Solare termico

Solare termico: un’introduzione

Il solare termico per applicazioni a bassa temperatura è una tecnologia matura e consolidata soprattutto in ambito residenziale per la produzione di acqua calda sanitaria e per la climatizzazione (invernale ed estiva) degli ambienti attraverso sistemi combinati e sistemi innovativi di solar-cooling.

Il settore si trova in un momento di grande diffusione e può contribuire in modo significativo alla copertura dei consumi finali per uso termico. In Europa infatti ben il 49% dei consumi finali riguarda l’energia termica (di questo 49%, il 34% riguarda il solo calore alle basse temperature) e ben il 61% dei fabbisogni totali di calore alla basse temperature riguardano il settore residenziale.

In Italia, pur essendo tali percentuali più basse, il solo consumo di energia finale per uso residenziale ammonta a circa 23 Mtep su 143 complessivi. Pertanto il solare termico rappresenta una tecnologia in grado di incidere in maniera significativa sul raggiungimento degli obiettivi dell’Action Plan nazionale che prevede al 2020 una copertura del 17% dei consumi finali con energia da fonti rinnovabili.

Nelle applicazioni a bassa temperatura del solare termico le principali tecnologie impiegate sono quelle dei collettori piani vetrati selettivi e non (FPC, Flat Plate Collector) e dei collettori sottovuoto (ETC, Evacuated Tube Collector).

I collettori piani vetrati sono una tecnologia diffusa e adattabile per l’ottima resa energetica annua e la disponibilità di un vasto mercato di prodotti. Il principio di funzionamento dei dispositivi si basa sulle caratteristiche del vetro utilizzato di essere trasparente alla radiazione solare ed opaco a quella infrarossa emessa dalla piastra assorbente, e sulle proprietà della piastra stessa di assorbire la radiazione solare e contenere le emissioni proprie nello spettro infrarosso. Ciò determina l’attitudine all’ingresso e all’assorbimento della massima radiazione solare nel collettore e la scarsa capacità della lastra captante e del vetro di copertura di disperdere radiazione infrarossa verso l’esterno del dispositivo. Le prestazioni del collettore migliorano poi con le caratteristiche d’isolamento alle perdite termiche. Nei collettori solari piani ad acqua questo principio è ottimizzato ed utilizzato per riscaldare il fluido (acqua o glicole)presente all’interno di un assorbitore piano. Per tipologia di costruzione sono disponibili molte soluzioni distinte per la selettività dell’assorbitore, per l’utilizzo di materiali (rame, acciaio inox e alluminio anodizzato) ed idoneità all’uso in impianti a circolazione forzata o naturale (questi ultimi meno costosi, più affidabili, ma meno integrabili architettonicamente per la presenza di un serbatoio di accumulo da posizionare più in alto del pannello e nelle immediate vicinanze). Pur con differenti varianti di mercato, le dimensioni più consuete di un collettore piano prevedono ingombri prossimi ai due metri quadrati, con lato più lungo tipicamente di due metri di estensione.

I collettori sottovuoto, a parità di superficie, presentano in genere un migliore rendimento medio stagionale, per il sostanziale annullamento delle perdite termiche per convezione e conduzione legate alla presenza di un’intercapedine tenuta sottovuoto spinto. Il calor e raccolto da ciascun elemento (tubo sottovuoto) viene trasferito all’utilizzatore essenzialmente in due modi differenti: una tipologia consiste nell’utilizzo di circuiti ad U, all’interno del singolo tubo, entro i quali circola il fluido primario che riscalda e cede l’energia termica all’utilizzatore in un raccordo posto in alto; un’altra tipologia molto diffusa è rappresentata dai tubi di calore cosiddetti “heat pipe” all’interno dei quali è presente un fluido in equilibrio di fase con il suo vapore e che sono in grado di trasportare grandi quantità di energia termica con bassi gradienti termici. Generalmente i tubi di calore, posizionati nella parte centrale dei tubi di vetro, sono in metallo termo conduttore (rame o alluminio) riportanti alettature per incrementare l’assorbimento della radiazione solare. Questa tipologia di collettori, in passato indicata principalmente per applicazioni a temperature più elevate di quelle raggiungibili con collettori piani, è adesso largamente commercializzata e, con l’immissione sul mercato di collettori a doppio tubo, la tecnologia sottovuoto sta incontrando un grande successo anche in Italia.

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