Solare Termico

intro solare

Elaborazioni prodotte nell'ambito del
Progetto SEA-R
Sustainable Energy in the Adriatic Regions: knowledge to invest

1.Introduzione e principi di funzionamento

Il solare termico è una tecnologia matura e affidabile, in grado di offrire ottime prestazioni energetiche e un notevole risparmio economico con costi di manutenzione ridotti al minimo.
Un impianto solare termico è principalmente costituito da pannelli solari termici (da non confondere con i pannelli fotovoltaici ) e da un sistema di accumulo dell'acqua calda. Queste tipologie di impianti permettono di trasformare direttamente l'energia solare incidente sulla superficie terreste in energia termica, senza nessuna emissione inquinante e con il risparmio economico associato al mancato utilizzo di fonti energetiche tradizionali (ad esempio i combustibili fossili). L'energia termica così prodotta viene in genere raccolta sotto forma di acqua calda.
In genere gli impianti solari termici sono suddivisi in tre macro categorie:

  • impianti a bassa temperatura, nei quali si raggiungono temperature massime di 100-120°C, utilizzati per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS) o per il riscaldamento degli ambienti domestici.
  • impianti a media temperatura; nei quali si raggiungono temperature massime di 250°C, utilizzabili in tutti quei processi industriali che necessitano di calore, ma non ancora particolarmente diffusi.
  • impianti ad alta temperatura, ancora in fase sperimentale, nei quali si possono raggiungere anche temperature di 1000°C, con la radiazione solare prima trasformata in energia termica, poi meccanica ed infine elettrica. Si tratta, insomma, di vere e proprie "centrali elettriche ad energia solare" nelle quali i raggi solari sono concentrati su un ricettore in cui scorre un fluido, che viene surriscaldato e successivamente fatto espandere in una turbina che aziona un generatore elettrico.

Attualmente la tecnologia solare termica viene utilizzata principalmente nel settore residenziale per la generazione di calore attraverso impianti a bassa temperatura per la produzione di ACS e per il riscaldamento degli ambienti domestici, come mostrato in Figura 1. Questa tecnologia può essere impiegata anche per la produzione del freddo (solar cooling) o per il riscaldamento dell'acqua per piscine scoperte.
Le diverse tipologie di impianti solari, dai semplici sistemi a circolazione naturale a quelli più complessi a circolazione forzata, possono quindi soddisfare una vasta gamma di esigenze.

Figura1

Figura 1 - Esempio di impianto solare termico nel settore residenziale per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS) e per il riscaldamento degli ambienti domestici.
Fonte: http://www.energyboost.it/energie-rinnovabili/solare-termico

Per quanto riguarda l'utilizzo dell'energia solare, l'Italia presenta condizioni meteorologiche molto buone. In generale, la potenza radiante del sole prima di entrare nell'atmosfera misura in media 1367 W/m2 e viene chiamata costante solare. Quando il cielo è sereno sulla superficie terrestre arriva una potenza radiante di circa 1000 W/m2, mentre quando il cielo è completamente coperto si scende fino a circa 100 W/m2. La parte che incide sulla superficie terrestre sarebbe comunque sufficiente a coprire 10.000 volte il fabbisogno energetico mondiale.
Per l'utilizzo solare a scopo termico è interessante la somma della radiazione disponibile su tutto l'anno, come rappresentato in Figura 2. In Italia il valore di insolazione è compreso tra 1200 e 1750 kWh/m2 all'anno e presenta una differenza tra nord e sud intorno al 40%, rimanendo in entrambi i casi maggiore del fabbisogno annuo procapite di calore necessario per la preparazione di ACS nel residenziale. Con queste condizioni un impianto solare standard consente di risparmiare fino all'80% dell'energia necessaria per la preparazione di ACS e fino al 40% della domanda complessiva di calore per ACS e riscaldamento degli ambienti. Condizioni favorevoli e disponibilità di una tecnologia matura e affidabile conferiscono all'Italia un alto potenziale di sviluppo per il solare termico.

Figura 2 - Mappa della radiazione solare annua in Italia.
Fonte: http://www.energy-saving-3c.net/rinnovabili/fotovoltaico/la-radiazione-solare-in-italia/

 

 

2.Il Sistema

Un impianto solare termico standard è composto da diversi componenti, ognuno con una funzione specifica.
L'elemento principale è rappresentato dal collettore solare (o pannello solare termico) che serve a captare la radiazione solare incidente e trasformarla in energia termica sotto forma di acqua calda. Il collettore solare si distingue dal pannello fotovoltaico che invece trasforma la radiazione solare in energia elettrica.
L'altro elemento fondamentale è rappresentato dal serbatoio di accumulo (isolato termicamente) che ha lo scopo di immagazzinare l'acqua calda riscaldata dai collettori, per renderla disponibile nel momento in cui risulta necessaria all'utenza.
Inoltre, a seconda della tipologia d'installazione, a circolazione naturale o a circolazione forzata possono poi essere presenti, come mostrato in Figura 3, anche i seguenti componenti a completamento dell'impianto:

  • un sistema ausiliario e integrativo del calore di tipo tradizionale (tipicamente una caldaia a metano o elettrico altro generatore di calore), per sopperire all'aleatorietà della fonte solare e alla minore disponibilità invernale senza dover sovradimensionare l'impianto solare termico;
  • uno o più scambiatori di calore, nel caso di impianti a circuito chiuso;
  • una pompa di ricircolo del fluido termovettore con la relativa centralina di comando nel caso di impianti a circolazione forzata in cui il serbatoio è posto ad un'altezza inferiore rispetto al collettore;
  • un vaso di espansione, per far fronte a eccessive dilatazione termiche del fluido termovettore e evitare l'insorgere di pericolose sovrapressioni;
  • una serie di dispositivi di sicurezza e controllo dell'impianto quali valvole di sfiato, valvole di sicurezza, valvole di intercettazione, termostati, etc.
figura3.1

Figura 3 - Esempio di impianto solare termico a circolazione naturale (a sinistra) e a circolazione forzata (a destra).
Fonte: http://educazionetecnica.com/2012/02/15/fotovoltaico/#axzz2JVT4W7Vg