Pannelli solari termici: di cosa parliamo esattamente
Il “pannello solare termico” è il dispositivo di base su cui si basa questa tecnologia. I collettori sono attraversati da un fluido termovettore incanalato in un circuito solare studiato per direzionarlo fino ad un accumulatore che avrà la funzione di immagazzinare più energia termica possibile. Tale energia verrà utilizzata successivamente, al momento del bisogno. Ne esistono di vari tipi, i più recenti sono i tubi sottovuoto che hanno un alto rendimento.
Entriamo nel dettaglio: tipologie di pannelli e come sono fatti.
Il collettore solare (o pannello solare termico) è composto da un radiatore/assorbitore (generalmente costruito di solito con un metallo come il rame, per le sue note capacità di conduzione) che è in grado di assorbire il calore dei raggi solari e trasferirlo al serbatoio d’acqua.
Collettore a piano vetrato.
Questo tipo di pannello risulta il più utilizzato, è composto da una lastra di vetro trasparente, posta nella parte superiore all’assorbitore, che permette il passaggio dei raggi solari. Il vetro, se ve lo state chiedendo, è in grado di resistere alla grandine. All’interno vi è un assorbitore della luce solare, costituito da una lastra nella quale c’è il fascio di tubi, comunemente chiamato serpentina, in cui circola il fluido da scaldare (acqua).
Questi componenti sono “poggiati” su di un piano costituito da un isolante termico in modo da ridurre le dispersioni di calore. Il tutto è contenuto da una intelaiatura esterna che funge anche da protezione.
Pannelli scoperti, o non vetrati.
Questo tipo di pannello non dispone di copertura, né l’isolamento e la scatola di contenimento. E’ realizzato in polipropilene, neoprene o PVC, di colore nero per facilitare l’assorbimento del calore e composti da un fascio di tubi all’interno dei quali passa l’acqua dove viene riscaldata direttamente dai raggi solari prima di essere utilizzata.
Necessitano di almeno 20°C T/ambiente, e la temperatura dell’acqua non supera i 40°C. Per la semplicità della struttura hanno un prezzo più basso rispetto agli altri collettori , ma il rendimento è più basso, per questo il suo utilizzo è consigliato all’uso prettamente estivo per piscine, strutture alberghiere, stabilimenti balneari.
Collettore a tubi sottovuoto
Sono composti da una schiera di tubi sottovuoto in vetro, ognuno contenente un assorbitore che assorbe l’energia solare e la trasferisce ad un fluido che trasporta il calore. Grazie alle proprietà isolanti dello spazio vuoto , le perdite di calore per conduzione da parte dell’assorbitore sono molto basse e si possono raggiungere temperature di circa 100°C al di sopra della temperatura dell’ambiente. I pannelli sottovuoto sono di più complessa e costosa realizzazione rispetto ai pannelli piani e sono meno resistenti rispetto a questi ultimi, allo stesso tempo però hanno un elevato rendimento grazie alle basse dispersioni di energia ottenute con l’impiego dei condotti sottovuoto. Questa tecnologia si presta particolarmente per l’impiego in località a bassa insolazione oppure per applicazioni in cui si richiedono elevate temperature .Hanno un ottimo rendimento in tutti i mesi dell’anno e sono adatti ad essere installati anche in condizioni climatiche molto rigide.
Sistemi di impianto: differenze tra tiraggio naturale e tiraggio forzato.
Sistemi a tiraggio naturale.
In questo sistema il fluido termovettore , scaldandandosi, diminuisce la densità e quindi il proprio peso e tende a salire in un serbatoio di accumulo posto più in alto del pannello. Un dispositivo del genere si auto-regola e poichè siamo in asseza di meccanismi di regolazione si chiama, appunto, a circolazione naturale. Una volta rilasciato il calore , il liquido termoconvettore ricade nel punto più basso del circuito del pannello solare.
In questo modo non sono possibili circolazioni inverse poiché il calore rimane sempre più alto. Si tratta del principio fisico sfruttato nei termosifoni a spinta naturale.
Il collettore piano è connesso in un circuito chiuso con un serbatoio termicamente isolato destinato all’accumulo dell’acqua calda. Negli impianti ascambio diretto l’acqua scambiata è la stessa che viene riscaldata nei collettori per poi risalire per termosifone nell’accumulatore da cui verrà prelevata per l’utilizzo.
In quelli a scambio indiretto, un fluido (glicole ed acqua demineralizzata) si riscalda nei pannelli solari e sempre “per termosifone” circola in uno scambiatore posto all’interno del serbatoio in cui è accumulata l’acqua calda.
L’applicazione tipica della circolazione naturale è la produzione di acqua calda per uso sanitario. Un impianto per la produzione Acqua Calda Sanitaria a circolazione naturale per unità abitativa ha in media una superficie di 2-5m2 di collettori ed un serbatoio di 100-200 litri.
Vantaggi: si tratta di un sistema semplice , affidabile e facile da installare, serve solo il collegamento con l’acqua fredda in entrata e la tubazione dell’acqua calda in uscita. Non ci sono pompe, né sistemi elettronici di controllo e quindi non ci sono collegamenti e consumi elettrici. Ha una manutenzione ridotta al minimo. Questa tipologia d’impianto è economica.
Svantaggi: impianto caratterizzato da un’elevata dispersione termica che ne riduce l’efficienza, se esposto a temperature basse.
Dunque è consigliata l’installazione in paesi caldi o per attività o abitazioni estive di piccola dimensione. Inoltre il boiler esterno ha capacità limitate è un peso sul tetto e può incidere sulla sua tenuta strutturale ed ha un impatto estetico notevole.
Sistemi a tiraggio forzato.
Circolazione forzata
I componenti di un impianto di questo tipo sono:
- collettore solare
- serbatoio di accumulo/scambiatori
- termostato differenziale o centralina
- sonde di temperatura
- pompa di circolazione
- vaso di espansione
- scambiatore di calore
- valvole
In questo tipo d’impianti il serbatoio è montato separatamente dal pannello solare e collegato ad esso attraverso un circuito. All’interno del circuito si trova acqua o un fluido termovettore antigelo che è spinto da una pompa (detta circolatore) messa in moto da una centralina elettronica in grado di rilevare la temperatura dell’acqua mediante apposite sonde e che fa partire la pompa quando al temperatura all’interno del collettore è superiore alla temperatura impostata nel serbatoio di accumulo. In questo modo si ha la garanzia che l’impianto funzioni solo quando è in grado di fornire realmente energia termica e soprattutto si evita che attraverso i collettori, in mancanza di soleggiamento, venga dispersa l’energia termica accumulata. Il fluido trasferisce il calore dai pannelli solari all’acqua del serbatoio di accumulo e ceduto all’acqua sanitaria mediante uno scambiatore di calore. Quindi nel serbatoio si trovano due circuiti idraulici separati: quello primario del pannello, in cui circola il liquido riscaldato dal sole e quello secondario in cui circola acqua sanitaria e che é collegato all’impianto idraulico di casa. Un impianto solare combinato per il riscaldamento utilizza un sistema chiuso, mentre un impianto solare combinato per il riscaldamento dell’acqua della piscina può utilizzare un sistema aperto oltre che chiuso.
In inverno, quando per scarsa insolazione l’impianto solare non ce la fa a riscaldare l’acqua, la parte del serbatoio che contiene acqua calda a pronta disposizione, può essere riscaldata da uno scambiatore di calore legato ad una caldaia . Il riscaldamento ausiliario viene comandato da un termostato quando nel serbatoio la temperatura dell’acqua nella parte a pronta disposizione scende al di sotto della temperatura nominale desiderata I serbatoi di accumulo hanno in genere una doppia serpentina: quella posizionata in basso è collegata al circuito solare (all’interno del quale circola una miscela di acqua con antigelo), mentre quella posizionata in alto è collegata alla caldaia. Se l’impianto solare non è in grado di portare l’acqua alla temperatura desiderata (circa 40 °C), il calore fornito dalla caldaia attraverso la serpentina (sistema ausiliario) garantisce all’utenza la giusta integrazione.
In questo tipo di impianti il circuito è più complesso e prevede un vaso di espansione, un controllo della temperatura ed altri componenti.
La dimensione ottimale dell’accumulatore consente di soddisfare al meglio le esigenze della famiglia e dipende dalle condizioni climatiche, dal tipo di richiesta dell’energia e da condizioni di carattere economico. Se si tengono presenti sia gli aspetti tecnici che economici il campo dei valori ottimali è generalmente compreso tra i 50 e i 100 lt per mq di area captante. Oltre al dimensionamento, l’isolamento del boiler costituisce un fattore importante nel buon funzionamento del sistema in quanto, riducendo l’energia dispersa, aumenta quella disponibile all’utenza. L’ isolamento dei bollitori è particolarmente importante se sono esterni come succede negli impianti a circolazione naturale. Un impianto per acs a circolazione forzata per unità abitativa ha in media una superficie di 3-6 m2 ed un serbatoio di 150-400 litri
Conclusioni.
Un impianto solare termico, sia esso destinato alla produzione di acqua calda, o all’integrazione all’impianto di riscaldamento, sfrutta l’energia solare per produrre energia termica. Nei mesi più caldi dell’anno l’impianto è in grado di coprire quasi completamente il fabbisogno di acqua calda di una famiglia. Ciò significa che la caldaia non deve quasi mai entrare in funzione.
ltre ai potenziali vantaggi economici di cui abbiamo già parlato, non bisogna omettere i sostanziali vantaggi ambientali che la diffusione di impianti solari termici produrrebbe.
Per quantificare tali vantaggi è possibile valutare la quantità di diossido di carbonio (CO2) emessa nell’atmosfera dai diversi modi comunemente utilizzati per produrre acqua calda (scaldabagno elettrico, caldaia a metano, pannelli solari). Per inciso è utile ricordare che il diossido di carbonio e’ ritenuto una delle cause dell’eccessivo surriscaldamento del pianeta terra.
