Dopo avere parlato a livello generale di irraggiamento solare, valutazione della quantità di energia al suolo, progettazione di un impianto fotovoltaico, incentivi per impianti fotovoltaici, parliamo ora di energia solare per la produzione di acqua calda, ovvero parliamo di “Solare Termico“.
INTRODUZIONE
Come più volte detto in precedenza, il Sole fornisce grandi quantità di energia “gratuitamente”, e tale energia può essere utilizzata, in maniera più o meno efficiente, in vari modi.
L’impiego dell’energia solare per la produzione di fluidi caldi per qualsivoglia uso rappresenta forse la soluzione più immediata, semplice e facilmente immaginabile tra le tecnologie solari, inoltre si presta ad applicazioni molto variegate, anche se il suo impiego più logico e valido è quello per la produzione di acqua calda sanitaria per gli usi domestici.
E’ evidente come un uso industriale di questa soluzione possa facilmente risentire della variabilità delle condizioni meteorologiche, che si ripercuoterebbero sulla produzione di calore e potrebbero influire pesantemente sull’attività produttiva, inoltre a livello industriale potrebbero essere necessarie quantità di fluidi caldi estremamente elevate, od a temperature molto elevate, rendendo necessarie superfici elevate o soluzioni miste piuttosto flessibili, che potrebbero non rappresentare una soluzione praticabile in tale contesto.
Tutto ciò non esclude comunque il solare termico dal settore produttivo, ma ovviamente ogni singolo caso merita valutazioni su misura, pertanto su questo post ci limiteremo ad analizzare le applicazioni classiche, ovvero l’impiego domestico.
La valutazione dell’energia disponibile per metro quadro di superficie orientata è stato esposto nei precedenti post (linkati all’inizio dell’articolo), ai quali rimando per ogni valutazione, per concentrarci sull’analisi delle tecnologie comunemente impiegate per soddisfarli.
SOLARE TERMICO: PER QUALI IMPIEGHI?
A livello domestico la necessità di acqua calda è prevalentemente (se non esclusivamente) per soddisfare i bisogni di acqua calda sanitaria, la quale viene altrimenti prodotta mediante l’impiego di scaldini elettrici o di scaldini a gas, che in caso di presenza di impianti di riscaldamento, spesso svolgono la doppia funzione Sanitaria/Riscaldamento mediante due linee idriche separate.
L’impiego di un pannello solare termico consente di produrre parte (o tutta, in funzione delle condizioni meteo) dell’acqua calda necessaria, permettendo una forte riduzione dei consumi per questo capitolo di spesa.
IL PANNELLO SOLARE TERMICO – COME E’ FATTO
Esistono essenzialmente 3 tipi di pannelli solari termici:
- Pannelli Solari Scoperti
- Pannelli Solari Vetrati
- Pannelli Solari Sottovuoto
PANNELLI SOLARI SCOPERTI
I pannelli solari scoperti rappresentano la tipologia più semplice ed economica, ma anche quella con i maggiori limiti nell’impiego, infatti essendo privi della coibentazione non sono adatti a lavorare in condizioni climatiche fredde, e si prestano quindi per usi stagionali quali riscaldamento dell’acqua di piscine estive e stabilimenti balneari.
PANNELLI SOLARI VETRATI
Sono il tipo più comune, sono costituiti da una struttura la cui parte superiore è rivestita in vetro, e al di sotto si trova lo scambiatore vero e proprio.
Per massimizzare la resa produttiva si realizzano in modo da generare internamente un “effetto serra” mediante la creazione di una camera tra il vetro esterno ed uno strato di materiale scuro (assorbitore).
Il costo è ovviamente superiore ai pannelli scoperti, ma la loro costruzione li rende adeguati per condizioni climatichepiù flessibili.
PANNELLI SOLARI SOTTOVUOTO
Sono il tipo più sofisticato, consistono in una serie di tubi di vetro affiancati, al cui interno si trova un secondo tubo coassiale dove scorre il fluido, e nell’intercapedine tra i tubi viene praticato il vuoto.
Questi tubi vengono poi collegati superiormente ad un collettore che collega il pannello con il resto dell’impianto.
Il loro costo, vista la realizzazione più complessa che prevedono, è il più elevato tra le soluzioni esposte, ma la loro efficienza è superiore, così come la temperatura massima che si riesce ad ottenere per il fluido.
Per completezza è importante segnalare l’esistenza di altre soluzioni, come ad esempio i pannelli ad aria, dove il fluido riscaldato non è acqua, bensì aria, la quale poi riscalda l’acqua sanitaria in un apposito scambiatore.
Questa soluzione è sicuramente economica (nessun rischio di corrosione interna, nessun problema lato aria di tenute per evitare fughe di liquido, ecc., pertanto è possibile ridurre la qualità costruttiva) ma poco utilizzata vista la sua bassa resa produttiva.
Da un punto di vista tecnico, è importante evidenziare che i pannelli prevedono due circuiti separati, ovvero il fluido che riceve il calore ceduto dal Sole non si mescola con l’acqua sanitaria da scaldare, ma cede il calore ad essa attraverso uno scambiatore di calore, questo per evitare deposizioni di calcare e corrosioni nel fascio tubiero.
I pannelli solari, a causa della discontinuità delle condizioni di insolazione, non sono adatti ad operare un riscaldamento “istantaneo” dell’acqua, pertanto vengono solitamente accoppiati ad un grosso serbatoio di accumulo (opportunamente coibentato, soprattutto se esterno) che immagazzina con minime perdite termiche con l’ambiente l’acqua calda, e consente un utilizzo differito della stessa.
Le dimensioni della superficie captante, piuttosto che del serbatoio di accumulo, possono essere valutatate in funzione dei consumi di acqua calda sanitaria dell’utenza (anche se si tratta di dati spesso difficili da valutare, non essendo disponibile una “bolletta” dove tali consumi siano rappresentati), e progettare l’impiando secondo le esigenze effettive.
E’ d’altra parte evidente però che “a livello medio” è possibile valutare le necessità di tale risorsa per una normale famiglia, e non è inusuale trovare già indicato dal rivenditore o dal produttore la tipologia di utenza per ogni pannello in vendita.
TIPO DI CIRCOLAZIONE – NATURALE E FORZATA
I pannelli si classificano, oltre che per la tecnologia impiegata per la loro costruzione, anche per il tipo di circolazione che viene utilizzata tra pannello ed accumulatore, in particolare si distingue tra “Circolazione Naturale” quando il fluido circola nelle tubazioni del pannello grazie alla variazione con la temperatura della densità dello stesso, e “Circolazione Forzata” quando la circolazione avviene mediante l’impiego di un “circolatore“, ovvero di una piccola pompa.
Nel caso di circolazione naturale il serbatoio di accumulo deve necessariamente trovarsi immediatamente sopra il pannello, in modo da minimizzare le perdite di carico delle condotte, essendo la variazione di densità tale da non consentire di sostenere elevate perdite di carico e quindi lunghi percorsi, pertanto la struttura di sostegno del pannello dovrà anche farsi carico di sostenere il serbatoio di accumulo.
L’impiego invece di un circolatore consente una maggiore flessibilità nella progettazione dell’impianto, in quanto i vari componenti possono venire sistemati in qualsiasi posizione, inoltre consente di realizzare impianti che prevedono un certo grado di integrazione con l’impianto di riscaldamento.
INTEGRAZIONE TERMICA E COSTI
Apparentemente l’uso del Sole come fonte termica per la produzione di acqua calda sanitaria appare estremamente vantaggiosa, a fronte di una spesa tutto sommato non elevatissima per l’acquisto dei pannelli, in quanto pur essendo difficile fare una valutazione media (molto dipende dal tipo di pannelli, dalla complessità dell’installazione, compresa la connessione con l’impianto idrico domestico), cifre indicative sono comprese tra i 3000€ ed i 5000€ “chiavi in mano” (il costo dei soli pannelli varia tra i 500€ per circa 2/2.5m2 di pannello vetrato ed i 700/1000€ per 3m2 di pannello sottovuoto, accessori, boiler e tubazioni escluse), ma come detto si tratta di cifre che possono variare anche in funzione di un’eventuale integrazione con l’impianto di riscaldamento, inoltre non tengono conto di detrazioni fiscali ed incentivi.
Per quanto riguarda l’aspetto dell’integrazione termica, non bisogna dimenticare che, pur utilizzando il sole e pur potendo immagazzinare nel serbatoio una certa quantità di acqua calda, può rendersi necessario dovere integrare tale sistema mediante un sistema tradizionale (elettrico, o preferibilmente gas) in modo da sopperire a tutti quei momenti in cui la produzione non è sufficiente, per problemi meteo o per improvvisa necessità di maggiore acqua calda.
Un impianto pertanto deve tenere conto del migliore compromesso tra soddisfacimento mediante solare e quota di integrazione, in quanto un impianto solare sovradimensionato consente di ridurre l’uso dell’integrazione ma aumenta i costi da sostenere per lo stesso, e genera un surplus di acqua calda che non viene utilizzata (e quindi non contribuisce al ritorno economico) nei mesi più caldi, mentre un impianto sottodimensionato vanifica i benefici che tale tecnologia può dare.
Nel prossimo post affronteremo la progettazione di un piccolo impianto termico di medie dimensioni (non residenziale), in modo da rendere più completo il quadro su questa tecnologia, compresi gli aspetti economici.
