Il solare termico

Il primo utilizzo pratico dell’energia solare risale al VII secolo a.c. per accendere il fuoco. Tuttavia, bisogna aspettare sino alla metà del XVIII secolo perché fosse costruito il primo prototipo di collettore solare per merito dello scienziato svizzero Horace de Saussure. Questa efficace tecnologia permette, grazie ad appositi pannelli, di captare l’energia solare e conseguentemente scaldare dell’ acqua che potrà essere utilizzata ad uso sanitario o per il riscaldamento. Il solare termico è una tecnologia ormai affermata da qualche anno e ci si aspetta che la potenza installata continui ad aumentare nel futuro.

Nei paesi industrializzati l’energia solare termica viene sfruttata in tre campi principali:

  • Concentratori per la generazione elettrica e calore di processo.
  • Collettori, piani e sottovuoto, per la produzione di acqua calda sanitaria, per il riscaldamento e preriscaldamento dell’acqua di processo.
  • Collettori piani ad aria.
  • Impianti a concentrazione.

Concentratori, a disco o parabolico-lineari, per fornire calore a media e bassa temperatura, sono stati, soprattutto negli anni 80, oggetto di grande attenzione, sia per applicazioni nei paesi dell’area tropicale, all’epoca in via di sviluppo, sia nei paesi industrializzati della fascia temperata, dove erano proposti come forniture di integrazione.  Sono stati sperimentate varie soluzioni il cui sviluppo, però, è stato impedito a causa di:

  • Problemi logistici legati all’ingombro e alla manutenzione degli impianti.
  • Problemi legati alla concorrenza del calore a bassa temperatura disponibile in maniera programmata da interventi di cogenerazione e da recupero di calore.

Il solare termico a bassa temperatura consta dalle seguenti tecnologie di base:

  • Pannelli di materiale plastico senza vetro.
  • Collettori piani vetrati.
  • Collettori sottovuoto.
  • Collettori di plastica.

La prima soluzione è caratterizzata dai costi più bassi ed è adatta all’impiego estivo in quanto l’assenza di copertura vetrata comporta perdite per convezione troppo elevate per un uso con basse temperature esterne. In tali sistemi, l’acqua da riscaldare attraversa direttamente il pannello evitando i costi e le complicazioni impiantistiche dello scambiatore. Questa soluzione è, pertanto, ideale per stabilimenti balneari, campeggi, piscine scoperte e per residenze di villeggiatura estiva.

I collettori piani sono la tecnologia più diffusa e versatile. I collettori vetrati, rispetto a quelli in plastica, offrono prestazioni più elevate durante tutto l’anno.

Da un punto di vista costruttivo, le varie soluzioni disponibili, si distinguono per la selettività della piastra assorbente, per i materiali (rame o acciaio inox) e per la possibilità di utilizzo sia in impianti a circolazione forzata che a circolazione naturale. In quest’ultimo caso, sebbene l’impianto sia meno costoso e più affidabile, da un punto di vista estetico, si armonizza male con le strutture architettoniche poiché, per favorire il movimento dell’acqua, il serbatoio di accumulo deve essere posizionato più in alto del pannello e nelle immediate vicinanze. Le dimensioni, pur essendo presenti sul mercato soluzioni particolari, prevedono di solito un ingombro di 1 m x 2 m.

I collettori sottovuoto, rispetto alle altre tipologie di collettori, presentano il rendimento migliore in tutte le stagioni; con questa tecnologia si ha, infatti, una produzione di energia più alta di circa il 15-20% grazie alle minori perdite per convezione. Tuttavia, il maggiore costo rispetto alla soluzione piana, ne suggerisce l’adozione solo in casi particolari: necessità della temperature dell’acqua più alta e/o clima rigido. I collettori sottovuoto sono quasi sempre di forma tubolare, permettendo l’inclinazione ottimale della piastra captante, anche se disposti secondo superfici orizzontali o verticali.

Dal punto di vista dell’integrazione architettonica esistono vari esempi di buone realizzazioni anche nel caso di tetti a falda. Ciò usualmente comporta il ricorso alla circolazione forzata e quindi ad una maggiore complessità di impianto, nonché a un costo più alto.

Per impianti di dimensione medio-grande può essere interessante la possibilità di stipulare contratti a prestazioni garantite (EPC) attraverso, ad esempio, il supporto tecnico-finanziario di una ESCo. Recentemente ci sono stati tentativi di rivitalizzazione del solare termico nell’Europa del nord come accumulo stagionale di grandi quantità di acqua in caverne (maggiori informazioni sono disponibili al seguente sito).

La valutazione delle potenzialità di un sito partono, innanzitutto, dalla valutazione delle caratteristiche di insolazione dello stesso (a tal proposito, sul sito di Enea sull’atlante solare è disponibile un software ad-hoc, grazie al quale, inserendo latitudine e longitudine del sito in questione, è possibile risalire a tutte le informazioni necessarie). Successivamente, si deve tener conto di eventuali ombre dovute alla presenza di alberi, edifici e rilievi presenti nelle vicinanze. In linea teorica, comunque, i pannelli vengono inclinati di un angolo pari alla latitudine del luogo prescelto e vanno rivolti verso sud nell’emisfero settentrionale (nell’emisfero meridionale invece saranno orientati verso il nord).

Parallelamente all’utilizzo per la produzione di energia termica, sotto forma di acqua calda sanitaria o calore vero e proprio, ingenti sforzi sono stati rivolti all’uso dell’energia solare per il condizionamento estivo mediante sia l’uso di sistemi ad assorbimento classici, nel quale la fonte termica fossile è sostituta con la fonte solare, sia attraverso sistemi a controllo dell’umidità utilizzando sali idroscopici rigenerabili con l’energia termica prodotta. Queste tecnologie sono chiaramente privilegiate nelle zone remote non collegate alla rete elettrica mentre, nelle zone servite dalla rete, l’efficientamento della generazione elettrica e degli impianti a compressione ne ha ridotto l’interesse in genere limitato all’utilizzo di calore prodotto in cogenerazione permettendo di aumentare il fattore di carico rispetto al solo funzionamento invernale.

Infine, i collettori ad aria, dopo vari tentativi di applicazione nell’edilizia bioclimatica, con dubbio successo, si sono dimostrati adatti solo per le applicazioni per l’essiccazione dei prodotti agricoli, ma con scarso successo nel mercato.

 

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