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Solare termico

Solare termico

Il solare termico è una tecnologia matura e affidabile, in grado di offrire ottime prestazioni energetiche e un notevole risparmio economico.

Un impianto solare termico, costituito da pannelli solari termici (da non confondere con i pannelli fotovoltaici) e da un sistema di accumulo dell’acqua calda, consente di trasformare la radiazione solare in energia termica utile, sotto forma di acqua o aria calda.

Le diverse tipologie impiantistiche degli impianti solari possono soddisfare una vasta gamma di esigenze. Dai semplici sistemi a circolazione naturale a quelli a circolazione forzata, senza dimenticare gli impianti combinati in cui l'acqua calda prodotta dal solare viene utilizzata per riscaldare non solo l'acqua sanitaria ma anche l'acqua circolante nell'impianto di riscaldamento.

Con il termine “acqua calda sanitaria”, spesso abbreviato in ACS, si intende l’acqua calda utilizzata per i consumi del bagno e della cucina, esclusa l’acqua che circola nel sistema di riscaldamento.

Nel settore residenziale , le applicazione solari più diffuse sono al servizio delle abitazioni singole, grazie anche ai costi contenuti e alla semplicità impiantistica. Anche i condomini presentano un grande potenziale applicativo finora poco sfruttato.

Il solare termico trova anche numerose applicazioni nel settore industriale e agricolo , ad esempio in cantine vinicole, caseifici, aziende agricole e altri tipi di attività produttive.

Esistono poi una serie di utenze del settore terziario , come le piscine e gli alberghi, che possono beneficiare dei vantaggi della tecnologia solare. Particolarmente interessante anche la possibilità di produrre freddo a partire dal calore prodotto dai pannelli solari, attraverso l'innovativa tecnologia del solar cooling .

Infine, uno sguardo agli aspetti energetici e agli aspetti ambientali connessi all'utilizzo del solare termico.

Solare termico Pannelli solari termici

Le varie tipologie di solare termico

Per catturare l'energia del sole e trasformarla in calore utile sotto forma di acqua calda, si impiegano degli apparecchi particolari che vengono definiti "collettori solari" o anche, più colloquialmente, "pannelli solari". I pannelli solari costituiscono la base di qualunque tecnologia per il solare termico e sono disponibili in diverse tipologie.

La scelta del collettore più adatto alle nostre esigenze deve tenere conto di alcuni fattori. Innanzitutto il parametro climatico, dal momento che le prestazioni dei pannelli variano al variare delle temperature esterne e delle condizioni di irraggiamento solare. Inoltre alcuni pannelli si prestano meglio di altri ad applicazioni particolari, come l’integrazione con sistemi di riscaldamento a bassa temperatura.

I pannelli piani vetrati rappresentano la fetta più grossa (ben l’84%) del mercato italiano del solare termico e sono di gran lunga i più diffusi nel settore domestico. Questi collettori, ideali per la produzione di acqua calda sanitaria, sono molto versatili e hanno costi accessibili.

I pannelli sottovuoto (14% del mercato) hanno un’efficienza molto alta, che gli consente di raggiungere temperature elevate e di ottenere buoni rendimenti anche nella stagione invernale. Per questo motivo sono consigliati in particolare nelle zone montane e nei climi freddi, anche ad integrazione del sistema di riscaldamento.

I pannelli piani non vetrati, conosciuti anche come pannelli "scoperti" o "in materiale plastico", sono i collettori solari più semplici ed economici reperibili sul mercato. Hanno lo svantaggio di presentare rendimenti molto scarsi al di fuori della stagione estiva.

I pannelli ad aria , infine, anche se poco diffusi in Italia possono contribuire in maniera significativa al riscaldamento di piccoli e grandi volumi e trovano anche spazio in particolari applicazioni del settore agricolo, come l'essicazione dei foraggi

Solare Termico Pannelli piani vetrati

Che cosa sono i collettori piani vetrati

Si tratta dei “classici” pannelli solari per la produzione di acqua calda, di gran lunga i più diffusi sul mercato.

I collettori vetrati hanno buoni rendimenti e costi accessibili. Possono raggiungere temperature di 90-95 °C e sono ideali per la produzione di acqua calda a uso sanitario .

Non presentano particolari difficoltà in fase di installazione e manutenzione; hanno inoltre un alto grado di affidabilità , essendo una tecnologia diffusa da molti anni.

Caratteristiche tecniche

I collettori vetrati presenti sul mercato non sono tutti uguali; esiste anzi una grande varietà di alternative tecniche, impiantistiche ed economiche. Tuttavia è possibile individuare un modello standard che ne individui i componenti principali e ne descriva la logica di funzionamento.

Struttura di un tipico collettore piano vetrato

Il cuore del pannello è formato dall’ assorbitore di calore : si tratta di una lamiera verniciata di nero, con tubi di rame integrati, che ha la funzione di assorbire la radiazione solare. L’assorbitore cede il proprio calore al fluido termovettore (acqua oppure soluzione di acqua e antigelo) che scorre nei tubi di rame.

La copertura in vetro è studiata per consentire il passaggio della radiazione solare, limitando al contempo le dispersioni di calore dall’assorbitore verso l’ambiente esterno. Il fondo e i lati del collettore sono dotati di materiale isolante, per impedire ulteriori dispersioni termiche. Tutti questi componenti sono tenuti insieme da un telaio in lega leggera.

Questi elementi caratterizzano la maggior parte dei pannelli vetrati in commercio, che sono disponibili nelle due principali configurazioni: a circolazione naturale , con serbatoio integrato, e a circolazione forzata .

A seconda delle prestazioni, è possibile suddividere i collettori in due grandi famiglie:

• Pannelli vetrati selettivi : l’assorbitore è trattato con dei prodotti selettivi, che riducono del 10-15% le dispersioni di calore rispetto a quelli non selettivi. Il prezzo è più elevato, ma hanno il vantaggio di poter lavorare meglio nei periodi più freddi e meno assolati. Per questo motivo possono essere utilizzati anche in integrazione con il sistema di riscaldamento;

• Pannelli vetrati non selettivi : l’assorbitore è semplicemente verniciato di nero. Sono indicati per le abitazioni estive o per le zone del centro-sud che godono di abbondante insolazione.

In termini di rendimento, la differenza tra collettori selettivi e non selettivi è mediamente del 10-15%. Sul mercato si trovano anche collettori vetrati semi-selettivi, con prestazioni intermedie tra quelle delle due principali famiglie, ma con un aumento di costi contenuti rispetto ai collettori non selettivi.

Il diagramma riportato qui sotto mostra l' andamento dell'efficienza dei diversi collettori al variare della radiazione solare.

Curva di efficienza istantanea dei collettori

Applicazioni

Indicativamente, consentono di scaldare tutta (o quasi) l’acqua calda di cui abbiamo bisogno, per un periodo che va all’incirca da marzo a ottobre. Nella stagione invernale, il loro rendimento è variabile a seconda delle condizioni geografiche e dell’efficienza del collettore.

Spesso per l’integrazione con il sistema di riscaldamento vengono consigliati i pannelli sottovuoto; tuttavia collettori vetrati selettivi di qualità possono svolgere questo compito con buoni rendimenti anche nei periodi più freddi.

Vantaggi

• tecnologia diffusissima

• alta affidabilità

• prezzo accessibile

Svantaggi

• minore efficienza rispetto ai collettori sottovuoto

Solare Termico Pannelli sottovuoto

Che cosa sono i collettori sottovuoto

Si tratta di pannelli ad alta efficienza molto diffusi nei Paesi del Nord Europa ma ancora poco presenti nel panorama italiano.

I collettori sottovuoto possono raggiungere temperature superiori ai 100° e la loro efficienza è in media superiore del 15-20% rispetto ai pannelli piani vetrati più efficienti. Hanno il vantaggio di mantenere buone prestazioni anche in condizioni di scarsa insolazione e con temperature inferiori allo zero.

Queste caratteristiche incidono anche sul prezzo finale, che è generalmente superiore a quello dei tradizionali collettori vetrati.

Caratteristiche tecniche

I collettori sottovuoto sono composti da serie parallele di particolari tubi di vetro . Ogni tubo vetrato contiene al proprio interno un altro tubo concentrico, trattato con vernice selettiva di colore scuro, che attira e cattura la radiazione solare grazie all’assorbitore.

Tra i due tubi viene realizzato il vuoto : questo funziona da isolante termico e consente di limitare la dispersione di calore verso l’esterno, con un “ effetto thermos ”.

Esistono diverse modalità di trasporto del calore, caratteristiche dei collettori sottovuoto.

Una delle più interessanti è a tubo di calore “heat pipe” : all’interno di ogni tubo di vetro è presente uno speciale tubo di rame, riempito con un alcool che evapora già a basse temperature. La soluzione alcolica, riscaldandosi, risale lungo l’heat pipe, si condensa e raffredda cedendo calore al fluido termovettore che scorre nel collettore di raccolta.

I sistemi heat pipe hanno il grande vantaggio di funzionare a bassissime temperature e in condizioni di tempo nuvoloso .

Hanno però alcuni limiti di installazione: la loro inclinazione sul piano orizzontale non deve essere inferiore ai 30° e superiore ai 70°. Tuttavia, questo non è un grosso handicap, poiché la maggior parte delle installazioni nel nostro paese rientrano in questo angolo di inclinazione. I collettori sottovuoto sono disponibili nelle due principali configurazioni: a circolazione naturale e a circolazione forzata.

Il diagramma riportato qui sotto mostra l'andamento dell'efficienza dei diversi collettori al variare della radiazione solare, evidenziando i buoni rendimenti dei pannelli sottovuoto anche in condizioni climatiche sfavorevoli.

Curva di efficienza istantanea dei collettori

Applicazioni

I collettori sottovuoto possono produrre acqua calda sia per usi sanitari che per il riscaldamento , e sono adattabili alle principali soluzioni impiantistiche.

Gli alti rendimenti risultano particolarmente utili nelle giornate invernali, in cui ad una maggiore richiesta di calore corrisponde una disponibilità minore di radiazione solare. Il loro potenziale, quindi, viene pienamente sfruttato in zone montane e a clima rigido, in ogni caso in edifici dotati di impianti solari collegati al sistema di riscaldamento, che richiedono un buon apporto di calore anche nel corso della stagione fredda.

A parità di prestazioni, i pannelli sottovuoto occupano una superficie minore rispetto ai convenzionali pannelli vetrati.

Vantaggi

• tecnologia affidabile e collaudata

• elevata efficienza anche durante la stagione invernale

• possibilità di utilizzo con un sistema di riscaldamento a bassa temperatura

Svantaggi

• costo elevato

Solare Termico Pannelli non vetrati

Che cosa sono i collettori non vetrati

I pannelli non vetrati sono dei collettori solari realizzati con materiale plastico (PVC, polipropilene, neoprene, gomme sintetiche) e sono privi di isolamento e di copertura vetrata. Per queste loro caratteristiche sono conosciuti anche come collettori "plastici" o " non vetrati ".

Sono pannelli ad uso esclusivamente estivo , poichè il loro funzionamento richiede una buona insolazione e temperature esterne superiori ai 20 °C; la temperatura dell'acqua in uscita non supera di norma i 40 °C. La loro installazione è semplice ed economica , e necessitano di poca o nessuna manutenzione. Inoltre, essendo privi di componenti metallici, sono al riparo da rischi di corrosione.

Caratteristiche tecniche

I pannelli non vetrati sono composti semplicemente da una serie di tubi plastici di colore scuro, senza isolamento o superfici vetrate. All'interno dei tubi scorre e viene riscaldato il fluido termovettore, di norma la stessa acqua utilizzata tal quale dall'utenza finale.

Questi collettori sono prodotti e installati sotto forma di stuoie o fasci , anche di notevole lunghezza, facilmente installabili e riavvolgibili al termine della stagione di utilizzo.

Pannelli non vetrati per il riscadamento dell'acqua di una piscina

In condizioni di buon irraggiamento solare e di temperature superiori ai 20 °C, l'efficienza istantanea dei pannelli non vetrati è molto alta e spesso addirittura superiore a quella degli altri collettori. Il loro rendimento , però, cala bruscamente col diminuire della temperatura e della radiazione solare, così come si può vedere nel diagramma riportato qui sotto.

Curva di efficienza istantanea dei collettori

I collettori non vetrati sono disponibili nelle due principali configurazioni impiantistiche: a circolazione naturale e a circolazione forzata.

Applicazioni

I pannelli non vetrati sono la soluzione ideale quando si ha bisogno di temperature dell'acqua superiori di qualche grado rispetto alla temperatura ambiente. Una delle più interessanti applicazioni dei collettori non vetrati è il riscaldamento dell'acqua per piscine scoperte . Si tratta di una soluzione in grado di mantenere una temperatura gradevole dell'acqua (25-28 °C) in piscine di piccole e grandi dimensioni.

Questi collettori possono essere utilizzati anche per riscaldare l'acqua sanitaria (35-40 °C) di seconde case a uso estivo localizzate in zone calde e soleggiate. Infine, trovano applicazione in camping, alberghi stagionali e stabilimenti balneari, per la produzione di acqua calda (35-40 °C) per le docce e per gli altri usi sanitari.

Vantaggi

• buoni rendimenti con tempo soleggiato e caldo

• costi molto bassi (100-200 € / m²)

• semplicità di installazione

• necessità di poca o nessuna manutenzione

Svantaggi

• utilizzo limitato alla stagione calda

Solare Termico Pannelli ad aria

Che cosa sono i collettori ad aria

I pannelli ad aria, a differenza di tutti gli altri collettori solari, hanno la particolare caratteristica di produrre aria (anzichè acqua) calda.

Questi pannelli sono in grado di riscaldare l'aria a temperature di 20-40 °C, sufficienti per ventilare e deumidificare l'ambiente interno degli edifici.

Caratteristiche tecniche

Si tratta di pannelli esteticamente simili a quelli piani vetrati, con un assorbitore di calore e un vetro di copertura, tenuti assieme da un telaio. All'interno dell'assorbitore, dalla caratteristica struttura "alettata", transita aria fresca o tiepida prelevata dall'ambiente esterno che, riscaldata e deumidificata viene quindi convogliata all'utilizzo finale.

Rispetto ai sistemi solari convenzionali, con i pannelli ad aria non servono nè serbatoi di accumulo nè scambiatori di calore, poichè l'aria riscaldata viene utilizzata tal quale. L'aria calda viene fatta circolare tramite uno o più ventilatori ; per questo motivo alcuni modelli di collettore incorporano un piccolo pannello fotovoltaico, indispensabile per alimentare il ventilatore in assenza di collegamento alla rete elettrica.

(fonte: www.accomandita.com )

Applicazioni

I pannelli solari ad aria possono trovare applicazione in edifici residenziali, uffici, seconde case, soprattutto per la deumidificazione e la ventilazone degli ambienti e anche in integrazione all'impianto di riscaldamento. Queste soluzioni impiantistiche sono ancora poco conosciute nel nostro paese, mentre hanno una certa diffusione nel Nord Europa.

In Italia alcune importanti esperienze, replicabili su vasta scala, sono state realizzate in realtà agricole per l' essicazione dei foraggi .

Vantaggi

• facilità di installazione

• poca o nulla manutenzione

• costo accessibile

Svantaggi

• necessità di grandi superfici