I SISTEMI SOLARI TERMICI

Un sistema solare termico è composto essenzialmente da 4 componenti:
- uno o più collettori solari
- un serbatoio di accumulo
- un circuito idraulico
- un sistema di controllo e regolazione

Il collettore, o pannello solare, è composto da una lastra di vetro temperato destinata a raccogliere i raggi del sole e da un assorbitore formato da una lastra di colore scuro contenente i tubi del circuito primario, entro i quali scorre il liquido destinato ad essere riscaldato dal sole.
In genere vengono impiegati vetri poco riflettenti, in grado quindi di assorbire più calore. Il fluido termovettore è solitamente acqua addizionata con un antigelo propilenico, ma ci sono anche collettori che funzionano ad aria.
Il sistema costituito da vetro e assorbitore è chiuso e tenuto insieme da una scocca metallica in grado di dare robustezza e stabilità, opportunamente coibentata da un isolante termico di spessore adeguato.

Il serbatoio è sostanzialmente un boiler in cui viene accumulata l'acqua. Al suo interno c'è uno scambiatore di calore nel quale circola il liquido del circuito primario del pannello che riscalda l'acqua contenuta nel serbatoio.
Nel serbatoio trovano posto quindi due distinti circuiti idraulici: quello primario che conduce il liquido riscaldato nel pannello e quello dell'acqua calda, collegato all'impianto idraulico dell'edificio.
Il boiler deve essere isolato, in modo da ridurre al massimo le dispersioni di calore e mantenere la temperatura dell'acqua sui livelli di utilizzo anche nelle ore serali.
Solitamente il serbatoio è dotato di un sistema di riscaldamento ausiliario (termico o elettrico) che permette di produrre acqua calda anche nei giorni con insolazione scarsa o assente.

SISTEMI SOLARI: ESEMPI ECONOMICI

Il circuito solare è un consueto circuito idraulico costituito da tubazioni, una pompa di circolazione (per i circuiti a circolazione forzata), valvole di regolazione, vaso di espansione.

Tutto il funzionamento dell'impianto, nei casi più sofisticati, è governato da un sistema di controllo e regolazione elettronico che comanda il funzionamento della pompa di circolazione in relazione ai segnali inviati da sonde di temperatura installate nel serbatoio e nei pannelli.

IL FUNZIONAMENTO DEI PANNELLI SOLARI

Il funzionamento di un collettore solare è estremamente semplice, basato sul fenomeno del riscaldamento di un corpo sui cui incide la radiazione solare e sfrutta il cosiddetto 'effetto serra' per amplificare questo fenomeno.

L'irraggiamento solare incidente sul collettore attraversa il vetro di copertura e raggiunge l'assorbitore e viene accumulato sotto forma di calore dal liquido solare contenuto nei tubi. Parte dell'energia che raggiunge l'assorbitore viene a sua volta emessa nuovamente verso l'alto sotto forma di radiazioni infrarosse di lunghezza d'onda superiore a quella dell'energia solare. A questo tipo di radiazioni il vetro è quasi completamente opaco e quindi l'energia termica rimane 'intrappolata' all'interno del pannello solare. Opportuni accorgimenti, quali la sigillatura del vetro con guarnizioni e la coibentazione adeguata del fondo del pannello, permettono di limitare al minimo le dispersioni termiche verso l'ambiente esterno e quindi di sfruttare con il massimo rendimento il calore prodotto dalle radiazioni solari.

Il fluido termovettore contenuto nell'assorbitore viene messo in movimento dalla pompa di circolazione (negli impianti a circolazione forzata) oppure si muove naturalmente verso l'alto per via della diminuzione della sua densità e raggiunge il serbatoio di accumulo laddove, tramite uno scambiatore di calore a serpentina, cede il suo calore all'acqua del circuito idraulico.

L'energia solare giunge al pannello solare sotto forma di radiazione incidente diretta e sotto forma di radiazione diffusa. Questa è, nelle ore diurne, sempre disponibile, anche in giornate con cielo nuvoloso. Per questo motivo i pannelli solari sono in grado di produrre acqua calda, sia pure in minor misura, anche in giornate di cielo coperto.
Ovviamente in questi casi l'acqua calda prodotta può non essere sufficiente a soddisfare il fabbisogno dell'utenza. E' necessario quindi ricorrere a soluzioni integrative della radiazione solare.
Il caso più semplice è quello dell'installazione, all'interno del serbatoio di accumulo, di una resistenza elettrica di adeguata potenza (in genere 1 o 2 kW sono sufficienti). Solitamente i sistemi solari compatti presenti sul mercato sono già dotati di tale resistenza integrativa.

Se nell'edificio in cui si va ad installare un sistema solare esiste già una caldaia istantanea a gas a controllo elettronico per la produzione dell'acqua calda sanitaria, è opportuno collegare il sistema solare all'impianto termico esistente.
Una elettrovalvola consente di inviare l'acqua calda direttamente all'utenza quando la temperatura è sufficiente, altrimenti la invia alla caldaia che provvederà al suo completo riscaldamento.

Come funzionano...

Negli ultimi anni, i pannelli solari, in seguito alla "crisi energetica", hanno acquistato una certa importanza.

Il loro funzionamento è molto semplice, per comprenderlo basta pensare alle serre. L'elemento primario di qualsiasi serra è la copertura in vetro, i raggi del sole penetrano all'interno e riscaldano tutto quello che sta dietro ad esso, a loro volta i corpi investiti dal calore in entrata irradiano parte del calore assorbito riscaldando l'aria che li circonda. Questo calore viene però bloccato dal vetro e l'aria riscaldata rimane all'interno, creando il fenomeno noto come "Effetto serra".

Un altro esempio pratico è l'esposizione di un corpo al sole, dopo un certo periodo di tempo la temperatura del corpo comincia ad aumentare, e l'aumento è tanto più sensibile quanto più il colore del corpo si avvicina al nero. Il corpo assorbe i raggi del sole e si riscalda.

Tenendo presente questi esempi pratici ci apparirà più chiaro il funzionamento del Pannello solare. In un telaio si colloca, un elemento metallico pieno d'acqua, simile ad un radiatore di colore nero e si ricopre tutto con una lastra di vetro.
Sottoponendolo ai raggi del sole il pannello si riscalda, e riscaldandosi scalderà anche l'acqua contenuta al suo interno. Quando l'acqua diventa calda, viene pompata in un serbatoio coibentato sostituendola con acqua fresca.

Questo impianto è semplice se si guarda al principio di funzionamento, ma è complicato realizzarlo. Se l'impianto viene usato per ottenere acqua calda per usi sanitari domestici, occorre integrarlo con un sistema a riscaldamento, in quanto d'estate si avrebbe una quantità maggiore di acqua calda mentre d'inverno o nei giorni piovosi la disponibilità d'acqua calda diminuirebbe.

Pannelli innovativi.

Il Pannello Solare "Heat Pipe" sfrutta il sistema d'evaporazione e condensazione dei fluidi, per il trasferimento del calore dalla piastra assorbitrice al serbatoio d'acciaio inox. Il fluido contenuto nella piastra (alcool etilico) evapora con il calore del sole e trasferisce la sua energia termica, attraverso uno scambiatore in rame, all'acqua contenuta nel serbatoio.
Nello scambiatore avviene la condensazione e il ritorno allo stato liquido, il liquido si trasferisce nuovamente nella piastra per essere riscaldato dal sole e iniziare un nuovo ciclo. Una tecnologia innovativa e sofisticata che tuttavia funziona semplicemente e naturalmente come il ciclo della pioggia.
 

Il principio di funzionamento è semplice: i pannelli solari sono dotati un collettore che assorbe il calore ed è protetto da un vetro che ha la funzione di preservarlo dagli agenti atmosferici e di creare un effetto serra all'interno del pannello. Il collettore è una lastra in acciaio o rame, simile ad un radiatore in cui scorre il fluido termovettore costituito da antigelo.
Questo liquido riscaldato dal sole per mezzo di una serpentina di tubi, cede il calore all'acqua contenuta in un boiler.
I pannelli devono essere di circa 1 mq per persona per le case del nord Italia, mentre rispettivamente di 0,75 e 0,55 per le regioni del centrosud.
I pannelli vanno orientati verso sud e con inclinazione del 45 per cento e del 30 per cento se usiamo l'impianto solo nel mese estivo.
Incliniamoli del 60 per cento invece se si usa l'impianto anche per il riscaldamento degli ambienti.

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  Alcuni esempi

Negli esempi di impianto ora descritti si parla di "chilowatt di picco" (kWp). La "p" a lato della potenza significa "di picco" (quindi chilowatt di picco), che fa riferimento alla potenza standard dei moduli fotovoltaici: la potenza di picco viene infatti erogata dal sistema in condizioni standard, che corrispondono a condizioni ideali, simili al sole a mezzogiorno d’estate. Si tratta di un riferimento riconosciuto a livello internazionale. La potenza in uscita dall’impianto ovviamente varia con il cambiare dell’intensità dell’irraggiamento solare.

Nelle quotazioni seguenti sono compresi i moduli, l’inverter, la struttura di supporto, i materiali elettrici accessori e l’installazione. Ovviamente il costo globale dipende dalla tipologia dell’installazione. I costi ora esposti si riferiscono alle situazioni più comuni, caratterizzate da un’installazione dei moduli su un tetto o su una terrazza, senza particolari problemi nella realizzazione dei passaggi dei cavi dal generatore fotovoltaico ai quadri elettrici dell’utenza.

N.B.
Non è necessario installare un impianto fotovoltaico di potenza pari a quella contrattuale con la società distributrice di energia elettrica a cui sei connesso !!!

(*) = a tale costo d’impianto va detratto il 36% dall’IRPEF ed eventuali finanziamenti pubblici a fondo perduto (vedi Programma Tetti Fotovoltaici).

Alcuni esempi

Kit baite

insolazione: Nord Italia periodo di utilizzo dell’impianto: soprattutto da Aprile a Settembre, 2-3 giorni negli altri periodi dell’anno.

Prima possibilità (lampade + frigo + TV)

Utenze considerate:
n° 6 lampade da 11 W (12 V) per 4 ore/giorno cad.
n° 1 frigorifero da 100 W (ore di funzionamento del compressore: 8 ore/giorno)
n° 1 TV da 50 W per 3 ore/giorno

Per garantire il servizio richiesto, risulta necessario un sistema fotovoltaico costituito da:
2,5 mq circa di moduli fotovoltaici;
un inverter, un regolatore di carica, un pacco batterie

Costo orientativo dei materiali (installazione esclusa): Euro 3.500 + IVA (10 %)
Si ricorda la possibilità di detrarre dall’IRPEF il 36% del costo dell’impianto.


Seconda possibilità (lampade + TV)

Utenze considerate:
n° 6 lampade da 11 W (12 V) per 4 ore/giorno cad.
n° 1 TV da 50 W per 3 ore/giorno

Per garantire il servizio richiesto, risulta necessario un sistema fotovoltaico costituito da:
1 mq circa di moduli fotovoltaici;
un inverter, un regolatore di carica, un pacco batterie

Costo orientativo dei materiali (installazione esclusa): Euro 1.500 + IVA (10 %)
Si ricorda la possibilità di detrarre dall’IRPEF il 36% del costo dell’impianto.


Terza possibilità (lampade)

Utenze considerate :
n° 6 lampade da 11 W (12 V) per 4 ore/giorno cad.

Per garantire il servizio richiesto, risulta necessario un sistema fotovoltaico costituito da:
0,5 mq circa di moduli fotovoltaici;
un inverter, un regolatore di carica, un pacco batterie

Costo orientativo dei materiali (installazione esclusa): Euro 1.000 + IVA (10 %)
Si ricorda la possibilità di detrarre dall’IRPEF il 36% del costo dell’impianto.


Se si intende utilizzare l’impianto fotovoltaico anche nel periodo invernale (per periodi maggiori di 3 - 4 giorni consecutivi), sarà necessario un sistema da 2 a 3 volte più grande di quelli normalmente utilizzati in estate (con usi saltuari in primavera ed estate).

  Alcuni esempi

Sistemi solari a circolazione forzata

numero di utenti: 2-3
il sistema sarà composto da:
- 1 serbatoio da 300 l (alto 1,5 m e largo 0,72 m)
- 2 collettori solari ad alta efficienza (ingombro: 1,86 m x 2 m)
- 1 centralina
- 1 gruppo idraulico completo di pompa di circolazione
contributo energetico permesso dal sistema solare (su base annua): 70 - 80%
costo dei materiali prima elencati (considerando solo prodotti di alta qualità: pannelli molto robusti ed efficienti, serbatoio in acciaio inox, centralina e gruppo pompa ad elevata affidabilità) e di altri accessori:
3.700 € (IVA, 10%, esclusa);
costo orientativo dell’installazione: 1.500 € -1.800 € (IVA, 10%, esclusa)


numero di utenti: 4-6
il sistema sarà composto da:
- 1 serbatoio da 400 l (alto 2 m e largo 0,72 m)
- 2 collettori solari ad alta efficienza (ingombro: 2,5 m x 2 m)
- 1 centralina
- 1 gruppo idraulico completo di pompa di circolazione
contributo energetico permesso dal sistema solare (su base annua): 70 - 80%
costo dei materiali prima elencati (considerando solo prodotti di alta qualità: pannelli molto robusti ed efficienti, serbatoio in acciaio inox, centralina e gruppo pompa ad elevata affidabilità) e di altri accessori:
4.900 € (IVA, 10%, esclusa);
costo orientativo dell’installazione e di altri materiali accessori: 1.500 € - 1.800 € (IVA, 10%, esclusa)

In tutte le altre situazioni (alberghi, docce di centri sportivi, …) occorre trasmettere tutti i dati necessari per fare il dimensionamento più adatto.


Sistemi solari a circolazione naturale

numero di utenti: 2-3
il sistema sarà composto da:
- 1 serbatoio orizzontale da 300 l (alto 0,6 m e largo 1,3 m)
- 1 collettore solare (ingombro: 1 m x 2 m)
- 1 traliccio in acciaio zincato per installazione su tetto
contributo energetico permesso dal sistema solare (su base annua): 50 - 60%
costo dei materiali prima elencati e di altri accessori: 2.400 € (IVA, 10%, esclusa);
costo orientativo dell’installazione: 1.300 € (IVA, 10%, esclusa)

numero di utenti: 4-6
il sistema sarà composto da:
- 1 serbatoio orizzontale da 300 l (alto 0,6 m e largo 2 m)
- 3 collettori solari (ingombro: 3 m x 2 m)
- 1 traliccio in acciaio zincato per installazione su tetto
contributo energetico permesso dal sistema solare (su base annua): 50 - 60%
costo dei materiali prima elencati e di altri accessori: 2865,00 € (IVA, 10%, esclusa);
costo orientativo dell’installazione: 1300 € (IVA, 10%, esclusa)