Fse 09 lezione - solare termico

Energia solare termica

La conversione

Conversione in energia termica

• Collettori piani

• Concentratori

Conversione in energia elettrica

• Pannelli fotovoltaici

Diffusione della tecnologia

NEL MONDO SONO INSTALLATI CIRCA 30 MILIONI DI m2 DI PANNELLI SOLARI DI CUI CIRCA 5,6 MILIONI IN EUROPA. IL 40% DEL MERCATO MONDIALE E L’80% DEL MERCATO EUROPEO È CONCENTRATO NEI PAESI A MINORE INSOLAZIONE DEL NORD EUROPA E IN QUELLI DEL BASSO MEDITERRANEO PER MERITO DELLE POLITICHE DI INCENTIVAZIONE GOVERNATIVA E DELLA MAGGIORE SENSIBILITÀ AMBIENTALE DI QUESTE POPOLAZIONI

Diffusione

LA GERMANIA, L'AUSTRIA, LA GRECIA DOMINANO IL MERCATO IN EUROPA AVENDO INSTALLATO PIÙ DELL’80 % DEL TOTALE DEI COLLETTORI SOLARI.

IN GERMANIA IL VOLUME DELLE VENDITE ANNUE RAGGIUNGE ANCHE I 200.000 m2; LA GRECIA HA CIRCA 285 m2 OGNI 1.000 ABITANTI, RISPARMIA CIRCA 1.300 GWh ALL'ANNO E CONTIENE L'INQUINAMENTO DA CO2 DI CIRCA 1.5 MILIONI DI TONNELLATE ALL'ANNO; L’AUSTRIA È SU VALORI PARI A QUELLI GRECI.

• IL PRIMO PANNELLO FU COSTRUITO NEL XVIII SECOLO DALLO SCIENZIATO SVIZZERO HORACE BENEDICT DE SAUSSURE.

• ALTRO NON ERA CHE UNA SCATOLA DI LEGNO RICOPERTA CON UN VETRO CHE PERÒ PERMETTEVA DI OTTENERE ACQUA FINO A 87°C.

• IN TEMPI MODERNI LA PRIMA GRANDE DIFFUSIONE SU LARGA SCALA DI QUESTI IMPIANTI AVVIENE ATTORNO AGLI ANNI '50 (SOPRATTUTTO IN GIAPPONE, STATI UNITI E ISRAELE).

Solare e termodinamica

CONSIDERAZIONI DI CARATTERE TERMODINAMICO SCONSIGLIANO, PER QUANTO POSSIBILE, L'USO DELL'ENERGIA ELETTRICA PER LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SIA PER IL FATTO CHE L'EFFICIENZA GLOBALE DEL PROCESSO DI RISCALDAMENTO DELL'ACQUA TRAMITE L'ENERGIA ELETTRICA È INFERIORE AL RENDIMENTO DI MOLTI ALTRI PROCESSI DI PRODUZIONE DIRETTA DI ACQUA CALDA, MA ANCHE PERCHÉ SI UTILIZZA UNA FORMA ENERGETICA PREGIATA.

VANTAGGI AMBIENTALI

LA SOSTITUZIONE DI UNO SCALDABAGNO ELETTRICO CON UN SISTEMA SOLARE TERMICO PERMETTE DI EVITARE L’EMISSIONE DI CIRCA 2,5 TONNELLATE DI ANIDRIDE CARBONICA IN UN ANNO.

LA SOSTITUZIONE DI UNO SCALDABAGNO A GAS CON UN SISTEMA SOLARE TERMICO PERMETTE DI EVITARE L’EMISSIONE DI CIRCA 2,0 TONNELLATE DI ANIDRIDE CARBONICA IN UN ANNO.

Collettori piani

Principio

• contenitore esterno in alluminio anodizzato, colorato possibilmente di nero: molto accattivante esteticamente, e molto resistente alla corrosione negli anni;

• isolamento inferiore e laterale in lana di vetro;

• vetro solare temperato;

• tubi in rame colorati con vernice nera;

• assorbitore costituito da sottile lastra di rame rivestita in TINOX (titanium oxy-nitride TiON) ;

Collettori piani

Rendimento

Mediamente 70%

Collettori piani

Temperatura fluido 70 °C

• buon funzionamento anche in giornate scarse di sole;

• limitato scambio termico con l’esterno (specialmente nei collettori ad alta coibentazione);

• costo contenuto;

• lavoro a pressione di acquedotto;

• semplicità di installazione (ancor più per i sistemi a circolazione naturale);

• ottima conoscenza della tecnologia (la più diffusa da anni).

Collettori piani

Esempio tipicoDimensioni 1945*945*105 mm

Peso 37,5 kgs

Liquido contenuto 2,36 litri

Flusso di liquido 100 lt/h

Pressione massima di esercizio

10 BAR

Rivestimento dell'assorbitore

Tinox

Assorbimento solare 95%

Emissione termica 3%

Tipo di assorbitore Foglio di rame

Trasmissione totale del vetro

85%

Numero elementi nell'assorbitore

8

Rendimento pannelli

85 %

Costo: 350,00 €

Collettori sottovuoto


Rendimento 80%

• funzionamento buono anche in giornate scarse di sole e con temperature ambiente al di sotto dello zero;

• assenza di scambio termico con l’esterno;

• costo più alto dei collettori piani vetrati;

• semplicità di installazione (ancor più per i sistemi a circolazione naturale);

• migliore integrazione architettonica (superfici minori a parità prestazioni di impianto);

• buona conoscenza della tecnologia.

Il condotto in cui scorre il fluido riscaldato è separata dall’ambiente esterno da un’intercapedine sottovuoto,

quindi meno perdite.

Concentratori


• funzionamento buono anche in giornate scarse di sole e con temperature ambiente al di sotto dello zero se con tubo sottovuoto;

• Complessi da installare;

• peggiore integrazione architettonica;


La parabola permette di riflettere tutti i raggi nel fuoco.

Concentratori

Temperatura fluido >1000 °C

Rendimento 60% (picco)

• Funzionamento buono anche in giornate scarse di sole e con temperature ambiente al di sotto dello zero se sottovuoto;

• Molto complessi da installare;

• Molto costosi

• Non per edifici;


Il paraboloide permette di riflettere tutti i raggi nel fuoco.

82 m2

70 kW picco

Angolazione dei pannelli

• L’angolazione (tilt angle) è un fattore essenziale nell’utilizzo dei pannelli termici e fotovoltaici

Strutture – effetto del vento

Angolazione - pannello solare

• L’angolazione del pannello solare dipende dall’utilizzo prevalente:

– Produzione estiva: 20-40°

– Produzione invernale: 50-65°

– Produzione annuale: 40-60°

Elementi del sistema

• COLLETTORE SOLARE PIANO, O ASSORBITORE DI CALORE, È IL PANNELLO VERO E PROPRIO. È UNA LASTRA AL CUI INTERNO SCORRE UN FLUIDO TERMOVETTORE (AD ESEMPIO COMPOSTO DA ACQUA E GLICOLE PROPILENICO ATOSSICO E ANTIGELO). LA PROTEZIONE DAGLI AGENTI ATMOSFERICI E DALLE BASSE TEMPERATURE È GARANTITA DA UN VETRO TEMPERATO, UNA CORNICE IN ALLUMINIO ANODIZZATO E UNA COIBENTAZIONE DI LANA DI ROCCIA.

Elementi caratteristici

• SERBATOIO (O ACCUMULATORE O BOILER SOLARE) TERMICAMENTE ISOLATO PER EVITARE DISPERSIONI DI CALORE, SE POSSIBILE POSIZIONATO IN MODO CHE L’ACQUA RISCALDATA SIA NELLA PARTE PIÙ ALTA DEL SERBATOIO, PROPRIO DOVE AVVIENE IL PRELIEVO, CONSENTENDO IN TAL MODO UN SIGNIFICATIVO MIGLIORAMENTO DEL RENDIMENTO ENERGETICO GLOBALE DEL SISTEMA. IL SERBATOIO CONTIENE DUE SERPENTINE (“SCAMBIATORI TERMICI”). UNA NELLA PARTE BASSA DEL SERBATOIO FA PARTE DEL CIRCUITO SOLARE (ENTRO ESSA SCORRE IL LIQUIDO CHE ATTRAVERSA I COLLETTORI), L’ALTRA (NELLA PARTE ALTA) È COLLEGATA ALLA CALDAIA DI INTEGRAZIONE.

•PANNELLI VETRATI

• SONO COSTITUITI DA TUBI DI MATERIALE PLASTICO OPACO E SCURO COPERTI, NELLA PARTE ESPOSTA AL SOLE, DA UN VETRO CHE INTRAPPOLA LA RADIAZIONE SOLARE A BASSA FREQUENZA AUMENTANDO COSÌ IL TRASFERIMENTO DI CALORE AL LIQUIDO CONTENUTO NEI TUBI. IL LATO NON ESPOSTO È ISOLATO PER MINIMIZZARE LA DISPERSIONE DEL CALORE.

•PANNELLI NON VETRATI

• SONO COSTITUITI DA TUBI O STRISCE DI MATERIALE PLASTICO OPACO E SCURO O GOMME SPECIALI, PER CONSENTIRE IL MASSIMO ASSORBIMENTO DELLA RADIAZIONE. I RENDIMENTI MEDI DI TALI COLLETTORI SONO SIGNIFICATIVAMENTE MOLTO PIÙ MODESTI DI QUELLI RELATIVI AI COLLETTORI VETRATI, PURE LA VITA MEDIA NORMALMENTE SI DIMEZZA RISPETTO A QUELLA DEI COLLETTORI VETRATI. NONOSTANTE QUESTI ELEMENTI NEGATIVI, I COSTI ESTREMAMENTE MODESTI (CIRCA IL 20% DI QUELLI VETRATI) NE POSSONO GIUSTIFICARE L'INSTALLAZIONE IN PARTICOLARI TIPOLOGIE IN CUI VI SONO FABBISOGNI ESTREMAMENTE ELEVATI

•TUBI SOTTOVUOTO

IL LIQUIDO TERMOVETTORE RISCALDATO (ACQUA) È COMPLETAMENTE ISOLATO IN UN TUBO DI VETRO PRIVO DI ARIA. CON QUESTA SOLUZIONE SI ELEVANO I RENDIMENTI FINALI SOPRATTUTTO IN AREE CON CONDIZIONI CLIMATICHE RIGIDE CHE NE GIUSTIFICANO GLI ALTI COSTI.

I PANNELLI A PIASTRA POSSONO ESSERE DI DUE TIPI:

• • A SUPERFICIE NON SELETTIVA: CIOÈ L'ASSORBITORE DI CALORE È SEMPLICEMENTE VERNICIATO IN NERO, UN COLORE CHE CONTRIBUISCE A CAPTARE E TRATTENERE MEGLIO E PIÙ A LUNGO I RAGGI SOLARI; QUESTA TIPOLOGIA DI PANNELLI, È CONSIGLIATA PER LE CASE ABITATE IN BREVI PERIODI O CON UN'INSOLAZIONE MEDIA ANNUALE DI ALMENO 1200 MEGACALORIE

Tipi di pannello

• A SUPERFICIE SELETTIVA: CIOÈ L'ASSORBITORE DI CALORE È POTENZIATO DA UN TRATTAMENTO EFFETTUATO CON UN PRODOTTO INFRAROSSO CHE CONSENTE AL PANNELLO DI TRATTENERE MAGGIORMENTE IL CALORE DEL SOLE, RIDUCENDO AL TEMPO STESSO LA RIFLESSIONE; QUESTA TIPOLOGIA DI PANNELLI È MAGGIORMENTE INDICATA PER LE CASE DOVE SI RISIEDE ABITUALMENTE O PER UN UTILIZZO DI ALMENO 10 MESI ALL'ANNO E SONO IN GRADO DI PRODURRE ACQUA CALDA IN QUALUNQUE MESE DELL'ANNO, RAGGIUNGENDO IN ESTATE ANCHE PUNTE DI 80-90°C.

• HANNO UN COSTO MAGGIORE GIUSTIFICATO DALLA MAGGIORE COMPLESSITÀ DELL'IMPIANTO E DAI TRATTAMENTI TECNOLOGICI CUI È SOTTOPOSTO E POSSONO ESSERE UTILIZZATI SIA PER LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA, CHE PER L'INTEGRAZIONE AL SISTEMA DI RISCALDAMENTO.

Serbatoi captanti

• IL FLUIDO TERMOVETTORE LIQUIDO È LA STESSA ACQUA (SENZA ANTIGELO) UTILIZZATA POI DIRETTAMENTE DALL'UTENTE. CON QUESTE PARTICOLARI SOLUZIONI SI OTTENGONO RENDIMENTI DEL COLLETTORE VETRATO CERTAMENTE MODESTI, PER CONTRO L'ASSENZA DI SCAMBIATORE DI CALORE (E QUINDI DELLE INEVITABILI PERDITE) FÀSI CHE I RENDIMENTI FINALI DEL SISTEMA, E QUINDI I RENDIMENTI REALI, SIANO COMPLESSIVAMENTE MEDIAMENTE EQUIPARABILI A QUELLI DELLA MAGGIOR PARTE DEI SISTEMI PIÙ TRADIZIONALI, A FRONTE DI COSTI MOLTO PIÙ BASSI.

• LE PROBLEMATICHE MAGGIORI DI QUESTA TECNOLOGIA DERIVANO INVECE DALLA IMPOSSIBILITÀ DI UTILIZZARE ANTIGELO: EVIDENZIANDO PROBLEMI DI CONGELAMENTO DELLA MASSA D'ACQUA DEL SERBATOIO CAPTANTE CON IL RAGGIUNGIMENTO DI PUNTE NOTTURNE DI -15/-20°C.

• LE APPLICAZIONI OTTIMALI SONO QUELLE IN CUI NON SI RAGGIUNGONO MAI CONDIZIONI CLIMATICHE COSÌ RIGIDE, IN ALTERNATIVA È COMUNQUE POSSIBILE INSTALLARE VALVOLE DI SICUREZZA (CHE SI APRONO CON LA SPINTA PROVOCATA DALL'ACQUA CHE GELA), OPPURE CAVI AUTORISCALDANTI O RESISTENZE ELETTRICHE CHE INTERVENGONO QUANDO SI RAGGIUNGONO TEMPERATURE COSI RIGIDE.

Collettori diretti e indiretti

• I COLLETTORI SOLARI PIANI POSSONO ESSERE DI TIPO DIRETTO O INDIRETTO.

• NEL CIRCUITO DIRETTO IL FLUIDO TERMOVETTORE È LO STESSO DI QUELLO DI UTILIZZAZIONE. IL CIRCUITO È UNICO E SI TRATTA DI UN IMPIANTO SEMPLICE ED ECONOMICO.

• NEL CIRCUITO INDIRETTO IL FLUIDO TERMOVETTORE CEDE CALORE A QUELLO DI UTILIZZAZIONE IN UNO SCAMBIATORE. VI SONO COSÌ DUE DISTINTI CIRCUITI IDRAULICI.

• NELLE LOCALITÀ DOVE ESISTE LA POSSIBILITÀ DI CONGELAMENTO DELL'ACQUA LA SCELTA È LIMITATA AL CIRCUITO INDIRETTO, CHE È IL SOLO A CONSENTIRE IL RICORSO A MISCELE ANTICONGELANTI. IL CIRCUITO INDIRETTO SI PRESTA INOLTRE AD UNA PIÙ PRECISA REGOLAZIONE AL FINE DELLA MIGLIORE 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.

• PER QUANTO CONCERNE LA CIRCOLAZIONE DEL FLUIDO VETTORE, ESSA PUÒ ESSERE NATURALE PER DIFFERENZA DI DENSITÀ FRA COLONNA ASCENDENTE E QUELLA DISCENDENTE (IN TAL CASO L'ACCUMULATORE DEVE ESSERE AD ALTEZZA SUPERIORE RISPETTO AL COLLETTORE) O FORZATA, A MEZZO DI POMPA DI CIRCOLAZIONE (PIÙ PROPRIAMENTE DETTA CIRCOLATORE).

Circolazione naturale

• È IL TIPO DI IMPIANTO SOLARE PIÙ SEMPLICE. IL FLUIDO TERMOVETTORE, INSERITO NEL PANNELLO, NON HA BISOGNO DI POMPE PER VENIRE TRASPORTATO DAL COLLETTORE AL BOILER SOLARE.

• POICHÉ GARANTISCE OTTIMI RISULTATI, L'INSTALLAZIONE DI QUESTO SISTEMA È SEMPRE CONSIGLIABILE SE NON VI SONO IMPEDIMENTI DI NATURA TECNICA, COME L'IMPOSSIBILITÀ DI INSTALLAZIONE SUL TETTO, O VINCOLI IMPOSTI DALLA SOVRINTENDENZA AI BENI ARTISTICI.


• IL LIQUIDO TERMOVETTORE RISCALDATO DAL SOLE, DIVENTA PIÙ LEGGERO E TENDE A SALIRE SFRUTTANDO LE CORRENTI CONVETTIVE NATURALI CHE SI CREANO PER L'AUMENTO DI TEMPERATURA.

• PER QUESTO MOTIVO BISOGNA SISTEMARE IL SERBATOIO PIÙ IN ALTO DEL COLLETTORE SOLARE, COSÌ DA DARE UNA LIEVE PENDENZA AI TUBI DI COLLEGAMENTO E FACILITARE IL PASSAGGIO DEL LIQUIDO TERMOVETTORE NEL SERBATOIO E FACILITARE IL TRASCINAMENTO E L’ESPULSIONE DELL’ARIA.

Circolazione forzata

• IN QUESTO TIPO DI IMPIANTI È UNA POMPA O CIRCOLATORE A SPINGERE IL FLUIDO TERMOVETTORE DAL COLLETTORE AL SERBATOIO.

• UNO DEI VANTAGGI PRINCIPALI DI QUESTI IMPIANTI È QUELLO CHE, ESSENDO ALL'INTERNO, IL SERBATOIO NON SUBISCE LE ESCURSIONI TERMICHE NOTTURNE CHE POSSONO ACCELERARE L'USURA NEL TEMPO. OFFRONO UNA MAGGIORE EFFICIENZA RENDENDO PIÙ RAPIDA LA CIRCOLAZIONE DEL FLUIDO CON CONSEGUENTE MAGGIORE ASSORBIMENTO DELLA RADIAZIONE SOLARE.

Collettori ad aria

• I COLLETTORI AD ARIA, DAL PUNTO DI VISTA DEL FUNZIONAMENTO, SONO SIMILI A QUELLI A LIQUIDO. LA DIFFERENZA È NEL FLUIDO TERMOVETTORE CHE È, APPUNTO, L’ARIA.

• INOLTRE NON È NECESSARIO UTILIZZARE TECNICHE PARTICOLARI DI ANTICONGELAMENTO. ATTUALMENTE QUESTI COLLETTORI HANNO RAGGIUNTO UN EFFICIENZA DEL 60-70% E HANNO TEMPI DI VITA ANCHE MOLTO LUNGHI (OLTRE I 30 ANNI).

• POSSONO ESSERE UTILIZZATI IN DIVERSE APPLICAZIONI, MA IL LORO UTILIZZO PRINCIPALE È IL RISCALDAMENTO SOLARE DEGLI EDIFICI E, SECONDARIAMENTE, IL RISCALDAMENTO DELL’ACQUA.

Collettori per T medio alte

• IL COLLETTORE RACCOGLIE E CONCENTRA LA RADIAZIONE SOLARE SU UN RICEVITORE, CHE ASSORBE IL CALORE SOLARE E LO TRASFERISCE A UN FLUIDO SCALDANDOLO A TEMPERATURE CHE VANNO DA 100°C FINO AD OLTRE 1.200°C. GENERALMENTE IL COLLETTORE INSEGUE IL SOLE.

• IL FLUIDO COSÌ RISCALDATO PUÒ ESSERE IMPIEGATO ANCHE IN VARI PROCESSI INDUSTRIALI E, PRINCIPALMENTE, PER LA PRODUZIONE DI ELETTRICITÀ. IL FLUIDO CALDO PUÒ ANCHE ESSERE IMMAGAZZINATO E UTILIZZATO QUANDO L'ENERGIA SOLARE NON È DISPONIBILE.

Sistemi per T medio alte

IMPIANTI DI QUESTO TIPO POSSONO RAGGIUNGERE TAGLIE DI 100-250 MW.

• I PIÙ DIFFUSI POSSONO ESSERE DI TRE TIPI:• CONCENTRATORI PARABOLICI LINEARI• TORRI CON RICEVITORE CENTRALE• CONCENTRATORI PARABOLICI PUNTUALI

Concentratori parabolici lineari

• INSEGUONO IL SOLE MUOVENDOSI SU UN SOLO ASSE E LA SUPERFICE RIFLETTENTE CONCENTRA LA RADIAZIONE SU UN TUBO, POSTO SULLA LINEA FOCALE, CONTENENTE IL FLUIDO VETTORE DEL CALORE.

• UN FLUIDO TERMOVETTORE, POMPATO ATTRAVERSO I TUBI RICEVITORI, ALIMENTA UNA STAZIONE DI POTENZA LOCALIZZATA CENTRALMENTE. IL CALORE SOLARE È TRASFORMATO IN VAPORE ALLO SCOPO DI FAR FUNZIONARE UN TURBO-GENERATORE ELETTRICO. LE TEMPERATURE SVILUPPATE VANNO DA 400 A 600°C. TALI IMPIANTI OGGI HANNO DIMENSIONI DELL’ORDINE DEI 30-80 MW E POSSONO ESSERE IBRIDI, CIOÈ ABBINATI AD UNA CALDAIA ALIMENTATA A COMBUSTIBILI FOSSILI (GAS NATURALE NEL MIGLIOR CASO) PER REGOLARE IL CARICO E LE TEMPERATURE IN MANCANZA DI SOLE.

• È LA TECNOLOGIA A CONCENTRAZIONE SOLARE PIÙ COLLAUDATA, CON COSTI AL KWh DI 0,08 € (150 EURO/m2), IN PROSPETTIVA IL COSTO DELL'ENERGIA OTTENIBILE È NELL'ORDINE DEI 4 CENTESIMI DI EURO PER KWh IN ABBINAMENTO CON IL 25% DI SISTEMI A METANO E/O CON SISTEMI DI ACCUMULO DI ENERGIA TERMICA.

Concentratori a torre centrale

• IL SISTEMA CONSISTE IN UN CAMPO DI ELIOSTATI (SPECCHI), DISPOSTI INTORNO ALLA TORRE, CHE INSEGUONO E CATTURANO LA LUCE SOLARE RIFLETTENDOLA E CONCENTRANDOLA VERSO UNA CALDAIA (RICEVITORE) MONTATA SU DI UNA TORRE.

• IL FLUIDO (AD ESEMPIO UN NITRATO FUSO) CHE CIRCOLA NEL RICEVITORE VIENE COSÌ SCALDATO E L'ENERGIA PRODOTTA VIENE DIRETTA IN UN CIRCUITO CHIUSO (CLOSED LOOP) TRA IL RICEVITORE, IL SERBATOIO DI IMMAGAZZINAMENTO E IL SISTEMA DI CONVERSIONE ELETTRICA.

Concentratori a torre centrale

Concentratori puntuali

• UTILIZZANO DEI RIFLETTORI PARABOLICI CHE INSEGUONO IL SOLE MUOVENDOSI SU DUE ASSI E FOCALIZZANO LA RADIAZIONE SOLARE SU DI UN RICEVITORE A CAVITÀ INSTALLATO, AL DI SOPRA DEL RIFLETTORE STESSO, NEL SUO PUNTO FOCALE.

• IL CALORE ASSORBITO È TRASFERITO (A 750°C) DA UN SISTEMA FLUIDO-VAPORE (AD ESEMPIO SODIO) AL MOTORE-GENERATORE, AD ESEMPIO UN MOTORE LINEARE TIPO STIRLING O A CICLO BRAYTON.

Concentratori puntuali

• LE DIMENSIONI DEI SINGOLI MODULI POSSONO VARIARE NELL’INTERVALLO DA 5 A 50 KW, CON UNA SERIE DI TALI CONCENTRATORI SI POSSONO REALIZZARE IMPIANTI DI QUALSIASI TAGLIA E POTENZA.

• MENTRE IMPIANTI CON UN NUMERO LIMITATO DI SPECCHI HANNO GENERALMENTE IL GENERATORE INDIVIDUALMENTE MONTATO SU CIASCUN PUNTO FOCALE, SU PIÙ GRANDE SCALA IL CALORE PUÒ ESSERE RACCOLTO ATTRAVERSO GUIDE DI CALORE PRESSO UNA STAZIONE DI POTENZA LOCALIZZATA CENTRALMENTE, DOVE PUÒ ESSERE AGGIUNTO ANCHE L’ACCUMULO DELL’ENERGIA TERMICA, COME NEL CASO DELLE TORRI SOLARI.

Problematiche

• I COLLETTORI SOLARI TERMICI PRESENTANO ALCUNI PROBLEMI, PRIMA DI TUTTO, LA LORO IMPOSSIBILITÀDI FUNZIONARE A PIENO REGIME IN ASSENZA DEL SOLE.

• IL SISTEMA PRODUCE COMUNQUE ACQUA CALDA ANCHE CON IL CIELO NUVOLOSO. INFATTI LA RADIAZIONE INCIDENTE SU UN PANNELLO È DATA DALLA SOMMA DI QUELLA CHE PROVIENE DIRETTAMENTE DAL SOLE E DA QUELLA CHE PROVIENE, IN MODO MENO CONCENTRATO MA MOLTO PIÙ ESTESO, DALL’INTERA VOLTA CELESTE CHE DURANTE LE ORE DIURNE È SEMPRE DISPONIBILE (TRANNE CHE DURANTE UN TEMPORALE O CON IL CIELO MOLTO COPERTO).

Problematiche

• PER POTER DISPORRE SEMPRE DI ACQUA CALDA È QUINDI INDISPENSABILE RICORRERE A SOLUZIONI INTEGRATIVE DELLA RADIAZIONE SOLARE:

• § SE GIÀ ESISTE UNA CALDAIA A GAS, È POSSIBILE COLLEGARE IL SISTEMA SOLARE ALL’IMPIANTO ESISTENTE. L’ACQUA SCALDATA NEL PANNELLO PASSA ATTRAVERSO UN'ELETTROVALVOLA CHE, IN BASE ALLA SUA TEMPERATURA, LA INVIA DIRETTAMENTE ALL’UTENZA DOMESTICA O ALLA CALDAIA FACILITANDONE IL LAVORO DI RISCALDAMENTO. QUESTA SOLUZIONE PERMETTE DI RISPARMIARE SULLA BOLLETTA DEL GAS, DI ALLUNGARE LA VITA DELLA CALDAIA E DI DISPORRE D'ACQUA CALDA SENZA LIMITI DI CONSUMO, UTILIZZANDO AL MASSIMO LE CAPACITÀDEL PANNELLO.

Problematiche

• SE NON È POSSIBILE COLLEGARSI ALLA CALDAIA A GAS, OCCORRE INSERIRE NEL SERBATOIO UNA RESISTENZA ELETTRICA DI ALMENO 1 kW CON TERMOSTATO TARATO A CIRCA 40-50°C. TUTTI I SISTEMI SOLARI COMPATTI IN COMMERCIO SONO DOTATI DI UNA RESISTENZA ELETTRICA INTEGRATIVA POSIZIONATA ALL’INTERNO DEL SERBATOIO.

Installazione

• PER LE CASE DI NUOVA COSTRUZIONE O PER LE RISTRUTTURAZIONI, LA COSA PIÙ LOGICA

• DA FARE SAREBBE QUELLA DI PREVEDERE IN FASE DI PROGETTAZIONE TUTTI I COLLEGAMENTI E GLI ACCORGIMENTI NECESSARI PER L’INSTALLAZIONE DI UN SISTEMA SOLARE. UN CORRETTO INSERIMENTO DEL PANNELLO SOLARE NELL’EDIFICIO CONSENTE DI OTTENERE IL MASSIMO RENDIMENTO CON LA MINIMA SPESA DI INSTALLAZIONE.

Installazione

• TUTTE LE NUOVE CASE DOVREBBERO ESSERE PREDISPOSTE PER L’INSTALLAZIONE DEI PANNELLI SOLARI, AD ESEMPIO, INSERENDO NELLA MURATURA DUE TUBAZIONI (UNA DI MANDATA ED UNA DI RITORNO) DAL TETTO AI VARI PIANI DELL’EDIFICIO. TALE PREDISPOSIZIONE HA UN COSTO TRASCURABILE MA PORTA AD UN NOTEVOLE RISPARMIO NEL MOMENTO IN CUI SI DECIDESSE DI INSTALLARE UN SISTEMA SOLARE.

Installazione

NATURALMENTE I PROBLEMI VARIANO A SECONDA DEI LUOGHI DOVE SI DECIDE DI INSTALLARE IL PANNELLO:

• § TETTO A FALDE INCLINATE• § TETTO TERRAZZATO• § GIARDINO

IN OGNI CASO BISOGNA SEMPRE FARE ATTENZIONE CHE, IN NESSUN MESE DELL’ANNO E NELL’ARCO DELLA GIORNATA, VI SIANO OMBRE CHE RAGGIUNGANO IL PANNELLO E LO COPRANO DAI RAGGI DEL SOLE.

Tetto a falde inclinate

• PER PRIMA COSA OCCORRE VERIFICARE L’ORIENTAMENTO DEL TETTO.

• LA POSIZIONE PIÙ VANTAGGIOSA È QUELLA RIVOLTA VERSO SUD. MA ANCHE PER I CASI IN CUI LE FALDE SIANO ORIENTATE VERSO SUD-EST O VERSO SUD-OVEST IL PANNELLO POTRÀ ESSERE UGUALMENTE ISTALLATO. È IMPORTANTE CHE LA FALDA DEL TETTO SIA INCLINATA DI ALMENO 35° RISPETTO AL PIANO ORIZZONTALE.

• I TETTI ORIENTATI CON ASSE NORD-SUD SONO SFAVOREVOLI AL POSIZIONAMENTO OTTIMALE DEI PANNELLI SOLARI SUL TETTO. TUTTAVIA VARIE SOLUZIONI TECNICHE CONSENTONO DI INSTALLARE I PANNELLI SOLARI ANCHE IN QUESTE SITUAZIONI. OCCORRE VALUTARE SE È PREFERIBILE INSTALLARE UNA MAGGIORE SUPERFICIE O MIGLIORARE L’ORIENTAMENTO DEL PANNELLO.

Tetto a falde inclinate

• LA MIGLIORE SOLUZIONE TECNICA ED ESTETICA È RAPPRESENTATA DAL POSIZIONAMENTO DEL SERBATOIO DI ACCUMULO NEL SOTTOTETTO AD UNA QUOTA SUPERIORE RISPETTO A QUELLA DEL PANNELLO SOLARE. CIÒ PERMETTE DI ADOTTARE UN SISTEMA A CIRCOLAZIONE NATURALE, DI RIDURRE AL MINIMO LE DISPERSIONI TERMICHE DEL SERBATOIO E DI AVERE UN FACILE ACCESSO AL SERBATOIO PER EVENTUALI MANUTENZIONI ED INTEGRAZIONI DEL LIQUIDO DEL CIRCUITO PRIMARIO. IN QUESTO CASO SI CONSIGLIA DI INSTALLARE ANCHE UNA VASCA DI DRENAGGIO.

Tetto piano

• L’INSTALLAZIONE DEI PANNELLI SOLARI SU UN TETTO A TERRAZZO È LA SOLUZIONE PIÙ FACILE PERCHÉ:

• § PERMETTE DI INSTALLARE UN SISTEMA COMPATTO A CIRCOLAZIONE NATURALE (SERBATOIO VICINO AL PANNELLO) CHE RICHIEDE UNA MODESTA MANUTENZIONE

• § OFFRE LA CERTEZZA DI POTER ORIENTARE IL PANNELLO VERSO SUD, A MENO CHE NON SUSSISTANO PROBLEMI DI OMBRE DI ALBERI O DI EDIFICI

• § RIDUCE AL MINIMO I COSTI DI INSTALLAZIONE, PERCHÉ IL FISSAGGIO SUL TERRAZZO È DI FACILE E RAPIDA ESECUZIONE E CONSENTE UN’AGEVOLE MANUTENZIONE

Giardino

• FRA LE DIVERSE ZONE DOVE SI PUÒ INSTALLARE UN SISTEMA SOLARE NON VA DIMENTICATO IL GIARDINO, PER LE CASE CHE ABBIANO DISPONIBILE UN’AREA VERDE NON COPERTA DA OMBRE NEI VARI MESI DELL’ANNO.

• OVE POSSIBILE, L’INSTALLAZIONE DEL SISTEMA SOLARE IN GIARDINO È DA PREFERIRE IN QUANTO È DI FACILE ESECUZIONE ED È POCO COSTOSA ANCHE SE IL SISTEMA DEVE ESSERE NECESSARIAMENTE A CIRCOLAZIONE FORZATA.

Sistemi ad aria

Circolazione nat. senza caldaia

Integraz. con caldaia istantanea

Accumulo separato - resistenza

• Integrazione con resistenza elettrica


Circolazione naturale – serbatoio integrato nel pannello

Circolazione naturale – serbatoio posto nel sottotetto

Collettori solari – serbatoi

Vanno previsti 50-60 l/mq di collettore

Collettori solari - serbatoi

• Lo scambiatore esterno – ad esempio a piastre - permette di effettuare lo scambio termico in maniera compatta ed efficiente (molta superficie in un volume ridotto).

Regolazione del circuito solare

• La regolazione viene effettuata:– sulla temperatura di uscita del pannello– sulla differenza di T tra pannello e serbatoio di accumulo

• Questa differenza di temperatura viene tarata attorno ai 5-8 °C

• Il regolatore lavora sulle pompe di circolazione o sulla valvola a tre vie di miscelazione

Regolazione acqua sanitaria

• Il circuito deve sempre essere integrato con un’apposita caldaia:

Regolazione di impianti distr.

I pannelli si prestano all’utilizzo su utenze distribuite (va ovviamente introdotto un idonea contabilizzazione dei consumi)

Esempi di impianti termici

Risparmio ottenibile

• Dire con esattezza quanto sia il risparmio che si ottiene, da un impianto solare per aqua calda a scopo sanitario, non è facile perchè molto dipende dalle abitudini personali di ogni famiglia, quindi quanta acqua si utilizza in igiene personale, o nel lavaggio delle stoviglie, oppure dal tipo di caldaia o di scaldabagno che si possiede ecc.. Con calcolo abbastanza indicativo, ma sufficientemente attendibile si può indicare un risparmio di 100-180 metri cubi di metano a persona annualmente, con una mancata emissione di Anidride Carbonica ( che ricordiamo essere la causa maggiore dell'effetto serra ) di 230-400 kg annui per persona.


• A queste quantità occorre aggiungere gli sprechi che comunque la caldaia, o lo scaldabagno ad accumulo, generano molto facilmente, ad esempio con la semplice fiamma pilota, o con il funzionamento ad intermittenza dello scaldabagno, per mantenere grosse quantità d'acqua alla giusta temperatura, anche durante gli orari più impensabili della giornata, o della notte. Questi sprechi sicuramente saranno di ulteriori 150-250 metri cubi di metano annuali, da aggiungere ai risparmi effettivi calcolati in base al numero di persone.


• Occorre tener presente i costi al metro cubo del metano, o del combustile usato dalla propria caldaia, per calcolare bene il risparmio, alla luce anche delle tasse, delle tasse sulle tasse, della tassa aggiuntiva per superamento della soglia di consumo, dell'iva, dell'inflazione, degli aumenti che ci saranno negli anni a venire, ecc... Si tenga presente che gli impianti solari per l'acqua calda riescono a produrre più del 90% del fabbisogno di acqua calda per il periodo che va da aprile ad ottobre...


• quindi per tutto questo periodo la caldaia o lo scaldabagno possono rimanere praticamente spenti, abbattendo quegli sprechi che non vanno sottovalutati come accennati poco sopra. Ad esempio la sola fiamma pilota di molte caldaie consuma quasi 1 metro cubo di metano al giorno inutilmente, e se si considera il periodo detto sopra sono praticamente 200 giorni=200 metri cubi!

Sistemi solari passivi

Fse 09 lezione - solare termico

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