Risparmio energetico
L’utilizzo dei pannelli solari termici genera, come diretta conseguenza positiva, un risparmio dell’energia utilizzata
a fini di riscaldamento di acqua o aria (riscaldamento normalmente prodotto mediante combustione di idrocarburi in
impianti termici o funzionamento di dispositivi elettrici a loro volta connessi con un consumo di idrocarburi, dato
che in Italia la produzione di elettricità si basa per l’80% su impianti termoelettrici).
I benefici connessi con tale risparmio energetico sono molteplici e riguardano:
- la mancata emissione di CO2 (si può indicativamente considerare un risparmio annuo di 100-180 m3 di metano
a persona che si traduce in una mancata emissione di anidride carbonica di 230-400 kg annui per persona);
- la mancata emissione di altri prodotti della combustione (SOx, NOx, PM10, ecc.);
- la mancata immissione nell'ambiente di calore.
In conseguenza della variabilità propria della radiazione solare (di minore intensità nei periodi invernali o nelle
giornate nuvolose) per garantire una produzione di energia termica adeguata ai fabbisogni dell’utenza occorre ricorrere
a soluzioni integrative della radiazione solare, ovvero va prevista l’installazione o lo sfruttamento di un dispositivo
ausiliario di riscaldamento che può essere:
- una caldaia istantanea che viene alimentata con l’acqua preriscaldata dai pannelli solari e quindi porta l’acqua
alla temperatura richiesta per poter essere immessa nel circuito idraulico;
- una resistenza elettrica di adeguata potenza, collocata all’interno del serbatoio di accumulo, che viene attivata
mediante un termostato in funzione della temperatura dell’acqua contenuta nell’accumulo;
- una caldaia che si attiva al bisogno scaldando dell’acqua che passa in una serpentina di scambio termico, posizionata
nella parte alta del serbatoio di accumulo, e fornisce il calore necessario per portare l’acqua del circuito idraulico
alla temperatura desiderata.
Nella valutazione e progettazione di un impianto solare termico devono essere tenuti in considerazione, come
elementi che influiscono sulla resa energetica e sulla fattibilità realizzativa in relazione alle caratteristiche
del sito in cui l’impianto deve essere installato:
- il rendimento complessivo prodotto dalle diverse tipologie di pannelli solari termici esistenti;
- le condizioni di installazione che influiscono sul grado di sfruttamento della risorsa solare disponibile;
- le condizioni climatiche del sito di installazione da cui dipende l’entità delle eventuali dispersioni termiche
del sistema;
- l’ingombro dei pannelli e la superficie disponibile per l’installazione;
- le esigenze di manutenzione e la durata dell’impianto.
I vari tipi di pannelli solari termici presentano rendimenti di trasformazione dell’energia solare in
energia termica molto elevati (maggiori o uguali all’80%); non tutta l’energia termica prodotta riesce però ad
essere utilmente sfruttata ai fini della produzione di acqua o aria calda a causa delle perdite associate al sistema
(perdite costituite da dissipazioni del calore ottenuto dal sole). Sono disponibili varie tipologie di collettori
solari che si distinguono tra loro in funzione delle tecnologie costruttive. La scelta del tipo di collettore da
installare dipende dalle specifiche esigenze di riscaldamento, ovvero dalla temperatura che si vuole ottenere per
il fluido da riscaldare, e dalle caratteristiche climatiche del sito di installazione. I collettori (o pannelli)
solari termici si distingono in:
- pannelli piani, scoperti o vetrati –
Pannelli piani scoperti:
Si tratta di strutture con materiali assorbenti a superficie piana che possono essere dotati o meno di una copertura
vetrata funzionale a ridurre le dispersioni:
I pannelli solari scoperti, di facile installazione e basso costo, sono privi di vetro di coibentazione per cui
hanno un ottimo rendimento in condizioni ottimali di irraggiamento quando la temperatura esterna è alta (nello specifico
funzionano con una temperatura ambiente di almeno 20°C) ma, a causa della mancanza di isolamento, il loro rendimento
diminuisce rapidamente all'allontanarsi dalle condizioni ottimali. Sono adatti perciò al solo uso stagionale(riscaldamento
di piscine scoperte, acqua calda per le docce negli stabilimenti balneari, nei campeggi, negli alberghi stagionali,
nelle residenze estive, ecc.). Come applicazioni di durata annuale sono comunemente impiegati nei casi che richiedono
un riscaldamento a basse temperature (come ad esempio piscine e allevamenti ittici);
Pannelli piani vetrati:
In questo tipo di assetto un assorbitore piano è fissato tra uno strato superiore costituito da una copertura
in vetro ed un pannello isolante posto al di sotto. La superficie vetrata da un lato permette il passaggio della
radiazione solare (che raggiunge il materiale assorbente dove trasferisce il proprio contenuto energetico al fluido
termovettore) e dall’altro impedisce la dispersione dei raggi infrarossi che vengono trattenuti all’interno del pannello,
riducendo così le dispersioni termiche. Il rendimento dell’assorbitore può essere incrementato mediante l’applicazione
di uno strato di materiale “selettivo” ovvero un materiale che offre un elevato grado di assorbimento della radiazione
solare ed un basso fattore di emissività nelle lunghezze d’onda della radiazione termica. In condizioni ottimali
di insolazione e temperatura ambientale questi collettori hanno un rendimento leggermente inferiore ai non vetrati
ma sono più efficienti in situazioni sfavorevoli e pertanto permettono di realizzare un efficace riscaldamento dell’acqua
su un periodo temporale più esteso (circa da marzo a ottobre). Nelle giornate di pieno sole la temperatura raggiungibile
dall’acqua, nel periodo invernale, è pari a circa 40°C mentre in estate si arriva a temperature di circa 60-80°C.
Trovano adeguata applicazione per le utenze che necessitano di riscaldamenti moderati (quali la produzione di acqua
calda sanitaria, il riscaldamento degli ambienti, alcune applicazioni di processo, ecc.);
- pannelli sottovuoto –
Sono costituiti da tubi in vetro all’interno dei quali viene creato il vuoto, condizione che abbassa drasticamente
la cessione del calore. Dentro ai tubi è posto l’elemento assorbitore del calore, solitamente un tubo di rame, al
cui interno a sua volta circola il liquido termovettore. Il rendimento di questi pannelli si mantiene molto elevato
anche in condizioni di basso irraggiamento o basse temperature esterne e sono quindi in grado di svolgere efficacemente
la loro funzione riscaldante in tutti i mesi dell'anno e anche in condizioni climatiche rigide. Sono utilmente impiegati
per utenze che richiedono riscaldamenti a temperature da moderate a elevate quali la produzione di acqua calda sanitaria,
il riscaldamento degli ambienti, la produzione di acqua di processo a temperature comprese tra i 60 e gli 80°C in
funzione delle condizioni dell’ambiente esterno;
- pannelli ad aria –
Si tratta di pannelli che funzionano con circolazione di aria anziché di acqua e vengono solitamente applicati
come pannelli di rivestimento delle pareti esterne degli edifici (industriali, commerciali e residenziali). In tali
sistemi, noti come “pareti solari”, il collettore solare è costituito da un pannello metallico perforato che viene
riscaldato dalla radiazione solare e attraversato dall’aria aspirata, mediante apposita ventola, dall’ambiente esterno.
L’aria, circolando nell’intercapedine tra pannello e parete, si scalda e può essere quindi utilizzata per il riscaldamento
degli ambienti, il ricambio di aria o anche per usi produttivi (quali ad esempio attività di essiccamento di derrate
agricole o il riscaldamento di serre). Nei casi in cui la temperatura finale dell’aria sia insufficiente per l’applicazione
in cui questa deve essere utilizzata, la parete solare funge da sistema di preriscaldamento a monte di tradizionali
impianti termici. Nei periodi in cui, invece, non si hanno esigenze di riscaldamento, viene aperta una valvola di
by-pass che permette all’aria esterna di entrare direttamente all’interno degli edifici senza passare attraverso
il collettore solare. Nei periodi estivi, inoltre, la parete solare impedisce alla radiazione del sole di colpire
il muro dell’edificio su cui è installata e l’aria esterna, in condizioni di ventola spenta, entra dai fori bassi
del collettore ed esce, per moto convettivo, da quelli posti in alto cosicchè il flusso continuo di aria lungo la
parete evita l’incremento della temperatura del muro (ovvero il sistema contribuisce a ridurre le esigenze di raffrescamento
dell’edificio). Nei pannelli solari termici ad aria l’efficienza di riscaldamento risulta elevata grazie alla bassa
differenza di temperatura esistente tra la superficie dei pannelli e l’aria esterna, condizione che riduce al minimo
le dispersioni termiche. Oltre a ciò il pannello riesce a recuperare anche fino al 50% del calore che viene ceduto
dalle pareti dell’edificio, migliorando così l’efficienza termica complessiva della struttura.
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