I collettori solari termici


Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore e si distingue così da un pannello fotovoltaico, che trasforma la luce del sole in corrente elettrica.
La figura 1 mostra la struttura di un collettore piano. L’elemento principale è l’assorbitore, che ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente a onde corte e di trasformarla in calore (trasformazione fototermica).
Solitamente è composto da un metallo con buona capacità di condurre il calore (per esempio il rame) e dovrebbe riuscire a trasformare il più completamente possibile la radiazione solare in calore. Al giorno d’oggi nella maggior parte dei collettori piani o a tubi sottovuoto vengono impiegati assorbitori dotati di un cosiddetto strato selettivo, che determina un alto grado di assorbimento nell’intervallo delle lunghezza d’onda della radiazione solare e contemporaneamente irradiano poca energia, grazie a un basso fattore di remissività nelle lunghezze d’onda della radiazione termica. Gli strati selettivi possono essere ottenuti con procedimento galvanico (cromo, alluminio con pigmentazione al nickel) oppure applicati sotto vuoto (per esempio Tinox o Cermet). Un buon contatto termico tra l’assorbitore e un fluido termovettore in circolazione (per esempio acqua, glicole oppure aria) permette la cessione del calore al fluido termovettore e di conseguenza il trasporto fuori dal collettore del calore pronto per essere usato.
Per ridurre le dispersioni termiche e per migliorare il rendimento del collettore, l’assorbitore viene provvisto di una copertura trasparente frontale, mentre lateralmente e sul retro viene coibentato. Nei collettori a tubi sottovuoto ogni striscia di assorbitore è inserita in un tubo di vetro in cui è stato creato il vuoto. Questo comporta un’ottima coibentazione che rende possibile il raggiungimento di temperature di lavoro anche nel campo del calore per processi industriali.
Per il riscaldamento dell’acqua di piscine si utilizzano collettori senza copertura in materiale plastico (per esempio PP = polipropilene, EPDM = caucciù sintetico), poiché le temperatura necessarie sono relativamente basse.

 

figura 1

   

Attraverso l’uso di pannelli solari termici è possibile ottenere:
1) acqua calda per uso sanitario;
2) riscaldamento degli edifici.

Possibilità di copertura del fabbisogno energetico annuo mediante collettore solare termico

Le tipologie di collettori solari termici variano molto in termini di costo e di prestazioni. Per di più, essendo l'energia solare una fonte aleatoria sulla superficie terrestre, i collettori solari termici vanno realisticamente considerati integrativi rispetto alle tecnologie tradizionali; essi vanno quindi considerati capaci di fornire direttamente solo parte dell'energia necessaria all'utenza, energia che altrimenti dovrebbe essere prodotta dalla caldaia tradizionale. La percentuale di energia termica prodotta annualmente da un collettore solare termico prende il nome di fattore di copertura del fabbisogno termico annuo.
Nella zona di Roma, per un sistema che ottimizzi il rapporto costi/energia prodotta, questo fattore non supera il 65%. Questo limite è comune a moltissime tecnologie basate su fonti rinnovabili, il più delle volte caratterizzate da disponibilità aleatoria o periodica. A causa di ciò, con il crescere delle dimensioni dell'impianto, cresce il fattore di copertura del carico termico, ma la relazione tra il costo dell'energia e l'energia prodotta resta lineare fino al 55%÷60%. Superato questo valore, il costo continua ad aumentare linearmente con le dimensioni dell'impianto, mentre l'energia prodotta aumenta meno rapidamente, il che si traduce in un maggiore costo dell'unità di superficie di collettore. E' per questo motivo che un collettore solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria dimensionato correttamente viene progettato per soddisfare il 60÷65% del fabbisogno termico.

I sistemi solari termici sono estremamente affidabili (la durata di vita è superiore a 20 anni) e le operazioni di manutenzione consistono per lo più nella pulitura del vetro del collettore e nella verifica annuale dei principali dispositivi del circuito da effettuarsi, ad esempio, in concomitanza con il controllo della caldaia.

Per quanto riguarda le applicazioni per la produzione di acqua calda sanitaria, i sistemi solari consentono di coprire mediamente il 60-70% del fabbisogno termico annuo dell’utenza, con punte del 100% nei mesi estivi.

Il solare termico può fornire anche un interessante contributo al riscaldamento delle abitazioni; i sistemi più diffusi sono quelli combinati, ossia destinati alla produzione congiunta di calore per l’acqua calda sanitaria e il riscaldamento degli ambienti, con una copertura del carico termico richiesto mediamente del 20÷40% all’anno.

Per ottimizzare la resa energetica di tali soluzioni impiantistiche è preferibile dotare l’abitazione di un sistema di riscaldamento a bassa temperatura, tipicamente i pannelli radianti a pavimento o a parete, il cui costo si aggira intorno ai 70 - 80 euro per m2 installato in edifici di nuova costruzione. Diversamente dai consueti termosifoni, essi richiedono temperature di esercizio basse dell’ordine di 30-35°C e, pertanto, si sposano perfettamente con le condizioni di funzionamento dei collettori solari nei mesi invernali.

Dimensionamento

Per calcolare le dimensioni dell’impianto solare per un’utenza di tipo domestico, è necessario partire dai consumi di acqua calda per persona che si aggirano tra i 30 e i 50 litri al giorno. Ciò significa che, ad esempio, per una famiglia composta da 4 persone occorrono giornalmente circa 200 litri di acqua a 45°C. Il numero di collettori necessario per soddisfare tale fabbisogno varia a seconda della zona geografica, in base alla disponibilità di energia solare; in prima approssimazione, la superficie richiesta varia tra 0,5 e 1,2 m2 per persona passando dal Sud al Nord Italia. Il volume del serbatoio di accumulo è legato alla superficie captante installata (circa 70- 100 litri per m2 di collettore). Per fare un esempio, si consideri una famiglia di 4 persone residente a Roma, per la quale è generalmente sufficiente un impianto solare costituito da 4 m2 di collettori abbinati ad un serbatoio da 300 litri.

Costi

I costi di tali impianti presentano delle notevoli differenze a seconda del tipo di collettori utilizzati (piani e sottovuoto) e della complessità del circuito. Tuttavia, possiamo affermare che la spesa prevista per il nostro impianto tipo sarà indicativamente di 3.500-4.500 € .

L’esborso, in sé già contenuto, si riduce ulteriormente grazie ad eventuali incentivi predisposti a livello locale o nazionale e al risparmio d’imposta conseguibile mediante detrazione IRPEF della spesa sostenuta e l'agevolazione dell'IVA.

I costi e i benefici di un impianto installato dipendono dalla posizione geografica, dalle caratteristiche meteo climatiche del sito, dal tipo e dall’efficienza del collettore impiegato e dalla complessità generale del circuito. L’esborso iniziale si riduce o si ammortizza nel tempo grazie agli incentivi, in genere erogati mediante bandi pubblici, solitamente gestiti dagli Enti locali.

Come fare?

Ecco cosa bisogna sapere e fare per installare a casa un impianto per l’acqua calda sanitaria senza avere problemi e per accedere ad una fonte energetica pulita:

   La finanziaria 2007 prevede, per l’installazione di impianti solari termici, l’esenzione del 55% degli importi rimasti a carico del contribuente, fino a un massimo di € 60.000.

   Il solare termico è attualmente una tecnologia matura dal punto di vista commerciale e disponibile sul mercato a costi sostenibili e richiede una singola procedura autorizzativa (DIA);

   Verificate l’esposizione e l’inclinazione dell’impianto: il rendimento ottimale si ha con l’orientamento a sud e un’inclinazione di 30 – 45° sull’orizzontale;

   Un impianto di riscaldamento dell’acqua calda sanitaria permette di coprire totalmente il consumo nei mesi più caldi, mentre durante l’inverno riesce ad offrire anche fino al 70 – 80% dell’acqua calda necessaria;

   Installando impianti di riscaldamento a bassa temperatura, il solare termico può essere utilizzato per la climatizzazione invernale degli ambienti, come supporto alle caldaie a gas;

   Scegliete materiali per gli impianti che sia certificato e garantito per una durata minima di 20 anni;

   I costi di manutenzione sono minimi e si aggirano sui € 2,5 al m2 l’anno;

   La tecnologia attuale permette l’utilizzo del solare termico non solo ad uso abitativo ma anche per altri fini: riscaldamento delle piscine, piccole imprese del settore caseario e cartario;

Incentivi per il solare termico per l’acqua calda sanitaria:

1)   Incentivazione fiscale: detrazione del 55% della cifra complessiva (IVA inclusa) dall’IRPEF nei tre anni successivi alla realizzazione dell’impianto. E’ necessario avere l’attestato di qualificazione energetica dell’unità abitativa rilasciato da un tecnico;

2)   IVA in regime agevolato con aliquota al 10%;

3)   Incentivo in conto capitale della Regione Lazio (BURL n. 24 del 30 agosto 2007) di 400 euro per impianto solare termico ad uso domestico e/o industriale, con presentazione della domanda a partire dal 30 settembre.

PER INFORMAZIONI SULLE ENERGIE RINNOVABILI NEL LAZIO:

NUMERO VERDE   800.012.283

per incentivi:

http://www.romaenergia.org/energierinnovabili/incentivi_bandi/incentivi_e_bandi.asp

altri links

http://www.romaenergia.org/energierinnovabili/

http://www.regione.lazio.it/web2/contents/energie_rinnovabili/

http://www2.minambiente.it/Sito/settori_azione/iar/FontiRinnovabili/Home.asp

http://www.energie-rinnovabili.net/

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