SOLARE TERMICO

I pannelli solari termici

Che cosa sono?

I pannelli solari termici, detti anche collettori solari, sono dispositivi in grado di convertire l'energia solare in calore utile per il riscaldamento dell'acqua sanitaria per uso quotidiano.

Il collettore solare e' l'elemento chiave di un impianto solare termico.

La Struttura

Generico collettore solare:

L'elemento principale di cui si compone un pannello solare termico e' l'assorbitore di calore, la cui funzione e' quella di assorbire la radiazione solare incidente, ad onde corte, la quale viene poi trasformata in calore (trasformazione fototermica).

Un assorbitore di calore consiste di una lamiera dotata di numerosi tubi integrati e realizzati con un metallo (di solito rame) avente buone capacita' di condurre il calore. Il fluido termovettore, che circola nei tubi, puo' essere acqua oppure aria. Un buon contatto termico tra l'assorbitore ed il fluido termovettore in circolazione permette la cessione del calore al fluido ed il suo trasporto fuori dal collettore. Il calore che viene prodotto e' pronto per essere utilizzato.

Per ridurre la dispersione di calore e migliorare il rendimento del collettore solare, l'assorbitore viene provvisto di una copertura trasparente frontale ed inoltre viene coibentato lateralmente e sul retro. Il tutto e' supportato da un telaio.

Il Funzionamento

Il calore dei raggi solari riscalda la superficie del collettore solare e di conseguenza il fluido termovettore, che scorre nei tubi sottostanti, scambia il calore ricevuto con il serbatoio dell'acqua sanitaria.

In estate, l'acqua puo' raggiungere una temperatura di 70°C, valore che risulta essere ben al di sopra dei normali 40°C - 45°C necessari per una doccia. Quindi, entro certi limiti, i pannelli solari termici possono essere considerati un efficace sostituto dello scaldabagno elettrico o della caldaia a gas per generare acqua calda.

La superficie assorbente di un collettore solare e' generalmente scura, al fine di ridurre il riflesso dei raggi solari verso l'alto e rendere massima la trasformazione dell'energia solare in calore.

Il Rendimento

Il rendimento di un collettore solare e' la sua capacita' di trasformare la radiazione solare in energia termica utile. Un collettore solare in media riesce a trasformare in energia utile circa l'80% dell'energia solare catturata.

Il rendimento dei collettori solari, come per i pannelli solari fotovoltaici, e' determinato da tre fattori principali:

  • Orientazione

  • Inclinazione

  • Ambiente (clima e morfologia del territorio).

Nel caso di pannelli solari fissi e finalizzati alla produzione di acqua calda, la migliore resa si ottiene con una orientazione a Sud ed una inclinazione di 10 gradi in meno rispetto alla latitudine del luogo; invece, se il loro utilizzo riguarda l'impianto di riscaldamento, l'inclinazione deve essere di 10 gradi in piu' rispetto alla latitudine del luogo.

Le Categorie

E' possibile distinguere due categorie di collettori solari:

  • Collettori solari piani - sfruttano la radiazione diffusa dei raggi solari e quindi possono lavorare anche in giornate caratterizzate da media luminosita'. Si tratta di collettori solari economici, con rendimenti medi; la loro caratteristica e' quella di occupare poco spazio e cio' li rende adatti ad essere posizionati sui tetti delle case.

  • Collettori solari a concentrazione - utilizzano la radiazione diretta del Sole. Essi si basano sul principio della concentrazione dei raggi solari verso un unico punto. In pratica, la concentrazione dei raggi solari si ottiene mediante un sistema di specchi che riflettono la luce del Sole verso il punto focale. Questa tecnica garantisce elevate temperature da utilizzare per la produzione di energia termica e di energia elettrica. I collettori solari a concentrazione si basano su costose tecnologie e richiedono grandi spazi per il loro posizionamento.

La Tecnologia

E' possibile fare una distinzione tra due principali configurazioni impiantistiche, che coinvolgono rispettivamente:

  • collettori solari a circolazione naturale - in essi il liquido termovettore e' messo in movimento dallo stesso calore;

  • collettori solari a circolazione forzata - in questo caso il movimento del liquido termovettore all'interno dell'impianto e' assicurato dalla presenza di una pompa.

Le Tipologie costruttive dei pannelli solari termici

Collettori solari piani vetrati

Si tratta dei classici collettori solari per la produzione di acqua calda ad uso sanitario; sono i piu' diffusi sul mercato nel settore domestico e si compongono di:

  • una lastra di vetro trasparente che permette il passaggio dei raggi solari e che e' posta superiormente ad un assorbitore. Il vetro e' in grado di resistere alla grandine, come confermano alcuni test effettuati con grandine di 25 mm di diametro;

  • un assorbitore della luce solare, simile ad un radiatore e costituito da una lastra fatta in acciaio oppure in rame. L'assorbitore, scaldandosi, emette energia sotto forma di radiazione infrarossa;

  • un fascio di tubi nei quali scorre il liquido destinato ad essere riscaldato; il fluido e' normalmente acqua addizionata con antigelo per evitare il congelamento che potrebbe essere causato dal freddo invernale.

  • un isolante termico che e' situato nella parte sottostante al pannello e che ha il compito di ridurre la dispersione di calore verso l'esterno;

  • una scocca che chiude posteriormente il pannello, realizzata molto spesso in lamiera.

Il tutto (vetro, assorbitore e fascio di tubi, isolante termico e scocca posteriore) e' tenuto assieme da una intelaiatura termicamente isolata che, assemblando le parti, conferisce al pannello robustezza e stabilita'.

I collettori solari piani vetrati presentano le seguenti caratteristiche:

  • sono molto versatili;

  • hanno costi accessibili;

  • hanno buoni rendimenti; le temperature ottenibili sono comprese tra 50°C e 95°C;

  • sono disponibili nelle due principali configurazioni: a circolazione naturale, con serbatoio integrato e a circolazione forzata.

A seconda delle prestazioni e' possibile suddividerli in due famiglie:

  • collettori vetrati non selettivi - sono caratterizzati da un assorbitore che e' semplicemente verniciato di nero. Questo tipo di collettori solari e' adatto alle abitazioni estive, oppure alle zone del Centro-Sud Italia, le quali godono di abbondante insolazione;

  • collettori vetrati selettivi - in essi l'assorbitore e' trattato con dei prodotti selettivi, capaci di ridurre del 10% - 15% le dispersioni di calore rispetto a quelli non selettivi. Sono costosi, ma hanno il vantaggio di poter lavorare meglio nei periodi piu' freddi e meno assolati. Per questo motivo possono essere utilizzati anche in integrazione con il sistema di riscaldamento.

Collettori solari piani non vetrati

Sono i piu' semplici ed economici collettori solari reperibili sul mercato. Le loro caratteristiche possono essere cosi' riassunte:

  • sono realizzati con materiale plastico (PVC, polipropilene, neoprene, gomme sintetiche) di colore nero per facilitare l'assorbimento del calore;

  • sono privi di isolamento e di copertura vetrata;

  • si compongono di un fascio di tubi all'interno dei quali passa l'acqua che, prima di essere utilizzata, viene direttamente riscaldata dai raggi solari;

  • sono pannelli ad uso esclusivamente estivo. Infatti, il loro funzionamento richiede una buona insolazione e temperature esterne superiori ai 20°C; in genere vengono smontati in autunno per essere poi rimontati nella stagione estiva successiva;

  • la temperatura dell'acqua in uscita non supera di norma i 40°C;

  • sono disponibili nelle due principali configurazioni impiantistiche: a circolazione naturale e a circolazione forzata.

Le loro applicazioni sono finalizzate soprattutto:

  • al riscaldamento dell'acqua per piscine scoperte. Difatti, con l'utilizzo di questi collettori termici, e' possibile mantenere una temperatura gradevole dell'acqua (25°C - 28°C) in piscine sia di piccole che di grandi dimensioni;

  • alla produzione di acqua calda (35°C - 40°C) per le docce e per altri usi sanitari nei camping, in alberghi stagionali ed in stabilimenti balneari.


Collettori solari sottovuoto

Sono composti da una schiera di tubi sottovuoto in vetro; l'assorbitore (generalmente una piastra di rame), dopo aver assorbito l'energia solare, la trasferisce ad un fluido che trasporta il calore.

Questo tipo di collettori solari presentano le seguenti caratteristiche:

  • rispetto ai convenzionali collettori piani sono di piu' complessa e costosa realizzazione, sono meno resistenti e, a parita' di prestazioni, occupano una superficie minore;

  • grazie alla bassa dispersione di energia, ottenuta con l'impiego dei condotti sottovuoto, hanno un'efficienza molto alta, in media superiore del 15% - 20% rispetto a quella dei pannelli piani vetrati;

  • possono raggiungere temperature elevate, superiori ai 100°C ;

  • hanno buoni rendimenti anche nella stagione invernale, in condizioni di scarsa insolazione e con temperature inferiori allo zero;

  • per quel che rigurda la loro installazione presentano un vincolo da rispettare: la loro inclinazione sul piano orizzontale non deve essere inferiore ai 30 gradi e non deve superare i 70 gradi. Cio' non rappresenta un grosso inconveniente, poiche' la maggior parte delle installazioni, nel nostro paese, rientra in questo angolo di inclinazione;

  • sono consigliati in particolar modo nelle zone montane ed in quelle con climi freddi, anche ad integrazione del sistema di riscaldamento;

  • sono disponibili nelle due principali configurazioni: a circolazione naturale e a circolazione forzata.

Collettori solari ad aria

A differenza di tutti gli altri collettori solari, hanno la particolare caratteristica di produrre aria calda, anziche' acqua calda. In essi, invece dei tubi che permettono la circolazione del fluido vettore, vi e' dell'aria che circola tra vetro ed assorbitore e tra assorbitore e fondo del pannello. L'aria calda trasferisce il proprio calore all'acqua sanitaria, producendo una quantita' d'acqua calda direttamente proporzionale alla superficie del pannello. Questi pannelli solari sono studiati in modo tale che l'aria permanga in essi quanto piu' tempo possibile; cio' e' da attribuire al fatto che l'aria scambia il calore piu' difficilmente rispetto all'acqua.

In riferimento alle loro caratteristiche ed applicazioni si puo' dire che:

  • sono normalmente di tipo vetrato;

  • sono in grado di riscaldare l'aria a temperature di 20°C - 40°C, valori sufficienti a ventilare e deumidificare un ambiente interno ad un ufficio;

  • se applicati in integrazione all'impianto di riscaldamento, possono contribuire in maniera significativa al riscaldamento di piccoli e grandi ambienti;

  • possono avere un serbatoio di accumulo integrato, indicato in particolar modo per le localita' caratterizzate da un clima rigido;

  • una loro particolare applicazione e' quella riguardante il settore agricolo, dove vengono uitilizzati per l'essiccazione dei foraggi;

  • sono poco conosciuti in Italia, mentre sono piuttosto diffusi nel Nord Europa.