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PANNELLI SOLARI TERMICI Ing. Alessia Soldarini 21 Maggio 2010 ITI L. da Vinci

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Introduzione Un impianto solare termico permette di trasformare direttamente lenergia solare incidente in energia termica, senza nessuna emissione inquinante e con il risparmio economico associato al mancato utilizzo di fonti energetiche tradizionali (energia elettrica o combustibili fossili). Lenergia termica cos prodotta viene raccolta in genere sotto forma di acqua calda. I principali componenti di un impianto solare sono: collettore solare come captatore di radiazione solare serbatorio di accumulo

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Lo sfruttamento dellenergia solare principalmente correlato alla disponibilit della radiazione solare incidente al suolo nella localit presa in considerazione. RADIAZIONE DIRETTA RADIAZIONE RIFLESSA RADIAZIONE DIFFUSA RADIAZIONE TOTALE RADIAZIONE SOLARE INCIDENTE AL SUOLO = radiazione diretta + radiazione diffusa Radiazione solare

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Lapporto solare su una superficie dipende inoltre da caratteristiche geografiche ed ambientali: LATITUDINE A causa dellinclinazione dellasse terrestre la radiazione solare sulla superficie della terra varia con la latitudine. Aumentando la latitudine diminuisce langolo di incidenza dei raggi solari e quindi lenergia sfruttabile. STAGIONE Il movimento di rivoluzione della terra intorno al sole determina la stagionalit annuale. Il movimento di rotazione della terra su se stessa determina il movimento apparente del sole che ogni giorno descrive degli archi che partono da est e terminano a ovest. Caratteristiche geografiche

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INCLINAZIONE: langolo che si forma tra il piano orizzontale e la proiezione del pannello. La scelta del valore dellangolo legata al principale utilizzo che se ne intende fare. ORIENTAMENTO: indica la deviazione del piano del pannello solare dalla direzione cardinale Sud Esposizione SudEsposizione Ovest Modalit dinstallazione

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COLLETTORI VETRATI PIANI COLLETTORI A TUBI SOTTOVUOTO COLLETTORI SCOPERTI NATURALEFORZATA TIPOLOGIA DI PANNELLO CIRCOLAZIONE Classificazione

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COLLETTORE DI COLLEGAMENTO VASCA DI CONTENIMENTO MATERASSINO ISOLANTE TUBI SCAMBIATORI VETRO DI CHIUSURA PIASTRA CAPTANTE Pannelli solari termici piani

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Solo una piccola parte viene riflessa tra lassorbitore e il vetro, la cui funzione proprio quella di ostacolare la fuoriuscita delle radiazioni. Il fluido da riscaldare scorre nelle serpentine allinterno del pannello. Pannelli solari termici piani La radiazione solare attraversa la lastra di vetro e viene assorbita dallassorbitore che la converte in calore.

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RIFLETTORE VETRO ESTERNO INTERCAPEDINE SOTTOVUOTO RIVESTIMENTO SELETTIVO TIPOLOGIA A FLUSSO DIRETTOTIPOLOGIA A TUBO DI CALORE Il fluido proveniente dalla tubazione primaria scorre direttamente in ciascun tubo di vetro: raggiunge la base del tubo e risale riscaldandosi durante il tragitto. Il tubo di calore formato da un unico condotto in cui presente liquido a basso punto di ebollizione. Il vapore che si sviluppa a seguito del riscaldamento del liquido, sale verso lalto fino allestremit superiore dove cede calore al fluido della tubazione principale. Cos raffreddato ritorna verso il basso. Pannelli solari termici sottovuoto

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I pannelli solari sottovuoto captano oltre alla radiazione solare diretta anche quella diffusa. Pannelli solari termici sottovuoto In questa tipologia di collettori non si verificano perdite per convezione e conduzione (laria infatti il miglior isolante) e pertanto il rendimento superiore.

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una circolazione che avviene senza aiuto di circolatori elettrici. Il fluido vettore riscaldandosi allinterno dei pannelli diventa pi leggero del fluido contenuto nel serbatoio. Naturalmente affinch una simile circolazione possa avvenire i serbatoi di accumulo devono essere posti pi in alto dei pannelli. Circolazione naturale Il serbatoio esposto alle basse temperature invernali e ci influisce negativamente sul rendimento del pannello. La semplicit di tale impianto lo rende economico.

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una circolazione che avviene con laiuto di circolatori, attivati solo quando nei pannelli il fluido vettore si trova ad una temperatura pi elevata rispetto a quella dellacqua contenuta nei serbatoi daccumulo. Non ci sono vincoli per lubicazione dei serbatoi. Organi di controllo permettono di regolare la portata per migliorare lo scambio termico. Circolazione forzata

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Irraggiamento medio nella localit dellinstallazione Fabbisogno di acqua calda sanitaria Fabbisogno termico Superficie necessaria di collettori Grado di copertura solare Integrazione con generatore tradizionale Schema impiantistico Analisi dei costi Dimensionamento

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Le considerazioni riguardanti lirraggiamento solare permettono di determinare la radiazione incidente sulledificio e quindi lapporto di calore per poter dimensionare i sistemi solari. Normativa UNI 10349 Valori giornalieri medi mensili dellirradiazione solare su piano orizzontale in relazione alla posizione geografica (MJ/m 2 ). H P.O. Irradiazione solare mensile sul piano orizzontale GenFebMarAprMagGiuLugAgoSetOttNovDic 1.442.063.174.695.066.116.445.083.972.531.641.31 LocalitBorgomanero Latitudine4544 Longitudine862 Altitudine260 m s. l. m. Posizione geografica Irraggiamento solare

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Dallirraggiamento medio mensile su piano orizzontale bisogna determinare lirraggiamento sul piano del pannello che funzione dellinclinazione del pannello rispetto alla superficie orizzontale e dellorientamento rispetto al sud geografico.. Irradiazione solare sul piano del pannello H P.P. = H P.O. x R D COEFFICIENTE DI CONVERSIONE N S inclinazione ( = 20) orientamento ( = 15 est) IRRADIAZIONE SUL PIANO ORIZZONTALE IRRADIAZIONE SUL PIANO DEL PANNELLO Irradiazione solare sul piano del pannello

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Un indicazione sul fabbisogno medio giornaliero di acqua calda sanitaria data dal numero di persone che abitano lappartamento e dal livello di comfort dellabitazione. UtenzaLitri/persona Comfort basso50 Comfort medio70 Comfort alto90 Fabbisogno giornaliero 4 persone = 200 litri CAPACITA MINIMA BOLLITORE I bollitori hanno generalmente capacit standard300 litri Si calcola il fabbisogno termico per assicurare una copertura del 100% della quantit di acqua sanitaria richiesta. Fabbisogno termico E = m V x V p x c s x (t-T a ) E = 10 kWh/giorno E = 300 kWh/mese Quantit di calore necessaria per scaldare 300 litri di acqua dalla temperatura T 1 a T 2. Fabbisogno di acqua calda sanitaria

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La superficie utile di pannelli solari viene calcolata come rapporto tra il calore necessario per riscaldare il fabbisogno di acqua calda sanitaria e il calore utile captato dal pannello solare. Superficie necessaria = Energia termica necessaria Calore utile captato dal pannello solare S n = 300 kWh/mese Irraggiamento mensile P.P. X SUPERFICIE INSTALLATA 4,6 m 2 Superficie pannello circa 2.2 m 2 N 2 PANNELLI DA INSTALLARE Superficie pannelli solari

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Questo indice di valutazione per un sistema solare termico descrive la quota solare prodotta rispetto al consumo energetico totale. ENERGIA DA INTEGRARE CON GENERATORE CONVENZIONALE ENERGIA SUPERFLUA Grado di copertura solare

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ORGANI DI SICUREZZA E REGOLAZIONE DELLIMPIANTO SOLARE CENTRALINA DI REGOLAZIONE Schema impiantistico

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Costo annuo di manutenzione: normalmente nelle analisi economiche si stima in circa il 2,5% del costo dimpianto. In tale stima sono compresi anche gli eventuali costi di manutenzione straordinaria. La maggior parte del costo dovuta allacquisto dei materiali di cui i collettori rappresentano la percentuale pi alta. FORNITURA IMPIANTO 55% 25% 15% 5% INSTALLAZIONE COLLEGAMENTO IMPIANTO ESISTENTE COSTI Fornitura impianto2200 Installazione1000 Collegamento impianto600 Sviluppo progetto200 SVILUPPO PROGETTO COSTO TOTALE IMPIANTO 4000 COSTO MANUTENZIONE BIENNALE 100 Analisi dei costi

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Dati ricavati dallimpianto solare installato presso il Centro Ricerche Caleffi. Il sistema costituito da 2 pannelli piani collegati allaccumulo con circolazione forzata. Produzione pannelli solari Integrazione da caldaia Surplus Analisi produzione solare anno 2009

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1,9 kg di CO 2 Combustione di 1 m 3 di METANO 275 m 3 metano risparmiati 195 risparmiati 88 m 3 metano consumati 62 spesi Quantit di anidride carbonica NON immessa in atmosfera 522 kg di CO 2 /anno Costi Metano ed emissione di CO 2 Il consumo annuo stimato di combustibile pari a 362 m 3 di metano che equivalgono ad una spesa di circa 260.

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Conclusioni Negli ultimi anni molti paesi europei hanno intensificato le loro attivit nel settore della tecnologia solare introducendo normative ecologiche, programmi di sostegno ed incentivi statali. Nonostante lItalia sia uno dei paesi europei con il maggior potenziale per il solare termico sfrutta solo in minima parte la grande disponibilit. Negli ultimi anni lincremento vertiginoso del petrolio e la crescente instabilit politico- economica mondiale hanno spinto lopinione pubblica verso la consapevolezza dellimportanza dellindipendenza economica. Alcune stime prevedono un aumento degli investimenti proprio sul mercato del solare termico. Questi ambiziosi obiettivi potranno essere raggiunti non solo attraverso un programma di incentivazione del mercato ma soprattutto grazie a campagne dinformazione che contribuiscono in maniera significativa allo sviluppo nazionale.

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Vi ringrazio per lattenzione