono O3 assorbe la radiazione ultravioletta, creando un vero e proprio

schermo protettivo.p

)()()()( λτλτλτλτ223

)()()( =)( ass COOHO λτλτλτλτ ⋅⋅


Distribuzione spettrale dell’energia solareω(λ) [W/m2 ]

λ [μ]ω(λ) [W/m2μ]

m=0 m=1 m=4 m=7 m=10

0.15 0.07 zero zero zero zero

0 20 10 70.20 10.7 zero zero zero zero


0.30 514 4.1 zero zero zero

0 3 1093 481 40 8 3 0 30.35 1093 481 40.8 3.5 0.3

0.40 1429 850 179 37.6 7.9

0.45 2006 1388 460 153 50.6

0.50 1942 1451 606 253 106

0.55 1725 1337 622 289 135

0.60 1666 1320 656 326 162

0.65 1511 1257 724 417 240

0.70 1369 1175 744 471 298

0.75 1235 1077 713 473 313

Distribuzione spettrale

0.80 1109 981 679 470 326

0.90 891 449 184 92.3 50.0

1.00 748 580 354 224 144Distribuzione spettrale

dell’energia raggiante solaresulla superficie terrestre per

di i l i d ll

1.50 288 151 88.3 60.2 39.4

2.00 103 69.9 36.1 17.9 6.5

5.00 3.79 2.78 1.71 1.00 0.54

diversi valori della massa d’aria.


1000 zero zero zero zero zero


Disponibilità di energia solaresulla superficie terrestre

L'energia solare disponibile sulla superficie terrestre è fortementeL energia solare disponibile sulla superficie terrestre è fortemente discontinua ed irregolare per le seguenti ragioni:

• Alternanza del giorno con la notte;• Variazione della posizione del Sole nel cielo e quindi variazione sia della

massa d'aria attraversata che dell'angolo di incidenza;• Dipendenza del coefficiente di trasparenza dell'atmosfera per l'energia

raggiante solare dalla composizione dell'aria (vapor d'acqua e inquinamento);raggiante solare dalla composizione dell'aria (vapor d'acqua e inquinamento);• Le condizioni astronomiche e climatologiche si modificano nel corso delle

stagioni;stagioni;• La massa d'aria attraversata dalla radiazione solare varia in funzione

dell'altitudine sul livello del mare;dell altitudine sul livello del mare;• Gran parte dei parametri citati sono influenzati dalla posizione geografica

della località considerata.


Stime di disponibilità di energia solareNon sempre sono disponibili misure dirette della radiazione solare per la localitàin esame, occorre allora supplire mediante il ricorso a modelli di calcolosemplificati:semplificati:

I=II=IDD+I+Idd+I+Iaa• ID= radiazione diretta attraversa il

I II IDD IIdd IIaaID radiazione diretta, attraversa il cielo senza essere deviata;

• Id=radiazione diffusa ddall’atmosfera;

• Ia= radiazione di albedo o rinvio multiplo, relative al contesto (corpi limitrofi, etc…).

La componente diretta dà il suo massimo apporto alla radiazione totale nelle ore centrali della giornata. In caso di oscuramento totale del cielo il suo contributo è praticamente nullopraticamente nullo.


Stime di disponibilità di energia solare

I=II=I +I+I +I+II=II=IDD+I+Idd+I+Iaa

In termini percentuali la totalità della radiazione incidente extraatmosferica (con copertura annuale media del cielo del 50%) viene ripartita nel modo seguente:copertura annuale media del cielo del 50%), viene ripartita nel modo seguente:

•30% raggiunge la terra come radiazione diretta;17% raggiunge la terra come radiazione diffusa;•17% raggiunge la terra come radiazione diffusa;

•14% assorbito dai costituenti atmosferici, in particolare vapore acqueo;•9% perduto verso lo spazio in conseguenza della diffusione dell’atmosfera;•30% rinviato nello spazio, di cui il 24% dalla parte superiore delle nubi ed il 6%

dalla superficie terrestre.16a.a. 2010/11 - Fonti energetiche rinnovabili – E. Moretti

ALBEDO


Parametri fondamentali relativi ll’ i lall’energia solare

Posizione del sole ed Angolo di incidenza

Potenza ed Energia disponibili


Angolo d’incidenza• Per descrivere la posizione del sole rispetto ad un punto P sulla superficie

terrestre è sufficiente, stabilito un sistema di riferimento quale quello deiti di li d fi i d lipunti cardinali, definire due angoli:

α (altezza del sole), angolo tra la retta sole-punto P ed il pianoorizzontaleorizzontale,γ (angolo azimutale), angolo tra due piani passanti per la verticale delluogo uno contenente il sole l'altro passante per il Sudluogo, uno contenente il sole, l altro passante per il Sud.

• Di conseguenza γ sarà uguale a zero quando il sole è sul piano meridiano, cioè amezzogiorno, e avrà valori positivi verso Ovest, negativi verso Est. Il complemento a 90° diα, cioè l'angolo tra la retta sole-punto e la verticale locale, è indicato come θz, ed è chiamatoangolo zenitale.


Angolo d’incidenza• Risulta che α, γ = f(punto

locale, giorno dell’anno n, oradel giorno h)

• Introducendo:L tit di φ– Latitudine φ

– Declinazione δ è l'angoloche la congiungente ilg gpunto di osservazione conil Sole forma con il pianoequatoriale;equatoriale;

– Angolo orarioIl diametro della Terra è estremamente piccolo rispetto alla distanza Terra – Sole;δ è praticamente indipendente dalla posizione del punto di osservazione sulla superficie terrestre e dipende soltanto dalla posizione della Terra nel suo moto di rivoluzione intorno al Sole;;Considerando un unico valore della declinazione per tutta la superficie terrestre, La declinazione è funzione del giorno dell’anno secondo la formula di Cooper:

)d98560(i4523δ )d9856.0(sin45,23=δ d = numero giorni passati dopo l’equinozio di primavera


Declinazione

δ = 0 quando n = 81cioè il 21 marzo Equinozio di primavera

δ = max = 23°27’ quando n = 172,25 cioè il 21-22 giugno Solstizio d’estate

δ = 0 quando n = 263,5 cioè il 20-21 settembre Equinozio d’autunno

δ i 23°27’ d 354 75 i è il 20 21


δ= min = -23°27’ quando n = 354,75 cioè il 20-21 dicembre Solstizio d’inverno

Angolo d’incidenzaPer mezzo delle informazioni geografico - astronomiche si individua la posizione del Sole nel cielo e si determina l'angolo di incidenza della radiazione solare sulla

superficie interessata

Z zenit: è il punto d'intersezione della sfera celeste con

superficie interessata δ = declinazione solare

Z zenit: è il punto d intersezione della sfera celeste conla verticale passante per l'osservatore;

N nadir: è il punto della sfera celeste diametralmente

Direzione dei raggi solariEquatore

popposto allo zenit;

P poli celesti: sono gli zenit dei poli terrestri; h = angolo orario

Traiettoria giornaliera

E equatore celeste: è il cerchio massimoappartenente alla sfera celeste e normale all'asseterrestre; Terra

SoleMeridiano

Traiettoria giornaliera del sole

;

C cerchio orario: è il cerchio massimo appartenentealla sfera celeste, normale all'equatore celeste epassante per il Sole;

Terra

φ = azimutpassante per il Sole;

M meridiano: è il cerchio massimo appartenente allasfera celeste che passa per i poli celesti e per lo zenit

β = altitudine

sfera celeste che passa per i poli celesti e per lo zenitdell'osservatore.

Rappresentazione degli angoli solari22a.a. 2010/11 - Fonti energetiche rinnovabili – E. Moretti

Angolo d’incidenza

β ltit di è l' l h l tt i t il sin β = sin δ sin L +• β, altitudine è l'angolo che la retta congiungente ilpunto di osservazione con il Sole forma con ilpiano orizzontale;

sin β = sin δ sin L + cos δ cos h cos L

• φ, azimut è l'angolo che il meridiano passante peril punto di osservazione forma con il cerchio

t il t di i il itδφ cos hsinsin −=passante per il punto di osservazione, il suo zenit

ed il Sole;

• δ declinazione è l'angolo che la congiungente ilβ

φcos

sin −=

• δ, declinazione è l angolo che la congiungente ilpunto di osservazione con il Sole forma con ilpiano equatoriale;

Δ• h, angolo orario è l'angolo che il meridianopassante per il punto di osservazione forma conil cerchio orario 4

mh Δ=

il cerchio orario. 4L = latitudine del punto di osservazione


L = latitudine del punto di osservazioneΔm = numero di minuti primi, dai quali l’istante considerato dista dal mezzogiorno solare

Angolo d’incidenzaSi consideri una superficie piana rivolta verso Sud e formante un angolo Si consideri una superficie piana rivolta verso Sud e formante un angolo δδ con il con il

piano orizzontale; sia piano orizzontale; sia ii l'angolo formato dalla radiazione incidente con la normale alla l'angolo formato dalla radiazione incidente con la normale alla superficie: l'angolo superficie: l'angolo ii può calcolarsi con la formula:può calcolarsi con la formula:

hcoscosCsinCicos δδ += hcos cosCsinCi cos 21 δδ +=In cui:In cui:

L osc sinL ins cosC1 γγ −=

L sin sinL cos cosC2 γγ +=2Esempio:valutazione dell’angolo di incidenza della radiazione solare il giorno 22 maggio alle ore 14:52 solari, g g gg ,di una superficie rivolta verso Sud ed inclinata di 30° rispetto al piano orizzontale

δ = 20.33°, h = 43°, L = 40°, γ = 30°C = 0 1736 C = 0 9848 cos i = 0 7357 i = 42 63°C1 = 0.1736, C2 = 0,9848 cos i = 0.7357 i = 42.63


Potenza ed Energia disponibiliSono stati svolti numerosi lavori scientifici per determinare algoritmi, a carattere

semi - empirico, che consentissero di correlare i dati di soleggiamento con l' i i t i id t ( i f l di S bb h d l 1973)l'energia raggiante incidente (prima formula di Sabbagh del 1973):

La potenza Wid incidente sopra una i fi i i è d t d

L’energia incidente in un giorno su un piano orizzontalegenerica superficie piana è data da:

( )SnlnBAH ⋅−=icosWW =un piano orizzontale

• H0 = energia totale incidente in un giorno( di il ) i i t l

( )SnlnBAH0 ⋅=icosnid WW =

• Wid = potenza incidente sopra una generica superficie piana

(media mensile) sopra un piano orizzontale[MJ/m2 giorno]

• S = valore medio mensile del numero diore giornaliere di insolazione;• Wn = potenza solare incidente in

direzione normale ai raggi solari (dipende dalla massa d’aria)

ore giornaliere di insolazione;• n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6, 5, 4, 3, 2, 1 per i

mesi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 (n = 1per il mese di gennaio ecc );( p )

• i = angolo di incidenzaper il mese di gennaio, ecc.);

• A = 1.75 [MJ/m2 giorno];• B = 0.6 [MJ/m2 giorno].


Fornisce valori eccessivi per paesi temperati (elevata latitudine)

Potenza ed Energia disponibiliFormula di Angstrom (1924), modificata da Page (1964) che tiene conto anche

della latitudine:

⎟⎞

⎜⎛ +=

DSCHH F ⎟⎠

⎜⎝

+=Z

CHH 00

• H0F = energia solare totale incidente in un giorno (media mensile) sopra un piano0 g g ( ) p p

orizzontale situato subito fuori dell'atmosfera terrestre [MJ/m2 giorno], esso dipendedalla latitudine;

• Z = valore medio mensile del numero di ore esprimente la durata del giorno;Z valore medio mensile del numero di ore esprimente la durata del giorno;• C, D =costanti arbitrarie, variabili con la situazione climatica; Duffie e Beckman, in

alcuni calcoli da loro effettuati, hanno considerato A e B costanti, ponendo A = 0.30, B= 0 340.34.


Potenza ed Energia disponibiliValori delle ore giornaliere di insolazione S e radiazione solare totale su un Valori delle ore giornaliere di insolazione S e radiazione solare totale su un

piano orizzontale Hpiano orizzontale H (media mensile) per diverse città italiane(media mensile) per diverse città italianepiano orizzontale Hpiano orizzontale H00 (media mensile), per diverse città italiane.(media mensile), per diverse città italiane.

Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre

STAZIONI S H0 S H0 S H0 S H0 S H0 S H0

ANCONA 2.4 4.2 3.7 7.2 4.7 11.2 6.7 16.5 8.6 20.1 9.0 21.4

BOLOGNA 2.8 4.7 3.6 6.9 4.7 10.3 6.2 15.8 7.7 18.3 8.6 19.9

S H0 S H0 S H0 S H0 S H0 S H0

10.4 22.1 9.5 19.6 7.1 14.9 5.2 9.8 2.5 4.9 2.1 3.6

9.6 20.0 8.6 17.4 7.0 13.2 4.8 8.6 2.0 4.2 2.0 3.4

BOLZANO 3.5 4.2 4.5 6.8 5.0 10.2 5.7 13.5 6.6 16.2 7.0 17.3

BRINDISI 4.2 5.2 5.1 7.7 5.5 10.5 7.1 14.9 9.1 18.1 10.0 19.5

CAGLIARI 4.5 6.6 4.7 8.9 6.2 12.7 7.2 16.1 9.0 19.6 9.5 20.3

7.7 17.4 6.9 15.1 6.1 12.1 4.9 7.9 2.8 4.2 2.8 3.2

11.2 19.8 10.4 17.9 8.3 13.7 6.6 9.5 4.4 5.9 3.5 4.3

10.7 21.8 10.2 19.2 8.3 14.9 6.3 10.7 4.3 6.8 3.6 5.1

GENOVA 4.1 4.6 4.5 6.6 5.4 10.2 6.3 13.9 7.6 17.0 8.4 18.7

MESSINA 3.7 5.5 4.9 8.3 5.5 11.0 7.0 15.0 8.3 18.0 9.5 20.4

MILANO 2.0 3.1 3.4 5.6 5.1 9.3 6.2 13.4 7.2 16.1 8.0 17.9

9.6 19.3 8.7 16.7 6.8 12.4 5.5 8.3 3.5 4.7 3.6 3.9

10.6 19.5 10.0 17.4 7.9 13.2 6.1 9.4 4.3 6.1 3.3 4.8

9.1 18.1 8.2 15.5 6.0 11.8 3.9 7.0 1.7 3.3 1.5 2.5

10 4 18 8 9 9 16 4 8 1 12 6 4 9 1 4 1 3 0 4 0NAPOLI 3.8 4.9 4.5 7.0 5.2 9.4 6.6 13.2 8.2 16.7 9.3 18.5

PESCARA 3.2 4.7 4.3 7.3 4.8 10.5 6.6 15.0 8.2 18.1 8.7 19.1

PISA 4.0 5.0 4.5 7.1 5.2 10.3 6.8 14.3 8.8 17.5 9.3 19.2

ROMA 4 3 6 0 4 7 8 3 6 6 12 0 7 0 16 2 8 6 20 0 9 4 21 8

10.4 18.8 9.9 16.4 8.1 12.7 6.4 9.1 4.1 5.5 3.0 4.0

10.2 19.9 9.5 17.4 7.4 13.2 5.7 9.1 3.6 5.4 2.7 4.0

10.7 19.9 9.4 16.9 7.5 13.6 6.0 9.2 3.5 5.2 3.0 3.9

10 8 22 3 9 9 19 5 8 1 14 9 6 4 10 6 4 1 6 2 3 3 4 8ROMA 4.3 6.0 4.7 8.3 6.6 12.0 7.0 16.2 8.6 20.0 9.4 21.8

TORINO 3.8 4.9 4.5 7.0 5.5 10.6 6.0 13.9 6.8 16.5 7.5 17.7

TRAPANI 4.5 6.6 5.2 9.1 6.5 12.9 7.8 16.0 9.4 19.6 10.2 20.8

TRIESTE 3.4 4.4 4.0 6.3 4.8 10.2 6.2 14.0 7.8 17.4 8.2 18.2

10.8 22.3 9.9 19.5 8.1 14.9 6.4 10.6 4.1 6.2 3.3 4.8

8.4 18.0 7.4 15.9 5.5 11.7 4.5 7.8 2.9 4.5 3.2 3.9

11.6 21.5 10.5 19.1 8.6 15.4 7.0 11.1 5.4 3.0 4.2 5.7

9.8 19.3 8.8 17.3 7.1 13.1 5.8 9.2 2.8 4.7 2.8 3.8

VENEZIA 2.9 4.0 3.6 6.1 5.0 10.2 6.1 12.3 8.0 18.3 8.4 19.1


9.6 20.0 8.7 17.1 6.9 12.8 5.3 8.6 2.5 4.1 2.7 3.4

Potenziale solare per il Comune di PerugiaM di il d ll di i l t t l i li fi i i t l ( l/( iMedia mensile della radiazione solare totale giornaliera su superficie orizzontale (cal/(giorno

cm²), per la stazione di Perugia-S. Pietro, per i diversi anni del periodo 1973-1995.Anno Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic

1973 123,9 174,1 281,2 329,5 478,7 499,4 522,8 453,4 353,2 252,3 153,7 113,4 311,3

1974 135,6 202,6 294,7 316,8 420,0 463,0 533,2 484,5 356,0 208,2 154,1 116,5 307,1

1975 138,1 217,5 200,1 337,1 374,7 401,9 575,6 364,0 296,9 231,9 133,1 116,0 282,2

1976 140 9 204 4 293 1 301 7 422 5 436 0 396 8 360 1 235 8 211 8 113 5 97 8 267 91976 140,9 204,4 293,1 301,7 422,5 436,0 396,8 360,1 235,8 211,8 113,5 97,8 267,9

1977 88,8 137,8 239,7 356,6 405,7 434,3 454,6 337,7 319,8 215,9 121,6 105,8 268,2

1978 98,5 124,7 218,6 241,1 320,0 391,7 419,9 356,6 313,7 216,7 175,2 74,8 246,0

1979 98,2 127,1 174,1 274,8 440,0 386,3 401,1 372,5 296,0 201,8 132,9 82,2 248,9

1980 83,1 205,6 207,6 283,2 264,2 367,3 415,7 359,0 326,6 185,4 105,9 83,6 240,6

1981 131,6 183,7 214,4 353,1 407,7 442,3 469,0 435,3 307,9 284,5 136,0 81,7 287,3

1982 108,4 200,9 241,5 382,1 426,1 466,1 468,9 424,4 330,6 213,1 134,9 81,2 289,8

1983 117,9 153,9 231,0 336,7 404,6 444,5 484,7 407,6 334,7 238,6 144,1 99,9 283,2983 7,9 53,9 3 ,0 336,7 0 ,6 ,5 8 ,7 07,6 33 ,7 38,6 , 99,9 83,

1984 103,6 153,9 239,1 307,2 298,3 475,5 548,9 410,8 278,3 204,4 141,6 115,8 273,1

1985 114,7 160,5 237,4 351,2 417,3 491,9 531,9 490,0 406,2 245,5 119,5 110,7 306,4

1986 126,9 162,5 218,7 292,5 500,5 463,3 540,2 516,2 377,9 272,4 166,1 121,7 313,2

1987 117,6 146,9 298,2 397,9 421,9 545,3 482,2 470,6 376,6 203,3 129,1 80,5 305,8

1988 123,0 182,5 265,6 337,6 378,3 432,5 527,6 449,1 344,8 231,0 151,8 117,8 295,1

1989 149,5 201,8 305,8 253,7 456,1 437,6 407,2 437,2 323,2 262,3 150,8 121,5 292,2

1990 143,2 216,2 294,7 328,5 464,6 449,7 507,5 439,4 288,5 216,6 148,8 101,5 299,9

1991 157,4 190,9 268,1 330,8 338,6 553,7 507,4 463,0 344,7 219,5 114,2 178,0 305,5

1992 127,8 203,8 263,1 319,3 456,8 380,1 486,1 483,6 360,6 154,7 120,5 98,8 287,9

1993 117,3 231,7 306,3 324,4 458,9 454,6 469,9 450,8 321,5 205,8 124,0 100,0 297,1

1994 126 7 191 4 332 0 290 8 433 2 461 7 502 4 469 8 300 3 241 5 141 9 98 1 299 21994 126,7 191,4 332,0 290,8 433,2 461,7 502,4 469,8 300,3 241,5 141,9 98,1 299,2

1995 109,7 170,9 243,4 324,5 378,2 455,9 495,9 345,2 290,9 266,5 149,1 99,0 277,4

Media 121,0 180,2 255,1 320,5 407,3 449,3 484,8 425,3 325,4 225,4 137,5 104,2 286,3


Potenziale solare per il Comune di Perugia

Giorno medio mensile dell'energia solare incidente, valutata sia con la

25

gregressione di Angstrom-Page che con le medie aritmetiche

20

15

gio

rno

10

MJ/

m² a

l

5

0Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic

Mese H Angstom-Page H Medio


Mappe delle risorse solariLe mappe su scala globale sono state realizzate dal Centro Ricerche NASA

Langley (Hampton, Virginia, USA) nell’ambito del progetto SSE (SurfaceMeteorology and Solar Energy).

Queste sono il risultato finale di modelli, che impiegando misurazioni satellitari ed altri dati come input, sono in grado di stimare varie grandezze

meteorologiche caratteristiche. In questo modo, si sono ottenuti dati anche per quelle aree remote,

particolarmente nei Paesi in via di sviluppo, non dotate di stazioni di monitoraggio a terra.

I d ti di i i t ti i t l ti di i li h i l’i tI dati a disposizione sono stati interpolati su di una griglia che ricopre l’intero globo terrestre, con celle aventi estensione pari ad un grado di latitudine ed

uno di longitudine (68400 punti).

I parametri presi in considerazione ai fini della redazione delle mappe sono: I parametri presi in considerazione ai fini della redazione delle mappe sono: •• Energia radiante solare incidente in un giorno sul piano orizzontale Energia radiante solare incidente in un giorno sul piano orizzontale

[kWh/[kWh/ 22/ i ]/ i ][kWh/m[kWh/m22/giorno];/giorno];•• Energia radiante solare massima [kWh/mEnergia radiante solare massima [kWh/m22/giorno];/giorno];•• Numero di giorni con cielo sereno (percentuale di cielo coperto inferiore al 10%);Numero di giorni con cielo sereno (percentuale di cielo coperto inferiore al 10%);•• Velocità del vento [m/s];Velocità del vento [m/s];•• Direzione del vento [Direzione del vento [°°];];•• Distribuzione in frequenza della velocità del vento (negli intervalli 7Distribuzione in frequenza della velocità del vento (negli intervalli 7--10 m/s e 1110 m/s e 11--q ( gq ( g 0 /0 /

14 m/s).14 m/s).


Mappe delle risorse solariCarta dell’energia radiante su scala mondialeCarta dell’energia radiante su scala mondiale

(mese di gennaio)(mese di gennaio)

(mese di agosto)(mese di agosto)


Mappe delle risorse solariCarta della massima energia radianteCarta della massima energia radiante

( di i )( di i )(mese di gennaio)(mese di gennaio)

(mese di agosto)(mese di agosto)(mese di agosto)(mese di agosto)


Mappe delle risorse solariEnergia radiante globale su piano orizzontale - valore

medio annuale (Wh/m2giorno)Wh/m2/giornoWh/m2/giorno

© European Commission, DG - Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability - Renewable Energies Unit (Photovoltaics and GIS) © European Commission, DG - Joint Research Centre, Institute for Environment and Sustainability - Renewable Energies Unit (Photovoltaics and GIS)


STIMA RADIAZIONE SOLARE

I Valori di Radiazione si possono ottenere:I Valori di Radiazione si possono ottenere:

• Approssimati (tabelle, abachi)

• Stima dell’energia su piano orizzontale in baseSt a de e e g a su p a o o o ta e basealla Latitudine del sito secondo i dati riportati nellanormativa UNI 10349 (UNI 8477)normativa UNI 10349 (UNI 8477)

• In base a dati storici (misure reali)


Mappe solari (agosto 2008)

http://www.photon-online.it/


p pValori globali mensili in kWh/m2

Mappe solari (anno 2009)


Radiazione solare

ENERGIA MEDIA GIORNALIERA


Radiazione solare ( UNI 10349)


Radiazione solare

La quantità di energia solare incidente in un piano dipende:

• A) dall’inclinazione del piano (Tilt).

• B) dall’orientamento (Azimut)• B) dall orientamento (Azimut).


IMPIEGO DELL’ENERGIA SOLAREIMPIEGO DELL ENERGIA SOLARE

ENERGIA TERMICACollettori solari termici per la produzione di acqua caldaCollettori solari termici per la produzione di acqua calda

PANNELLI FOTOVOLTAICIPANNELLI FOTOVOLTAICIPer la conversione diretta dell’energia raggiante in potenzaelettrica


Solare termico: introduzione

• Tecnologia che permette lo sfruttamento della radiazionesolare per produrre (o risparmiare) energia attraverso ilsolare per produrre (o risparmiare) energia attraverso ilriscaldamento di un fluido;

• Un collettore solare consiste in una piastra captante che,grazie alla sua geometria e alle proprietà della sua

fi i b i l l t i lsuperficie, assorbe energia solare e la converte in calore.• Tale energia viene poi inviata ad un fluido termovettore che

circola all’interno del collettore stesso.• Esistono tre principali tipologie di collettori solari:s sto o t e p c pa t po og e d co etto so a

piani; Bassa Ta concentrazione. Medio-alta T


Solare termico: introduzione

• Solare termico a bassa temperatura, il termine include sistemi diriscaldamento dell’acqua e/o dell’aria (per usi sanitari e riscaldamento diriscaldamento dell acqua e/o dell aria (per usi sanitari e riscaldamento diambienti),

SISTEMI SOLARI ATTIVI AD ACQUA (BASSA TEMPERATURA): Q ( )elementi caratteristici

collettore solare piano, o assorbitore di calore, è il pannello vero e proprio. ècollettore solare piano, o assorbitore di calore, è il pannello vero e proprio. èuna lastra al cui interno scorre un fluido termovettore (ad esempio acqua eglicole propilenico, atossico e antigelo).serbatoio (o accumulatore o boiler solare) termicamente isolato per evitaredispersioni di calore, se possibile posizionato in modo che l’acqua riscaldatasia nella parte più alta del serbatoio proprio dove avviene il prelievosia nella parte più alta del serbatoio, proprio dove avviene il prelievo,consentendo in tal modo un significativo miglioramento del rendimentoenergetico globale del sistema.g g

circuiti di collegamento e dispositivi di regolazione e controllo.


COLLETTORI A CAPTAZIONE DIRETTA

Telaio con guernizione

Cristallo l

Cassa

Cristallo Isolante


Indici di Riferimento

Wrr

W W WWi = Wa + Wr + Wt Wi Wa Wt1 = a + r + t

-coefficiente di riflessione r = Wr / Wi-coefficiente di assorbimento a = Wa / Wi-coefficiente di assorbimento a = Wa / Wi-coefficiente di trasparenza t = Wt / Wi


Solare termico: Pannelli pianiDescrizione

funzionafunziona dada schermoschermo didi radiazioneradiazione perperLastra di vetro:Lastra di vetro:

funzionafunziona dada schermoschermo didi radiazioneradiazione perperl'energial'energia raggianteraggiante emessaemessa dalladalla lastralastraassorbente,assorbente, poichépoiché questaquesta energiaenergia èè inin grangranparteparte distribuitadistribuita susu lunghezzelunghezze d’ondad’onda >>parteparte distribuitadistribuita susu lunghezzelunghezze d ondad onda >>33÷÷44μμmm allealle qualiquali lala trasparenzatrasparenza deldel vetrovetro èèpraticamentepraticamente egualeeguale aa zerozero..

limitalimita ilil calorecalore dispersodisperso perper convezioneconvezione,,poiché,poiché, all'internoall'interno delladella intercapedineintercapedine frafralastralastra didi vetrovetro ee lastralastra assorbente,assorbente, l'arial'aria sisitrovatrova adad unauna temperaturatemperatura piùpiù elevataelevata didiquellaquella dell'ariadell'aria esternaesterna eded inoltreinoltre sisi muovemuovequellaquella dell ariadell aria esternaesterna eded inoltreinoltre sisi muovemuovesolosolo perper convezioneconvezione naturalenaturale;;

proteggeprotegge lele partiparti metallichemetalliche dall'azionedall'azioneproteggeprotegge lele partiparti metallichemetalliche dall azionedall azioneaggressivaaggressiva deglidegli agentiagenti atmosfericiatmosferici..


Solare termico: Pannelli pianiDescrizione

nn materialemateriale inin gradogrado didi prod rreprod rre l'effettol'effettoLastra di vetro:Lastra di vetro:

•• unun materialemateriale inin gradogrado didi produrreprodurre l'effettol'effettoserraserra::•• moltomolto trasparentetrasparente perper lunghezzelunghezze d'ondad'onda

inferioriinferiori aa 22÷÷33μμmm;;•• fortementefortemente assorbenteassorbente (o,(o, megliomeglio ancora,ancora,

riflettente)riflettente) perper lunghezzelunghezze d'ondad'onda maggiorimaggiori..)) pp gg gggg

Materiale Trasparenza Caratteristiche

B i li iTeflon 90%

Bassa resistenza agli agenti atmosferici, poco robusto, basso

costo

Tedlar 95% Resistente alle alte temperature, ingiallisce facilmente

Mylar 87% Degenera rapidamente con l’esposizione ai raggi UV

Basso costo buona durata elevataSun-lite 90% Basso costo, buona durata, elevata temperatura


Pannelli pianiDescrizione

Lastra assorbente:Lastra assorbente:•• unun elevatoelevato coefficientecoefficiente didi•• unun elevatoelevato coefficientecoefficiente didi

assorbimentoassorbimento mediomedio aass perper l'energial'energiaraggianteraggiante solaresolare;;bb i ii i ifiifi llll•• bassabassa emissioneemissione specificaspecifica εεll allaallatemperaturatemperatura didi esercizioesercizio

a a = 1

Andamento ideale del coefficiente di assorbimento spettrale a delassorbimento spettrale a del

materiale perfetto per una lastra assorbente di un collettore solare

1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)


SEZIONE COLLETORE PIANO

Isolamento termicoLastre in poliuretano

Tra lastre assorbente e poliuretano vengono predisposti isolanti a fibre mineraliA stagnazione i collettori possono raggiungere temperature di

50

A stagnazione i collettori possono raggiungere temperature di 200°C

a.a. 2010/11 - Fonti energetiche rinnovabili – E. Moretti

Rendimento ηc del collettore solareINCIDENTE

RIFLESSA

ASSORBITAASSORBITA

PERSA

Cassa

Cristallo Isolante


Rendimento di un collettore solare

W WWWu

WW

=η pau WWW −=iW

Wu potenza utile

i i idWi potenza incidente

Wa potenza assorbita p

Wp potenza persa


Pannelli pianiRendimentoRendimento

L'energia utile Eu trasferita al fluido vettore è minore g udell'energia assorbita Ea;

questa, a sua volta, è minore dell'energia incidente Ei .q g i

La differenza fra La differenza fra EiEi ed ed EaEa è dovuta a:è dovuta a:

• riflessione del vetro protettivo;• assorbimento del vetro protettivo;• assorbimento del vetro protettivo;• riflessione della superficie assorbente.

La differenza fra La differenza fra EuEu ed ed EaEa è dovuta a:è dovuta a:•• emissione per temperatura della superficie assorbente; emissione per temperatura della superficie assorbente; p p pp p p•• convezione dalla superficie assorbente all'aria;convezione dalla superficie assorbente all'aria;•• conduzione attraverso lo strato isolante ed i collegamenti conduzione attraverso lo strato isolante ed i collegamenti

fra lastra assorbente e supporto. fra lastra assorbente e supporto. 53a.a. 2010/11 - Fonti energetiche rinnovabili – E. Moretti

Potenza Assorbita Wa

Wi t x Wi a x t x WiWi t x Wi a x t x Wi

WaWa

Vetro Lastra assorbente


pau WWW −= Conducibilità Termica

POTENZAPOTENZA ASSORBITAASSORBITA

( )ais TTW −=

λk ( )a

is TTW −=λ

k

POTENZAPOTENZA ASSORBITAASSORBITA ––POTENZAPOTENZA PERDUTAPERDUTA

WWaa == potenzapotenza assorbitaassorbitaWW == potenzapotenza termicatermica

( )

( )aissk ( )aissk Spessore isolanteWWcc == potenzapotenza termicatermica

cedutaceduta daldal collettorecollettoreall'ariaall'aria perper

( )ac TTHW −= 1convezioneconvezione;;

WWrr == potenzapotenza radianteradianteemessaemessa daldal

( )arr TThW −= Temperatura media collettore

collettorecollettore;;WWkk == potenzapotenza termicatermica

trasmessatrasmessa daldal( )arrtrasmessatrasmessa daldal

collettorecollettore perperconduzioneconduzione..

))(/( arck TThHsWWW −++=++ λ


Wu

WW

=η

WWWW

iW

i

krca

WWWWW −−−

=η

( )( )aisisr1 TTs/hHta −++=

λη

i

( )i

ss Wta −=η


Pannelli pianiRendimentoRendimentoRRendimento istantaneo di un pannello solare piano in funzione endimento istantaneo di un pannello solare piano in funzione

della differenza di temperatura per diversi valori di Wdella differenza di temperatura per diversi valori di Wii..

( )( )aisisr1 TTs/hHta −++−=

λη

p pp p ii

iss W

taη

diminuisce linearmente all'aumentare della differenzadiminuisce linearmente all'aumentare della differenzaηη diminuisce linearmente all'aumentare della differenza diminuisce linearmente all'aumentare della differenza cioè della temperatura del fluido riscaldatocioè della temperatura del fluido riscaldato convezione convezione dalla superficie assorbente all'aria;dalla superficie assorbente all'aria;dalla superficie assorbente all aria;dalla superficie assorbente all aria;

Il massimo di Il massimo di ηη si verifica per T = Tsi verifica per T = TaaIl rendimento diventa eguale a zero quandoIl rendimento diventa eguale a zero quando TT raggiunge ilraggiunge ilIl rendimento diventa eguale a zero quando Il rendimento diventa eguale a zero quando TT raggiunge il raggiunge il

valore massimo, che è pari a:valore massimo, che è pari a:

W

isisr1

issamax s/hH

WtaTTλ++

+=


isisr1

Pannelli piani

aass = 0.9; = 0.9; tt 0 90 9ttss = 0.9;= 0.9;HH11 = 2.5 W/m2= 2.5 W/m2°°C;C;hh = 3 5 W/m2= 3 5 W/m2°°C;C;hhrr = 3.5 W/m2= 3.5 W/m2°°C; C; ssisis = 0.05 m; = 0.05 m; λλ = 0 05 W/= 0 05 W/mm°°CCλλisis = 0.05 W/= 0.05 W/mm CC..


COLLETTORI A CONCENTRAZIONE


Collettori parabolico-cilindrici

Caratteristiche geometriche

Sezione con piano normale all’asse f lfocale

F = fuoco della parabola;AB = corda della parabola.AB corda della parabola.

collettore parabolico a fuoco corto

collettore parabolico a fuoco lungo

collettore parabolico a doppio specchio

collettore sferico


Collettori parabolico-cilindriciI collettori parabolico - cilindrici presentano il vantaggio che il fluido vettore raggiunge temperature più elevate (si arriva anche a 600-700°C); a questo

risultato positivo tuttavia si uniscono diversi inconvenienti che sono:• necessità di un dispositivo meccanico di orientazione della parabola in modo che

questa segua il moto apparente del Sole ed i raggi solari incidano sempre in direzione( f

risultato positivo tuttavia si uniscono diversi inconvenienti, che sono:

normale alla corda (dispositivo a funzionamento discontinuo;• necessità di una lavorazione sofisticata degli specchi parabolici, affinché il

funzionamento reale approssimi quello teorico (assicurare che la geometria non si modifichinell'arco di vita dell'impianto;

• per il rispetto del funzionamento ottico, l'asse del tubo deve coincidere con l'asse focalee questa situazione si deve conservare inalterata nel tempo;q p ;

• se i paraboloidi non sono protetti, gli agenti atmosferici sporcano gli specchi, con rapidadiminuzione dell'efficienza ottica, a meno di non ricorrere a frequenti operazioni di pulizia,con incremento dei costi di gestione;con incremento dei costi di gestione;

• a meno di non dotare i paraboloidi di un doppio movimento di orientazione, costoso e didifficile realizzazione, i raggi incidenti sono ortogonali al piano di chiusura che siappoggia sulle corde delle parabole soltanto due giorni per ogni anno Negli altri giorniappoggia sulle corde delle parabole soltanto due giorni per ogni anno. Negli altri giorni,variando l'altitudine del Sole, l'incidenza sarà obliqua.

• Sono dispositivi di captazione relativamente sofisticati e costosi;• si prestano ad applicazioni di un certo rilievo tecnico ed economico mentre non• si prestano ad applicazioni di un certo rilievo tecnico ed economico, mentre non

sembrano adatti, allo stato attuale delle tecnologia, a fasce di applicazioni menoselezionate.


Collettori parabolico-cilindriciRendimento istantaneoRendimento istantaneo

kWWWW −−−

i

krca

WWWWW

=η

I termini della precedente assumono forme differenti al caso di pannelli solari piani:I termini della precedente assumono forme differenti al caso di pannelli solari piani:

( )( )TThHd +π ( )( )i

ar1sss W

TThHDdrat −+

−=πη

iWDConfrontandola con l’equazione del rendimento per pannelli piani si osserva:Confrontandola con l’equazione del rendimento per pannelli piani si osserva:q p p pq p p p

•• nei collettori parabolici si devono portare in nei collettori parabolici si devono portare in conto le perdite dovute alla conto le perdite dovute alla riflessione riflessione sugli specchi parabolici (compare il termine sugli specchi parabolici (compare il termine rsrs < 1);< 1);g p p ( pg p p ( p ))

•• nei collettori parabolici nei collettori parabolici non si considerano le perdite per conduzionenon si considerano le perdite per conduzione;;•• ilil terminetermine sottrattivosottrattivo èè moltiplicatomoltiplicato perper ilil rapportorapporto ππd/d/DD,, cheche puòpuò essereessere

notevolmentenotevolmente minoreminore didi unouno eded èè comunquecomunque unun parametroparametro didi progettoprogetto deldelnotevolmentenotevolmente minoreminore didi unouno eded èè comunquecomunque unun parametroparametro didi progettoprogetto deldelcollettorecollettore sulsul qualequale èè possibilepossibile intervenireintervenire..


Collettori parabolico-cilindriciRendimento istantaneoRendimento istantaneo

RRendimento istantaneo di un pannello parabolico endimento istantaneo di un pannello parabolico -- cilindrico in cilindrico in funzione della differenza di temperatura per diversi valori di Wfunzione della differenza di temperatura per diversi valori di Wii..

aass = 0.9; = 0.9; ttss = 0.9;= 0.9;ttss 0.9; 0.9;rrss = 0.9= 0.9D/D/dd = 10= 10ηηmaxmax = 0.73= 0.73HH11 = 4.0 W/m= 4.0 W/m22°°C C 11


Collettori parabolico-cilindrici• Dal confronto tra pannelli piani e

per pannelli parabolico cilindricisi conclude che per otteneresi conclude che, per ottenerevalori elevati della differenza ditemperatura, il ricorso aicollettori concentratori èinevitabile.

• La figura fornisce valori di η• La figura fornisce valori di ηapprossimati per difetto, inquanto si è considerato hrrcostante e pari ad un valoremedio nel campo di temperatureconsiderato Confrontando laconsiderato. Confrontando lavariabilità di hr con latemperatura, ovvero calcolandoWr , si otterrebbero degliandamenti del tipo di quelloindicato in figura per Wi = 800

Rendimento Rendimento collettori collettori indicato in figura per Wi = 800

W/m2 (linea tratteggiata).pianipiani


Pannelli pianiRecenti sviluppiRecenti sviluppi

ENEA ed ENEL sviluppando il progetto ArchimedeENEA ed ENEL sviluppando il progetto Archimede(tecnologia dei collettori parabolico lineari accoppiati (tecnologia dei collettori parabolico lineari accoppiati

ad un ciclo combinato gasad un ciclo combinato gas--vaporevapore))


Tipologie di pannelli piani

• PANNELLI SCOPERTI: sono costituiti da tubi o strisce dimateriale plastico opaco e scuro o gomme speciali, per consentiremateriale plastico opaco e scuro o gomme speciali, per consentireil massimo assorbimento della radiazione. Assenza di elementivetrati. Svantaggi: rendimenti non molto elevati, vita operativamodesta; vantaggi: costi ridotti Impiegati nelle piscine o casemodesta; vantaggi: costi ridotti. Impiegati nelle piscine o casevacanze.

• PANNELLI VETRATI: La maggior parte dei pannelli solari pianigg p p pproduce temperature fino a 70 °C al di sopra della temperaturaambiente ed è adatta per il riscaldamento dell’acqua edell’ambientedell ambiente.

• PANNELLI EVACUATI: sono composti da una schiera di tubiti tt t i l i t t tposti sottovuoto parziale in vetro, ognuno contenente un

assorbitore. Grazie alle proprietà isolanti dello spazio a vuotoparziale, le perdite di calore sono molto basse e si possonoraggiungere anche temperature fino a circa 100 °C al di sopra dellatemperatura dell’ambiente. Perciò questi pannelli sonoparticolarmente adatti per utilizzi a temperature più elevate. Hannop p p pinoltre la caratteristica di avere una resa istantanea, nei periodiautunnali e invernali, più alta rispetto ai collettori solari piani.


Collettori a Tubi evacuati o sottovuoto


Collettori a Tubi evacuati o sottovuoto

N° ELEMENTON ELEMENTO1 Vetro protettivo esterno2 Volume senza aria2 Volume senza aria3 Rivestimento4 Assorbitore4 Assorbitore5 Lastra metallica conduttrice6 Ingresso acquag q7 Uscita acqua8 Superficie riflettente (CPC)p ( )


EfficienzaPiastra non vetrata 300 450 kWh/mq a 180 200 €/mqPiastra non vetrata 300 - 450 kWh/mq a 180 - 200 €/mqPiastre vetrate 600 - 700 kWh/mq a 220 - 400 €/mqTubi evacuati 600 800 kWh/mq a 500 900 €/mq

69

Tubi evacuati 600 - 800 kWh/mq a 500 - 900 €/mq


Pannelli a superficie selettiva• a superficie non selettiva: la superficie dell'assorbitore di calore non subisce

nessun trattamento specifico, ma viene semplicemente verniciata in nero, permeglio trattenere i raggi solari. Il loro rendimento è inferiore rispetto a quelliselettivi, è consigliata per le case abitate in brevi periodi

fi i l tti i è l' bit di l è t i t d• a superficie selettiva: cioè l'assorbitore di calore è potenziato da untrattamento effettuato con prodotti che consentono al pannello di tratteneremaggiormente il calore, riducendo al tempo stesso l’emissione; questamaggiormente il calore, riducendo al tempo stesso l emissione; questatipologia di pannelli è maggiormente indicata per le case dove si risiedeabitualmente o per un utilizzo di almeno 10 mesi all'anno. Sono in grado di

d ld i l d ll' i d i t tprodurre acqua calda in qualunque mese dell'anno, raggiungendo in estateanche punte di 80-90°C.

aAlfa

a1 Rame non trattato 5%

Verniciatura nera 15%Verniciatura nera 15%

Trattamento al cromo 85%


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)

Cr e Ni 95%

Principali applicazioni del solare termico a bassa Tbassa T

• produzione acqua sanitaria: possono arrivare a produrre anche il 95% delp q p pfabbisogno di acqua calda sanitaria di un'abitazione. Particolarmenteconvenienti sono le applicazioni per alberghi, agriturismi, cliniche, ospedali e

l t i i i lnel terziario in generale.• integrazione del riscaldamento: possono coprire fino al 40% dei consumi

del riscaldamento È opportuno utilizzare l'impianto anche per la produzionedel riscaldamento. È opportuno utilizzare l impianto anche per la produzionedi acqua sanitaria. Gli accumuli per abitazioni standard vanno da 500 a 2.200l.

• riscaldamento piscine: l'impianto serve anche per l'integrazione alriscaldamento e viene impiegato per il riscaldamento di una piscina a costo

È ibil l’i i h di i t i i i di ti tzero. È possibile l’impiego anche di sistemi economici di tipo scoperto.• Altri usi: sono molteplici gli usi possibili delle tecnologie solari per uso

termico ad esempio sono utilizzati nel campo dell’agricoltura (essiccazionetermico ad esempio sono utilizzati nel campo dell agricoltura (essiccazione,acqua calda per allevamenti vari), dell’industria, riscaldamento serre,dissalazione acqua di mare


Applicazione nel riscaldamento

• Il riscaldamento solare degli ambienti rappresenta una grande potenzialitàdi sviluppo del solare termico soprattutto nell’integrazione aldi sviluppo del solare termico, soprattutto nell integrazione alriscaldamento con sistemi a bassa temperatura (impianti a pavimento, aparete, ecc.).

• Generalmente gli impianti di riscaldamento a pavimento utilizzanotemperature non superiori ai 40° C. Queste temperature coincidono conp p pquelle raggiungibili con i sistemi termici solari nei periodi invernali.

• I sistemi solari per l’integrazione del riscaldamento vengono generalmenteI sistemi solari per l integrazione del riscaldamento vengono generalmenteprogettati per coprire fino al 40% dei bisogni di riscaldamentoambiente annuali di una casa. Sistemi che producano energie superiorinon risultano essere convenienti, in quanto una parte della potenza extraverrebbe utilizzata solo nei giorni pi ù freddi, mentre resterebbe inattivanegli altri giorninegli altri giorni.


Principali applicazioni

condizionamento estivo: mediante macchine frigorigene, soprattutto ad assorbimento,che utilizzano l'energia termica prodotta per raffreddare acqua da immettere in impiantiper la climatizzazione estiva. Tuttavia, l'investimento risulta abbastanza alto.


Esempio di climatizzazione estiva

I SISTEMI AD ASSORBIMENTOI SISTEMI AD ASSORBIMENTO

COSTITUISCONO UNA SOLUZIONE ALLE ATTUALI COSTITUISCONO UNA SOLUZIONE ALLE ATTUALI PROBLEMATICHE ENERGETICO PROBLEMATICHE ENERGETICO -- AMBIENTALIAMBIENTALI(PROTOCOLLO(PROTOCOLLO KYOTOKYOTO EE MONTREALMONTREAL))

SONO ALIMENTATI CON CALORE A BASSA TEMPERATURASONO ALIMENTATI CON CALORE A BASSA TEMPERATURA

(PROTOCOLLO (PROTOCOLLO KYOTOKYOTO E E MONTREALMONTREAL))

••CALORE DI CASCAMECALORE DI CASCAME••ENERGIA SOLAREENERGIA SOLARE

I FLUIDI I FLUIDI DIDI LAVORO NON SONO TOSSICI NE’ PERICOLOSILAVORO NON SONO TOSSICI NE’ PERICOLOSIPOSSONO LAVORARE SENZA UTILIZZARE ORGANI POSSONO LAVORARE SENZA UTILIZZARE ORGANI MECCANICI IN MOVIMENTO INTERNI MECCANICI IN MOVIMENTO INTERNI

••NON IMPIEGANO ENERGIA ELETTRICANON IMPIEGANO ENERGIA ELETTRICA

••BASSO IMPATTO ACUSTICOBASSO IMPATTO ACUSTICO


BILANCIO ENERGETICOBILANCIO ENERGETICO

Qg QcQg

QQe

Qa

SONO PRESENTI 3 CIRCUITI IDRAULICISONO PRESENTI 3 CIRCUITI IDRAULICI


PROBLEMI PROBLEMI DIDI ACCUMULO ACCUMULO DIDI ENERGIA FRIGORIFERAENERGIA FRIGORIFERA


SISTEMA FRIGORIFERO E DI RAFFREDDAMENTO

TORRE EVAPORATIVA

VENTILCONVETTORI


Collettori solari: fluido termovettore

1 nel circuito diretto il fluido termovettore è lo stesso

I collettori solari piani possono essere di tipo diretto o indiretto.1. nel circuito diretto il fluido termovettore è lo stesso

di quello di utilizzazione. il circuito è unico e sitratta di un impianto semplice ed economico.

2. nel circuito indiretto il fluido termovettore cedecalore a quello di utilizzazione in unoscambiatore. Vi sono così due distinti circuitiidrauliciidraulici.

• nelle località dove esiste la possibilità di congelamento dell'acqua la scelta è• nelle località dove esiste la possibilità di congelamento dell acqua la scelta èlimitata al circuito indiretto, che è il solo a consentire il ricorso a misceleanticongelanti.il circuito indiretto si presta inoltre ad una più precisa regolazione al fine della• il circuito indiretto si presta inoltre ad una più precisa regolazione al fine dellamigliore utilizzazione dell'energia solare captata.

• Per tali motivi si sceglie, nella maggior parte dei casi, la soluzione del circuito


indiretto benché risulti più complessa e costosa

Sistemi di accumulo

d

P t

Produzione

RichiestaPotenza (kcal/h)

(Watt)All’accumulo

(Watt)Integrazione

Tempo (ore)0 6 12 18 24


( )

ACCUMULATORE DI CALORE

L’ l i ff tt tL’accumulo viene effettuato:

1. In serbatoi di acqua calda2. Nelle strutture murarie3. Nel terreno o in ammassi di materiale

inerte


1 Anodo di magnesioSezione di un serbatoio di accumulo

1 Anodo di magnesio2 Isolamento termico3 Uscita acqua caldaq4 Corpo accumulatore5 Scambiatore di calore superiore per il

riscaldamento integrativo con caldaiariscaldamento integrativo con caldaia tradizionale

6 Scambiatore di calore solare 7 Entrata acqua fredda

UtenzaSerbatoi

E’ necessario che nell’accumulo si e ifi hi t tifi io e

Utenza

Hverifichi una stratificazione

Pertanto il serbatoio deve essere alto e stretto Rete

82

stretto

H/D > 2,5a.a. 2010/11 - Fonti energetiche rinnovabili – E. Moretti

CLASSIFICAZIONE IMPIANTI SOLARI CLASSIFICAZIONE IMPIANTI SOLARI

CIRCOLAZIONE FORZATA CIRCOLAZIONE NATURALE


Collettori solari: tipologia di circolazione

• La circolazione del fluido vettore può essere:A t l diff di d ità fA. naturale per differenza di densità fra

colonna ascendente e quella discendente(in tal caso l'accumulatore deve essere ad(altezza superiore rispetto al collettore)

B. forzata, a mezzo di pompa dicircolazione

• L’installazione dei sistemi a circolazioneforzata è necessaria in tutte le situazioni incui il serbatoio di accumulo dell’acqua noncui il serbatoio di accumulo dell acqua nonpuò essere posizionato ad un livello più altodei pannelli solari.p

• Essi sono costituiti da collettori solari, boilerda installare in vani tecnici e pompa


controllata da una centralina

Circolazione naturale

RESISTENZE ELETTRICHE


CIRCOLAZIONE NATURALE

Caldaia

off

Allaccio Rete

ALLACCIO CON CALDAIA PREESISTENTEALLACCIO CON CALDAIA PREESISTENTE


CIRCOLAZIONE FORZATA

Scambiatori

Ausiliario

Organo di circolazione


CONFRONTO TRA SISTEMI A CIRCOLAZIONE NATURALE E CIRCOLAZIONE FORZATANATURALE E CIRCOLAZIONE FORZATA

CIRCOLAZIONE FORZATA

SVANTAGGI

•Maggiore complessità a causa della presenza di dispositivi di controllo

•Pericolo di geloVANTAGGI

•Nessun vincolo nella scelta del posizionamento del serbatoio

•Diametri modesti delle tubazioniDiametri modesti delle tubazioni

•Modulabile secondo le diverse esigenze


CONFRONTO TRA SISTEMI A CIRCOLAZIONECONFRONTO TRA SISTEMI A CIRCOLAZIONE NATURALE E CIRCOLAZIONE FORZATA

SVANTAGGI

CIRCOLAZIONE NATURALE

SVANTAGGI

• Serbatoio a vista tetto (vincoli paesaggistici).• Non modulabile secondo le diverse esigenze.

VANTAGGI

•Indipendenza da presenza di alimentazione elettrica.

•Adeguamento del flusso alla radiazione solare.

•Minore manutenzione•Minore manutenzione.


Impianti a circolazione forzata a svuotamentosvuotamento

• Gli impianti in circolazione forzata a svuotamento sono simili agli impianti acircolazione forzata tradizionale ma permettono di risolvere alcune dellecircolazione forzata tradizionale, ma permettono di risolvere alcune delleproblematiche proprie degli impianti forzati tradizionali, quali ilsurriscaldamento del fluido termovettore, se non risolto in faseprogettuale.

• Nel caso in cui il calore generato dal sistema solare non fosse utilizzato peri d di t i tt t l i hun periodo di tempo piuttosto lungo, si ha come conseguenza un

surriscaldamento del fluido.• Nel caso in cui si raggiungano temperature tra i 160/170 ° C si ha una• Nel caso in cui si raggiungano temperature tra i 160/170 C si ha una

trasformazione chimica del fluido antigelo, il quale da elemento tipicamentebasico, cessando definitivamente di avere un comportamento antigelo,mettendo così a rischio il corretto funzionamento dell’impianto nel periodoinvernale.N li i i ti f ti t t iò d i t i• Negli impianti forzati a svuotamento ciò non accade in quanto sono ingrado di far defluire, ad impianto fermo, il fluido termovettore dai collettoriall’interno di un serbatoio di drenaggio.all interno di un serbatoio di drenaggio.


Impianti a circolazione forzata a svuotamento• Il sistema a svuotamento è progettato per trasferire automaticamente l’energia solare

termica raccolta dai collettori ad un separato sistema di accumulo dell’acqua potabile,usando due circuiti indipendenti di trasferimento.p


Diffusione delle diverse tecnologie in Italia


SCHEMI DI IMPIANTO

Impianto di riscaldamento acqua sanitariaImpianto di riscaldamento acqua sanitaria

Impianto per il riscaldamento ambientale e per l’acqua sanitaria

Impianto integrato con quello convenzionale

Impianto con pompa di calore

Impianto con macchina ad assorbimentoImpianto con macchina ad assorbimento


Componentistica varia

• Tubazioni isolate• Valvole di regolazione• Termostati• Vaso di espansione• Centraline di controllo automatico

C ld i di i t i• Caldaie di integrazione• Terminali dell’impianto di riscaldamento

(radiatori pannelli radianti(radiatori, pannelli radianti,ventilconvettori, ecc.)

• Pompe di calore• Macchine ad assorbimento


Vaso di espansione: tipologie e dimensionamentodimensionamento

Nelle reti di distribuzione dell’acqua calda è necessario inserire un vaso diespansione, un dispositivo che serve ad assorbire la variazione di volumedell'acqua causata dall'aumento di temperatura, permettendo il correttofunzionamento di un impianto di riscaldamento in tutte le sue fasi operativeed evitando sovrapressioni che potrebbero danneggiare l’impianto stesso.

Il D.M. 1-12-1975 e le norme ISPESL raccolta R 82 prevedono per ilcalcolo del volume del vaso di espansione l’uso della seguente relazione:calcolo del volume del vaso di espansione l uso della seguente relazione:

( )( ) )m(

P/P1eeVV 3

FI

00v −

−⋅= ( )FI

Vv = volume del vaso di espansione (litri);V0 = contenuto di acqua nell’impianto (litri);V0 contenuto di acqua nell impianto (litri);e = coefficiente di espansione dell’acqua alla temperatura finale;e0 = coefficiente di espansione dell’acqua alla temperatura iniziale;P i l t di i (b )PI = pressione assoluta di carica vaso (bar);PF = pressione assoluta massima di esercizio del vaso (bar).


Vaso di espansione: tipologie e dimensionamento

• I valori di e ed e0 sono tabulati,

dimensionamento 0 ,

• PF è data dalla somma algebrica di due termini, la pressione di taratura

della valvola di sicurezza (PVS) e la pressione corrispondente aldella valvola di sicurezza (PVS) e la pressione corrispondente al

dislivello tra vaso di espansione e valvola di sicurezza (PΔH).

Ad esempio: sottoponendo l’acqua ad un ΔT = 70°C, si osserva un aumento di volume di circa il 3%.

Il dimensionamento del vaso di espansione si determina considerando il

volume totale di acqua presente nell’impianto (tubazioni, caldaia,volume totale di acqua presente nell impianto (tubazioni, caldaia,

elementi terminali) e applicando al valore ottenuto dalla percentuale

un’ulteriore maggiorazione come fattore cautelativoun ulteriore maggiorazione, come fattore cautelativo.


Vaso di espansione: tipologie e dimensionamento

TIPOLOGIA A VASO CHIUSOE’ realizzato con una membrana che funge damembrana che funge da ammortizzatore.


Acqua Calda Sanitaria

Soluzione base



Soluzione con scambiatore esterno



2 Serbatoi


Acqua Calda Sanitaria + Riscaldamento

Sistema base


Acqua Calda Sanitaria + Riscaldamento

Sistema “Combi”


CENTRALINA DI CONTROLLO

T1

T2

T3

C t llC t llControlloControllo

T1-T3 > 5 Pompa Circuito Solare si avvia

T2 < 45 °C Si accende caldaia

T2 > 90 °C si blocca l’impianto

103

T2 > 90 C si blocca l impianto


Dimensionamento degli impianti


Criteri di massima per il dimensionamento

• I parametri che influenzano il dimensionamento sono:I fabbisogni dell’utenza– I fabbisogni dell utenza

– le condizioni climatiche del sito– la radiazione solare giornaliera localeg– orientamento e inclinazione delle superfici disponibili

• Dati di progetto (30-60 l di acqua/persona la giorno)p g ( q p g )

1. Al nord: la superficie dei pannelli va aumentata del 10%;del 10%;

2. Al sud: la superficie dei pannelli va diminuita del 10%;


Criteri di massima per il dimensionamento


Posizionamento dei Collettori

Affinchè il sito sia “efficiente” si deve verificare che questo sia esposto traverificare che questo sia esposto tra

SUD –EST e SUD- OVEST

Oppure vi sia la possibilità di istallare due campi disposti relativamente a OVEST e ad

EST


Dimensionamento accumulo (ACS) con riferimento a dati climaticiriferimento a dati climatici

Ogni m2 di collettore solare produce giornalmente una quantità dienergia nota E (ad es. 3,5 kWh/giorno come valore nella stagioneg ( , g gestiva, in Italia centrale, vedi mappe radiazione solare)

Tale energia serve per portare l’acqua dell’accumulo dalla temperaturagdella rete (ad es. 10°C) fino alla temperatura di utilizzo (ad esempio45°C): ΔT = 35°C.

I litri riscaldati dai collettori (che l’accumulo dovrà essere in grado dicontenere per sfruttare al meglio l’energia solare) saranno:

V= E/(ΔTxCp) = 3,5x3600000/[(45-10)x4186] = 86 l/m2

Di norma si va da 70 a 100 litri di volume dell’accumulo per ogni m2

di collettore.La scelta può anche essere dettata da altre esigenze: ad esempio si

ò d id di di i l’ l i f i d l f bbipuò decidere di dimensionare l’accumulo in funzione del fabbisognomedio giornaliero di acqua calda (di norma si sceglie di coprire 1,5 –2 volte l’energia giornaliera necessaria)

108

2 volte l energia giornaliera necessaria).


Dimensionamento accumulo (Riscaldamento) con riferimento a dati climaticicon riferimento a dati climatici

Ogni kW di potenza P necessario per il riscaldamento, può essereragionevolmente prodotto per il 15% dai collettori solari; ipotizzandouna caduta ΔT alle utenze di 10°C, significa che per ogni secondo in

i è i hi t i ld t l i d t i hi t Q dicui è richiesto riscaldamento, la corrispondente richiesta Q di acquacalda dal serbatoio che raccoglie l’energia solare è pari a:

Q P / (ΔT C ) (1000 0 15) / (10 4186) 3 58 10 3 l/Q = Psol / (ΔTxCp) = (1000 x 0,15) / (10 x 4186) = 3,58 x 10-3 l/sDi norma, il periodo di riscaldamento non supera le 12 ore giornaliere,

pertanto il serbatoio di accumulo dovrà avere un volume di circa:pertanto il serbatoio di accumulo dovrà avere un volume di circa:3,58 x 10-3 *12 x 3600 = 155 lDi i d i 100 i 200 lit i di l d ll’ l iDi norma si va dai 100 ai 200 litri di volume dell’accumulo per ogni

kW di carico termico.

La presenza dell’accumulo permette la scelta di una caldaia ausiliaria dipotenza inferiore

109

potenza inferiore.


MANUTENZIONE degli impianti

• Verificare per i primi due anni la pressione del circuito (controlloe ca e pe p due a a p ess o e de c cu o (co o odensità).

• Se è diminuita ci sono state delle perdite e pertanto èSe è diminuita ci sono state delle perdite e pertanto ènecessario controllare l’acidità del glicole (minima PH 7).

• Dopo 5 anni sostituire l’anodo al magnesio e ripulire dal calcareDopo 5 anni sostituire l anodo al magnesio e ripulire dal calcareil serbatoio di accumulo (lavaggio a pressione o, dove èpossibile, manualmente).


Impianti di grandi dimensioni

• Impianti solari a grande scala con superficie di collettore dai100 m² ai 1000 m² possono essere impiegati in grandi edifici

ltif ili i i ti di t l i ld t d li idmultifamiliari, in reti di teleriscaldamento, ospedali, residenzeper anziani o per studenti e nel settore turistico.

• Impianti di grandi dimensioni di questo tipo, con un accumulogiornaliero in grado di coprire il 20 % circa del fabbisognogiornaliero in grado di coprire il 20 % circa del fabbisognotermico totale per ACS e per riscaldamento ambienti, risultanoessere tra le applicazioni più economicamente vantaggiose del

l t isolare termico.


Parametri dimensionali per gli impianti di riscaldamento solare di grande dimensione.riscaldamento solare di grande dimensione.

I requisiti e i presupposti per l’installazione e il favorevole esercizio di un impianto solare di grandidimensioni sono qui di seguito sintetizzati:

- impianto termico centralizzato (riscaldamento ambienti e sistema di distribuzione ACS);- impianto termico centralizzato (riscaldamento ambienti e sistema di distribuzione ACS);- superficie del tetto sufficiente (poche ombre, orientamento, altre installazioni);- disponibilità di spazio per il serbatoio di accumulo all’interno o in prossimità dell’impianto;- se previsto il riscaldamento ambienti, bassa temperatura di ritorno dal sistema interno di

112

se previsto il riscaldamento ambienti, bassa temperatura di ritorno dal sistema interno diriscaldamento.


Metodo di calcolo

1. Consumo giornaliero di acqua sanitaria1. Consumo giornaliero di acqua sanitaria2. Fabbisogno giornaliero per il riscaldamento ambienti3 Calore giornaliero fornito da un collettore3. Calore giornaliero fornito da un collettore4. Scelta del numero di collettori5 Calore prodotto ed utilizzato5. Calore prodotto ed utilizzato


1.a Consumo giornaliero di acqua sanitariasanitaria

Il consumo giornaliero F è fornito dal prodotto del numero degliutenti N per il consumo giornaliero pro capite f:p g p p

F N fF = N f

Basso consumo 30 40 l/gBasso consumo 30 - 40 l/g

Medio consumo 40 – 60 l/g

Alto consumo 60 -80 l/g


1.b Carico termico giornaliero per la produzione di acqua calda sanitaria

2

Il carico termico Q è fornito dal prodotto del consumo

Esempio di calcolo: 3 persone per 100 m2

Il carico termico Qi è fornito dal prodotto del consumogiornaliero F per il calore specifico cp dell’acqua (1kcal/kg°Co 4,18 kJ/kg °C) per la differenza fra la temperatura di, g ) p pmandata tum e quella della rete di acqua potabile to :

Qi = cp (tum – to ) F

= 4,187 kJ/kg °C * 50 l/p* 3(persone) (45°- 10°) = 6,1 kWh

La temperatura tum (45°C) non deve essere superiore a 48°C

115

(Legge 376/76)a.a. 2010/11 - Fonti energetiche rinnovabili – E. Moretti

2 Fabbisogno termico giornaliero per il riscaldamento ambientiriscaldamento ambienti

Il fabbisogno medio giornaliero Qg per il riscaldamento puòg g g p pesser valutato, in mancanza di dati, impiegando i seguentiparametri:

20 W/m3 per edifici di nuova costruzione20 W/m per edifici di nuova costruzione30 W/m3 per fabbricati con oltre 10 anni nel centro sud Italia40 W/m3 per fabbricati con oltre 10 anni nel nord Italia

Oppure con il Epilim ai sensi del DPR 311/06 e DPR 59/09

Qg = (70 kWh/m2) * 100 m2 / numero giorni = 7200 kWh /180 g

(15 Ottobre – 15 Aprile, zona climatica E = 180 giorni)

Qg = 40 kWh


2 b Erogazione giornaliera2.b Erogazione giornaliera dell’impiantop

Il generatore di calore dovrà fornire la quantità di calore QdIl generatore di calore dovrà fornire la quantità di calore Qdpari al fabbisogno giornaliero Qg diviso il rendimento delladistribuzione del calore η (0,8):distribuzione del calore η (0,8):

Qd = Qg / η

Q 40 kWh / 0 8 50 kWhQd = 40 kWh / 0,8 = 50 kWh


Calore giornaliero ricevuto da un collettore in giornata soleggiatain giornata soleggiata

Il collettore è investito da una quantità di calore giornaliera (direttadiff ) i ll i id t I’ ll tt t+ diffusa) pari a quella incidente I’α su un collettore avente una

definita inclinazione per un coefficiente correttivo β dovuto allasua rotazione rispetto alla direzione Sudsua rotazione rispetto alla direzione Sud

Iα = I’α βI’ β d t d t t b ll di d i iI’α e β sono date da opportune tabelle di derivazione

sperimentale.E iEsempio: Milano, Novembre, (in. 60°, Az =0°)

Iα = 1090 kcal/m2g = 1,2 kWh/m2 g β =1

Il coefficiente β dipende dalla rotazione del collettore rispetto alla direzione Sud

Orientazione W SW S SE EOrientazione W SW S SE E

Valore di β 0,81 0,94 1 0,94 0,75


β , , , ,

Scelta del numero di collettori

• Il calcolo successivo viene effettuato per tentativifissando i metri quadrati di collettori A (da cui sideriva il numero di unità corrispondenti) ep )derivando i parametri termici ed conomicicorrispondenticorrispondenti

• La scelta della superficie ottimale è quindieffettuata sulla base di elementi quantitativi validiin assoluto o di paragone con altre soluzionip gimpiantistiche


Calore raccolto dai collettoriC i è ià i t t il l d tt d i ll tt i l i• Come si è già riportato il calore prodotto dai collettori solariQui si ottiene moltiplicando l’area A del collettore perl’energia media mensile I incidente per il rendimento dell energia media mensile Idm incidente per il rendimento delcollettore ηc

Q = A I η =A x 1 2 kWh x 0 5 = 0 6 AQui = A Idm ηc =A x 1,2 kWh x 0,5 = 0,6 A

Calore necessario• La quantità di calore richiesta dall’impianto sarà la somma di quella per la

produzione del 50% dell’acqua sanitaria Qi più quella per il riscaldamentoambientale Qd coperta al 20%:Qd p

Qt = 0,5Qi + 0.20 Qd (kWh/giorno)

Qt = 6,1 x 0,5 kWh + 0,20 x 50 kWh = 13 kWhA 13/0 6 22 2A= 13/0,6 = 22 m2

Tale calcolo va eseguito mese per mese


Calore utilizzato

• La quantità di calore prodotto dal collettore Qui verràgeneralmente utilizzata completamente e di conseguenzag p grimarrà scoperta la quota:

Q = Qt - Q i (J/giorno)Qs Qt Qui (J/giorno)da coprire con il sistema tradizionale

(caldaia o pompa di calore)

Si chiama coefficiente di copertura P il rapporto fra la quantità di calorep pp qprodotto dal collettore Qui e la esigenza complessiva Qt :

P = Qui / Qt

da coprire con il sistema tradizionale (caldaia o pompa di calore)( p p )

Tale grandezza costituisce un indice della dimensione dell’impianto solarenei confronti di quello tradizionale.


Regole pratiche

Nord Italia Centro Italia Sud Italia• 1 m2 di pannello

sottovuoto (2 m2

collettori piani)

• 1 m2 di pannellosottovuoto (2 m2

collettori piani)

• 1 m2 di pannellosottovuoto (2 m2collettori piani)collettori piani)

• 80 litri acqua caldasanitaria

collettori piani)• 90 litri acqua calda

sanitaria

collettori piani)• 100 litri acqua calda

sanitaria• 10 m2 - 15 m2 impianto

a pavimento passo 10• 12 m2 - 16 m2 impianto

a pavimento passo 10• 14 m2-18 m2 impianto

a pavimento passo 10• 6 litri di vaso di

espansione• Glicole: mezzo volume

• 6 litri di vaso diespansione

• Glicole: mezzo volume

• 6 litri di vaso diespansione

• Glicole: mezzo volume• Glicole: mezzo volumevaso esapansione + 10lt per 40 metri di linea(t b i ) + tà

• Glicole: mezzo volumevaso esapansione + 10lt per 40 metri di linea(t b i ) + tà

• Glicole: mezzo volumevaso esapansione + 10lt per 40 metri di linea(t b i ) + tà(tubazione) + metà

volume collettori + 10%volume di accumulo

(tubazione) + metàvolume collettori + 10%volume di accumulo

(tubazione) + metàvolume collettori + 10%volume di accumulo


Analisi economica

Si basa sulla valutazione dei seguenti elementi:Valore economico del calore utilizzatoCosto dell’impiantoUtile o tempo di ritorno dell’investimentoUtile o tempo di ritorno dell investimento


Valore economico del calore utilizzato

Il calore prodotto ed utilizzato Qui (nel caso superi Qt ) o Qt( l t ) t l i E i(nel caso opposto) presenta un valore economico Ec pari aquello che verrebbe speso se esso fosse prodotto con ilsistema convenzionale :sistema convenzionale :

Ec = Σ Qui Cc

C t d l J d l kWh d ll k l i E lcon Cc costo del J o del kWh o della kcal in Euro e Σ lasomma dei Qui estesa all’intero anno


Costo dell’impiantoL’impianto termico che viene aggiunto all’impiantoL impianto termico che viene aggiunto all impianto

convenzionale è costituita da una quota fissa Cf (tubazioni,valvole lavori murari serbatoio di accumulo ecc ) ed unavalvole, lavori murari, serbatoio di accumulo, ecc.) ed unaquota proporzionale al numero di collettori solari installati Cv :

C = C + CC = Cf + Cv

(3000 - 5000 € per famiglia 4 persone per ACS a Roma)

Circ. Forzata Circ. naturaleC ti i i t 40% 50%Componenti impianto 40% 50%Distribuzione 25% 25%Installazione 30% 20%Progettazione 5% 5%Costo di riferimento a mq 600-800€/mq 400-600 €/mqCosto minimo 4000 € 2500 €


Costo dell’impiantoL t di i i t t i h i i t ll’i i tLa parte di impianto termico che viene aggiunta all’impianto

convenzionale per gestire i collettori solari presenta un costo C cuicorrisponde un rateo annuo di interesse ed ammortamento Escorrisponde un rateo annuo di interesse ed ammortamento Es

Es = C ressendo r il tasso annuo costante di interesse (ammortamentoessendo r il tasso annuo costante di interesse (ammortamento

dell’impianto solare 15 / 20 anni)

L’utile annuale U dell’investimento viene fornito in termine assoluto dalladifferenza fra il valore economico del calore prodotto ed utilizzato Ec e ilrateo annuo di interesse ed ammortamento Erateo annuo di interesse ed ammortamento Es

U = Ec - Es


SCELTA DELLA SUPERFICIE DI COLLETTORICOLLETTORI

AnalisieconomicaannualeAnalisi economica annualeUscita Entrata Utile

600

800

400

600

no

200€/an

n

00 2 4 6 8 10 12 mq

-2000 6 8 0


Determinazione della superficie captante ADeterminazione della superficie captante A per produzione di Acqua calda Sanitaria

• Qui = A Idm (aprile) ηc

• Q = c (t – t ) F• Qi = cp (tum – to ) FA Idm ηc= cp (tum – to ) F

A = cp (tum – to ) F/ Idm ηcp ( um o ) dm ηc

Per un calcolo rapido, se si vuole una copertura massima del 30% per riscaldamento si deve moltiplicare la superficie per 2 o x 3p p p p

I valori tipici per la temperatura utilizzabile nell’impianto di riscaldamento sonopari a:p

• 30 °C per riscaldamento a pannelli radianti;• 40 °C per riscaldamento a ventilconvettori,


p• 45 °C per l’acqua sanitaria.

Esempio di calcoloL’impianto sia del tipo monoblocco a circolazione naturale, con un

pannello di 4 mqS fi i d b llit d 200 lit i i d di i il 70% d lSuperficie ed un bollitore da 200 litri, in grado di coprire il 70% del

fabbisogno annuo.

•• costo dell’impianto: 2 500 Euro•• costo dell impianto: 2.500 Euro•• vita utile dell’impianto: 12 anni•• costo medio dell’energia elettrica: 0,24 Euro/kWh

t di d l li 0 90 E /k•• costo medio del gasolio: 0,90 Euro/kg•• costo del metano: 0,65 Euro/m3.


AGEVOLAZIONI ED INCENTIVI STATALI

• IVA al 10%• Finanziaria 2007 (Art 1 comma 346)• Finanziaria 2007 (Art. 1, comma 346)

Per le spese documentate, sostenute entro il 31 dicembre 2010, relativeall'installazione di pannelli solari per la produzione di acqua calda per usiall installazione di pannelli solari per la produzione di acqua calda per usidomestici o industriali e per la copertura del fabbisogno di acqua calda inpiscine, strutture sportive, case di ricovero e cura, istituti scolastici e università,spetta una detrazione dall'imposta lorda per una quota pari al 55 % deglispetta una detrazione dall'imposta lorda per una quota pari al 55 % degliimporti rimasti a carico del contribuente, fino a un valore massimo delladetrazione di 60.000 euro, da ripartire in cinque anni.

•Fino al 31 dicembre 2010, si può usufruire di un’agevolazione fiscale per lespese sostenute in relazione ad interventi finalizzati al risparmio di energia.spese sostenute in relazione ad interventi finalizzati al risparmio di energia.Negli ultimi anni la normativa è stata variamente modificata e determinata: dalD.M. del 19/2/2007, dalla Legge n. 244/2007, dal D.L. 185/2008, dalla Leggen 2 /2009 e da ultimo dal Decreto Interministeriale del 6/8/2009n. 2 /2009 e da ultimo dal Decreto Interministeriale del 6/8/2009

• Soggetti ammessi alla detrazione: persone fisiche, soggetti titolari di redditod'impresa



La detrazione spetta per le spese relative a:

• interventi impiantistici concernenti la climatizzazione invernale e/o laproduzione di acqua calda attraverso: fornitura e posa in opera di tutte le

hi t t i h i h l tt i h d l tt i h héapparecchiature termiche, meccaniche, elettriche ed elettroniche, nonchédelle opere idrauliche e murarie necessarie per la realizzazione a regolad'arte di impianti solari termici organicamente collegati alle utenze, anchep g g ,in integrazione con impianti di riscaldamento;

• prestazioni professionali necessarie alla realizzazione degli interventi



I i i i d ll'i i l iI requisiti dell'impianto solare termico sono:Pannelli solari e bollitori garantiti per almeno 5 anniAccessori e componenti elettrici garantiti almeno 2 anniPannelli solari con certificazione di qualità conforme alle norme UNI 12975

rilasciata da un laboratorio accreditatoInstallazione dell'impianto eseguita in conformità ai manuali di installazione deiInstallazione dell impianto eseguita in conformità ai manuali di installazione dei

principali componenti

NOTE:NOTE:Limite massimo di detrazione: 60.000 euro ( 55% di 109.090,90€)L’installazione dei pannelli solari deve essere realizzata su edifici esistentiQ t ti di d t i ò l t l t i ti iQuesto tipo di detrazione può essere generalmente cumulata con incentivi a

carattere regionale o locale.


Adempimenti

ASSEVERAZIONE


Vantaggi ambientali• Un primo indicatore di confronto tra le diverse tecnologie a disposizione può

essere ritenuta la quantità di anidride carbonica mediamente immessanell’ambiente per produrre nelle stesse condizioni acqua caldanell ambiente per produrre, nelle stesse condizioni, acqua caldasanitaria. Esempio: fabisogno di energia elettrica di un’utenzamonofamiliare (4 persone) per produrre acqua calda sanitaria con unoscaldabagno elettrico è pari a 7,74 KWh (elettrici)/giorno.

• In Italia, per produrre 1 KW elettrico, le centrali termoelettriche emettononell’atmosfera in media 0,48 Kg di anidride carbonica (CO2eq)

3,71 Kg di CO2eq / giorno.• Nel caso di una caldaia a metano, nella combustione si formano 0,202 Kg di

CO2eq per ogni KWh termico; una famiglia di 4 persone dà quindi origine allaseguente produzione giornaliera di anidride carbonica:0 202 Kg di CO xseguente produzione giornaliera di anidride carbonica:0,202 Kg di CO2 x6,97 KWh (termici) = 1,40 Kg di CO2eq / giorno

• Nel caso di impianti solare con integrazione con caldaia a gas, ipotizzandoNel caso di impianti solare con integrazione con caldaia a gas, ipotizzandodi risparmiare (Italia Centrale) il 60% del consumo di gas:

0,56 Kg di CO2eq/giorno2eq


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