L'energia solare l'energia radiante emessa dal Sole a ... · L'energia solare è la fonte primaria di energia sulla Terra, essa è l'energia radiante emessa dal Sole a partire dalle

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L'energia solare è la fonte primaria di energia sulla Terra, essa è l'energia radiante emessa dal Sole a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo solare, che producono radiazioni elettromagnetiche.

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IL 76% del mercato è da

attribuire alla Cina,

mentre il secondo posto spetta

all’ Europa;

altri paesi come USA e

Turchia, hanno appena

iniziato a sfruttare il

potenziale energetico del

solare termico.3

I vantaggi:

• permettono di riscaldare l'acqua sanitaria per l'uso quotidiano senza utilizzare gas o elettricità.

Si basano su un principio molto semplice: trasformare i raggiprovenienti dal Sole in calore per il riscaldamento o laproduzione di acqua calda che può arrivare fino a 70° in estate,ben al di sopra dei normali 40°-45° necessari per una doccia.

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Non ci sono emissioni di CO2 , pertanto si evita l’ emissione dei gas effetto serra; Rappresentano il modo più efficiente ed economico per utilizzare energia rinnovabile; È una tecnologia affidabile, non necessitano di molta manutenzione e hanno un assorbimento energetico molto basso; Hanno una fonte di energia sempre disponibile e contribuisce al risparmio delle altre fonti convenzionali (gas, petrolio, ecc…).

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• Pannelli solari vetrati

• Pannelli solari sottovuoto

• Pannelli solari scoperti

• Pannelli ad aria 6

Sono composti dal pannello(in vetro) che assorbe e trattiene l'energia solare;

Hanno un serbatoio di accumulo dell'acqua (o dell'aria);

Si utilizzano in ogni stagione e per periodi lunghi;

Sono resistenti e adatti ad integrare l'impianto di riscaldamento;

I più semplici sono costituiti da un monoblocco con serbatoio e collettore insieme;

Sono realizzati con tecnologie avanzate e complesse(per questo hanno un costo superiore rispetto ai pannelli non vetrati);

Sono adatti in giardino o su terrazzi.7

Sono pannelli molto validi ma costosi e tecnologicamente sofisticati;

Utilizzano le proprietà isolanti del sottovuoto riducendo le perdite di calore;

Sono formati da tubi di vetro che contengono elementi assorbitori di calore;

Hanno una pressione interna molto ridotta per limitare il passaggio di calore da parte dell'assorbitore;

Sono adatti alla produzione di acqua calda sanitaria per edifici residenziali

Garantiscono efficienza e un ottimo rendimento tutto l'anno a qualunque temperatura. 8

• Sono senza vetro;

• Sono utilizzati prevalentemente in

estate per scaldare piscine scoperte, nei

campeggi, ecc;

• L'acqua viene canalizzata direttamente

nei tubi del pannello dove diventa

pronta all'utilizzo;

• Si tratta di pannelli molto economici

ma necessitano di una temperatura di

almeno 20°C.

• Non sono molto efficienti;

• Sono semplici da installare. 9

• Vengono utilizzati spesso per integrare il

riscaldamento;

• In questo caso a circolare all'interno del

pannello non è l'acqua bensì aria, che

passa attraverso un intercapedine

all'interno del quale viene riscaldata dal

sole e fatta entrare nell'abitazione

tramite condotti;

• Hanno una durata maggiore e

riscaldano in tempi brevi. 10

Il numero dei pannelli è determinato da:

• esigenze dell'utenza;

• dal clima del luogo;

Un pannello termico della dimensione di un m2 riesce a

soddisfare in media 80-130 litri d'acqua calda al giorno alla

temperatura media di 40° (Il consumo medio di acqua calda per

persona è di circa 30-50 litri). Pertanto un metro quadro di

pannello dovrebbe soddisfare le esigenze d'acqua calda di 1-2

persone.11

Il principio su cui si basano i pannelli solari èsemplice: il calore fornito dall'irraggiamento solare vieneimmagazzinato e trasmesso ad un fluido, aria oacqua, detto termo vettore che trasporta appunto ilcalore e che viene utilizzato per il riscaldamento diun ambiente o per produrre acqua calda.L'impianto solare è costituito da tre partifondamentali: • Il pannello solare in cui è presente un

assorbitore di calore;• Il collettore (simile ad un radiatore,) per mezzo

del quale il calore assorbito dal sole viene trasferito all'acqua del serbatoio ;

• Il serbatoio di accumulo dell'acqua calda;• Collegamenti idraulici ed elettrici. 12

Sfruttano le differenze di densità tra il fluido termovettore caldo e quello freddo: se viene scaldato dal sole questo tende ad andare verso l’alto perché la densitàdiminuisce, passa nel serbatoio collocato sopra il serbatoio trasferendovi calore per poi tornare nel collettore attraverso tubazioni di ritorno. 13

Si tratta di un sistema a

circuito chiuso, in cui il

posizionamento dei

collettori è completamente svincolato da quello dei

serbatoi e la circolazione del

fluido termovettore èassicurata dalla presenza di

una pompa (circolazione

forzata).14

Tubazioni

Pompa

Valvole di sicurezza

Assorbitore

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• RUOLO

• FUNZIONAMENTO

• ALTRE CARATTERISTICHE

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Il collettore è la forza motrice

dell'impianto solare perchè è

il mezzo con cui il fluido

termovettore passa e viene

riscaldato (tramite

irraggiamento solare) e

trasferito tramite il circuito in

un serbatoio di accumulo.

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I collettori si distinguono per

prestazioni,costi, costruzioni

ed efficienza (relazione tra

energia prodotta sottoforma

di calore in uscita e quella in

entrata per irraggiamento).

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• Capacità termica→comportamento del collettore quando si riscalda e si raffredda;

• temperatura di stagnazione→insolazione costante che produce un equilibrio tra captazione energetica e perdite di calore;

• superficie lorda;

• superficie di apertura;

• superficie assorbitore.

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I collettori si differenziano per numerose caratteristiche:

• struttura e copertura assorbitori;

• circuitazione idraulica e perdite di carico;

• connessione,spessore e qualità dell’isolamento e del telaio;

• coperture guarnizioni e assemblaggio sistemi;

• aspetto estetico e durata in esercizio.

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Assorbitore protetto damateriali isolanti(vetro abassa riflessione,temprato e trasparente)cornici in zinco o alluminiotelai in plastica zinco oacciaio.In Italia sono i piùusati.

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I riflettori hanno la funzione diindirizzare una parte delleradiazioni verso l’assorbitoretramite riflessione(per le

radizioniche altrimenti non colpirebberol’assorbitore). Ne esistono di duetipi:

• Naturali;• Artificiali.

Riflettore artificiale in 3D

Riflettore naturale

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I riflettori naturali sono le nubi bianche nel cielo,

acqua o aree di ghiaino bianco davanti al pannello.

I riflettori artificiali sono piani o leggermente incurvati,

sono posti sotto l'assorbitore e sono fatti da materiali

lisci che respingono la sporcizia.

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L’assorbitore il mezzo in cuiavviene la conversionedell’energia luminosa del solein calore. Il fluido termovettorecircola nei canali dell’assorbitore etrasporta il calore generato nelSerbatoio di accumulo.L’efficienza dell’assorbitoredipende dalla capacità ditrasmissione di calore che puòdare al fluido termovettore.

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• Acciaio e acciaio inossidabile;

• Alluminio;

• Rame.

Assorbitore in rameAssorbitore in rame25

• Assorbitori a serpentino;

• Assorbitori a tubo parallelo;

• Assorbitori nel quale il flusso passa su tutta la superficie.

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In passato come strati assorbenti degli assorbitori si usavano

vernici neri (per la grande capacità del colore di assorbire

radiazioni a diverse lunghezze d’onda), oggi è più vantaggioso

usare le “pellicole selettive” perché riducendo l’emissioni delle

lunghezze d’onda delle radiazioni termiche riducono anche le

perdite termiche migliorandone l’efficienza.27

I fluidi termovettori devono soddisfare i seguenti criteri:

Resistere fino alle massime temperature di stagnazione;

Garantire una protezione antigelo;

Garantire una protezione anticorrosione;

Non essere tossici;

Non essere eccessivamente viscosi per non sovraccaricare le pompe;

Essere facilmente reperibili sul mercato ed avere un costo ridotto.

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I criteri prima indicati vengono

adeguatamente soddisfatti da

una miscela di acqua e glicole

(al 40% è sufficiente). A

questa percentuale l’impianto

funziona fino a –24°.

Con una superiore il glicole

diventerebbe troppo viscoso.29

I serbatoi di accumulo sono la “pila

di calore” che separa il circuito primario

(collettore-accumulatore) da quello

secondario (accumulatore-utenza).

Poiché i periodi di captazione non

coincidono di solito con quelli di

consumo, l’accumulo di calore è

indispensabile, praticamente in tutti gli

impianti termici solari. 30

Il pannello montato a

terra offre un notevole

risparmio e permette di

sfruttare l'area

sottostante il collettore,

tuttavia occorre non

sottovalutare il rischio di

danneggiamento.31

La struttura di supporto per ilpannello solare viene fissata sullastruttura di sostegno del tettomediante staffe e tiranti. I collettorivengono poi fissati sulla struttura disopporto per permettere ildistanziamento dal tetto stesso. Illavoro che questo tipo di montaggiocomporta è meno complesso equindi più economico, inoltre incaso di danneggiamenti i pannellipossono essere sostituiti facilmente.

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Per realizzare installazioni coerentiè necessario montare il pannellocon relativa inclinazione piùopportuna. Ad esempio nei casi deitetti inclinati a 22 gradi e rivoltiverso sud la perdita di rendimentorispetto ad una inclinazione di 45gradi è minima. I pannelli su tettopossono essere montati oltre che sutetti inclinati, a incasso e su tettopiano.

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Nei serbatoi solari le temperature raggiungono i 30-50

gradi:

• se l’ acqua sanitaria resta esposta a tali temperature per più di un giorno i batteri si riproducono in quantità estreme

(la legionella è un batterio che nell’ acqua si riproduce

rapidamente a determinate temperature).

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• Riscaldamento dell’acqua sanitaria ad uso domestico,

alberghiero, ospedaliero;

• Riscaldamento dell’acqua ad uso industriale o agro-alimentare;

• Riscaldamento acqua delle docce (esp. Stabililimenti balneari,

campeggi ...);

• Riscaldamento degli ambienti domestici (diretto o tramite

pompa di calore, pannelli radianti a pavimento o a parete).

• Riscaldamento di acqua per piscine. 35

La variabilità della domanda di energia nel corso dell’anno, in

opposizione con la disponibilità di energia solare ha spinto allo

sviluppo dei cosiddetti sistemi combinati. Si tratta di impianti

solari combinati che riscaldano l’acqua per usi sanitari e

forniscono anche un contributo importante al riscaldamento degli

ambienti. Tali sistemi si avvalgono di ampie superfici di

captazione e utilizzano sistemi di accumulo dotati di elevato

isolamento. 36

Occorre essere a conoscenza dell’ estensione della superficie

collettore;

Rapporto tra calore captato e trasferito all’impianto

convenzionale e l’energia solare giunta sulla superficie del

collettore (non vengono prese in considerazione le perdite nelle

tubazioni esterne, nel serbatoio di accumulo, ecc …).

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• I pannelli solari termici non sono un sostituto della caldaia maun sistema complementare per ridurre il consumo di gas;

• È necessario integrare il solare collegandolo all'impianto termico esistente (soprattutto se si ha già una caldaia a gas a controllo elettronico);

• In molti casi è possibile collegare in serie il pannello solare e la caldaia in modo da far lavorare di meno quest'ultima e risparmiare sul consumo di gas;

• Integrare i due impianti vuol dire risparmiare mediamente il 50% sul consumo del gas e migliorare il funzionamento dei pannelli. 38

Risp. energetico

Risp. economico

Riduzione CO2

Senza incentivi

Incentivo solo

IRPEF

Incentivo IRPEF + fin. del

30%

ELETTRICO

2.800 kWh/ann

o

450 €/anno

1.960 kg/anno

8 anni 6 anni 4 anni

METANO350

m3/anno 250 €/anno

665 kg/anno

14 anni 9 anni 6 anni

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La moderna tecnologia ha permesso di spostare la vita media di un impianto a 20 anni(25 utilizzando buoni componenti):

corretta progettazione conforme al consumo calcolato;

evitare tempi troppo lunghi di fermo dell’ impianto;

pianificazione dettagliata e un uso di materiali di alta qualità(considerazione rapporto qualità/prezzo);

supervisione attenta del progettista nella fase di installazione.

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• e quando piove?• quando è nuvoloso? • di notte?

L'acqua sanitaria riscaldata viene mantenuta in serbatoi coibentati

per garantire un'autonomia per molte ore.

I pannelli solari funzionano anche con poco sole, perché raccolgono calore sia

dai raggi solari diretti che dall'irraggiamento diffuso.

(Non si spiegherebbe altrimenti perché molti paesi europei con un livello di

insolazione molto inferiore all'Italia abbiano già investito nei pannelli solari

termici ...molto più del nostro paese del sole!). 41