Il solare termico è una tecnologia utilizzata da decenni per la produzione dell’acqua calda sanitaria e per uso domestico. Inizialmente trovarono ampio spazio le tecnologie a temperatura per la produzione di vapore, che non si affermano a causa delle espansioni successive dei combustibili fossili.
Nei paesi industrializzati l’energia solare termica viene sfruttata in tre campi principali:
· Collettori piani e sottovuoto per la produzione di acqua calda sanitaria, riscaldamento e preriscaldamento acqua di processo;
· Collettori piani ad aria;
· Concentratori per la generazione elettrica e calore di processo.
I concentratori per la fornitura o per il preriscaldamento di calore di processo sono in commercio ma attualmente poco diffusi, mentre gli impianti per la generazione elettrica sono ancora ad uno stato prototipale o pre-commerciale.
Il solare termico a bassa temperatura presenta tre diverse tecnologie di base:
1. pannelli in materiale plastico;
2. collettori piani vetrati;
3. collettori sottovuoto.
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. L’acqua da riscaldare attraversa direttamente il pannello, evitando i costi e le complicazioni impiantistiche dello scambiatore. Essa rappresenta pertanto la soluzione ideale per gli stabilimenti balneari, i campeggi, le piscine scoperte e le residenze di villeggiatura estiva.
I collettori piani sono la tecnologia più diffusa e più adattabile. Rispetto a quelli in plastica offrono una resa buona tutto l’anno. Essi sono disponibili varie soluzioni a seconda delle caratteristiche fisiche: possono essere in rame, acciaio inox e anodizzato.
I collettori sottovuoto presentano il rendimento migliore di tutte le stagioni, grazie alla riduzione di perdite per convenzione. Sono nella maggior parte dei casi di forma tubolare.
La produzione solare cambia a seconda della zona:
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Irraggiamento |
Nord |
Centro |
Sud |
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KWh/m2/giorno |
3,8 |
4,6 |
5,0 |
Con un rendimento di impianto compreso tra il 30% e il 35%, si ottiene una produzione complessiva annua compresa fra i 450 e i 730 kwh/m2 .
Quadro sintetico della tecnologia e degli impianti
L’utilizzo dell’energia solare ha raggiunto un comportamento maturo ed affidabile tali da farla rientrare tra i modi più puliti per scaldare l’acqua o l’aria nell’utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare, nonostante la sua scarsa densità, resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il rendimento dei pannelli solari è aumentato di un buon 30% nell’ultimo decennio, rendendo possibile varie installazioni nell’edilizia, nel terziario e nell’agricoltura. L’applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Le tecnologie per utilizzare l’energia solare, quindi per produrre calore, sono di tre tipi: a bassa, media ed alta temperatura.
In Italia le installazioni di pannelli solari per scaldare l’acqua possono ancora aumentare.
Applicazioni
Le installazioni più comuni sono relative ad impianti per acqua calda sanitaria, riscaldamento degli ambienti e piscine. I collettori solari ad aria calda si differenziano da quelli ad acqua per una caratteristica: in essi il fluido termovettore è costituito da aria. Il funzionamento del collettore ad aria è uguale a quella dei collettori ad acqua.
Gli specchi di Archimede
Zonaras, storico bizantino, narra che Archimede distrusse la flotta romana del generale Marcello con l’aiuto dell’energia del Sole. Grazie a uno specchio concavo formato da centinaia di scudi metallici che riflettevano i raggi del Sole, Archimede concentrò i raggi del sole sulle navi nemiche incendiandole.
Questi avvenimenti affondano la radici più nel mito che nella scienza; Ai tempi di Archimede l’ottica non era capace di produrre effetti devastanti come quelli descritti da Zonaras. Essi testimoniano la curiosità di svelare i suoi segreti incutevano fin dai tempi antichi e la consapevolezza della potenza energetica dalla concentrazione dei raggi solari.
La moderna energia solare-termica sfrutta la collimazione, per mezzo di specchi idonei, della radiazione solare per la produzione di energia. Il calore raccolto durante la giornata, viene stoccato negli appositi accumulatori in materiali ceramico, con miscele di sali a cambiamento di fase. In questo modo il calore può essere estratto per azionare le turbine anche nelle ore di non irraggiamento. L’efficienza dello stoccaggio può essere incrementata sfruttando le tecnologie sviluppate per ridurre gli scambi di calore.
Le dimensioni dell’impianto, e di conseguenza i costi, sono inoltre minori rispetto agli impianti di combustibili fossili.
Schematicamente i principali elementi che caratterizzano una centrale solare termica sono:
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il sistema collettore-ricevitore/ concentratore; |
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il sistema per il trasporto di calore; |
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il sistema per lo stoccaggio; |
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il sistema per la trasformazione dell’energia. |
Il “collettore-concentratore”, è un dispositivo che raccoglie e convoglia la radiazione solare verso un ricevitore ed è il componente principale dell’impianto. Ce ne possono essere di diversi tipi: parabolico lineare a disco, a torre centrale, parabolico lineare.