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Motivazioni per il ricorso al solare termico
Molte
sono le ragioni che spingono ad adottare il solare termico per la
produzione dell'acqua calda sanitaria. I benefici ottenibili sono
notevoli se confrontati con le tecnologie tradizionali (caldaia a
metano, boiler elettrico, stufa a legna) non solo in termini di
riduzione dell'inquinamento ambientale, ma anche riguardo al risparmio
economico ed energetico. Nei tre casi si fornisce un confronto rispetto
all’utilizzo di caldaie a metano e boiler elettrici, facendo riferimento
all’esempio descritto nell’introduzione del capitolo precedente.
I
pannelli solari sfruttano la radiazione solare per la produzione
dell'acqua calda per usi sanitari. L'energia necessaria a tale scopo
viene quindi reperita da una fonte inesauribile (in termini di durata
della vita umana) e gratuita.
Si
potrebbe pensare di ottenere tutto il calore richiesto dal Sole, ma
ragioni di ottimizzazione economica e considerazioni sulla non
corrispondenza fra l’irraggiamento e la curva di carico sconsigliano la
ricerca di frazioni solari unitarie. La quota energetica fornita
dall'impianto solare rimane comunque elevata: generalmente è compresa
fra 0,6 e 0,9 alle nostre latitudini. Ciò significa che la richiesta di
combustibili fossili può essere notevolmente ridotta, considerando che
il consumo medio di acqua calda per usi sanitari in una famiglia di
quattro persone è compreso nell’intervallo 1500-3000 kWh/anno. Esso
dipende dalle abitudini dei componenti del nucleo famigliare. Vi è poi
la tendenza ad un minor consumo quando si adoperano i boiler elettrici
per il riscaldamento dell’acqua, a causa del maggiore costo.
Ostacoli alla diffusione del solare termico
Ci si
potrebbe chiedere come mai i pannelli solari termici, e così altre
tecnologie legate alle fonti rinnovabili, non siano riuscite ad
affermarsi nonostante i vantaggi ad essi correlati. Tanto più che non si
tratta di applicazioni così recenti, visto che già all’inizio del secolo
il solare termico era stato fatto oggetto di numerosi studi, che avevano
portato alla realizzazione di vari progetti.
Dunque o
si conclude che i benefici sono solo teorici, o devono esistere degli
impedimenti alla penetrazione dei collettori solari.
In
effetti la situazione è complessa, specialmente in Italia, che è
riuscita a passare nell’arco di pochi anni da leader europeo a
Cenerentola europea. Qui si analizzano invece le cause che hanno
limitato e limitano la diffusione del solare termico nel nostro paese e
si accennano le possibili soluzioni.
Si
possono distinguere barriere di carattere:
1.
economico,
2.
informativo,
3.
legislativo,
4.
di impatto visivo ed
acustico,
5.
infrastrutturale.
1.1 Barriere di tipo
economico
I
collettori solari presentano un difetto comune a tutte le tipologie di
fonti rinnovabili: l’alto costo di investimento iniziale. In Italia, a
causa della scarsa diffusione di questa tecnologia, la situazione è poi
peggiore rispetto agli altri paesi. Solo ultimamente, grazie a
contributi regionali, provinciali e detrazioni fiscali, si è visto un
calo dei prezzi, sempre superiori a quelli riscontrabili in nazioni come
la Grecia e la Danimarca.
Il costo
di alcuni componenti, in particolare l’assorbitore, quando trattato
selettivamente, il contenitore in alluminio e la copertura trasparente
in vetro a basso contenuto di ferro è del resto non indifferente.
Un alto
costo iniziale allontana molte famiglie dal solare termico, poiché
2000-3000 euro sono una cifra che ha un impatto notevole nel loro
bilancio economico. Del resto una famiglia non ragiona in termini
imprenditoriali, valutando l’investimento caratterizzato dal maggiore
valore attuale netto, ma si lascia guidare di più da ragionamenti di
economia "istantanea".
Per
risolvere questi inconvenienti, non essendo l’attesa dell’aumento della
domanda di collettori una strategia efficace e consigliabile, una
riduzione dei costi può essere raggiunta tramite un’ottimizzazione del
prodotto, che conduca alla scelta dei materiali più opportuni, al
dimensionamento più conveniente dei vari componenti e ad un aumento
degli elementi standardizzati. Così diventa possibile non solo contenere
i prezzi di vendita, ma anche aumentare la qualità del pannello,
ottenendo un beneficio sia perché a parità di superficie installata si
incrementa il guadagno energetico (cioè la frazione solare), sia perché
si allunga la vita utile dell’impianto, con una riduzione conseguente
dei tempi di ritorno dell’investimento.
Il prezzo
di vendita di un pannello solare può essere suddiviso all’incirca nel
modo seguente:
·
un terzo è dovuto al costo dei materiali,
·
un terzo è legato alle spese di assemblaggio e commercializzazione,
·
la parte restante è costituita dalla percentuale incamerata dagli
installatori.
2.1 Barriere di tipo informativo
L’Italia
è arretrata rispetto alle altre nazioni europee per quanto riguarda la
cultura ecologica e l’amore per l’ambiente. Ciò ha condotto verso il
degrado di molte riserve naturali e paesaggistiche, basti pensare ai
corsi d’acqua ed ai bacini lacustri, buona parte dei quali versa in
condizioni penose o disperate.
Alla
base di questa poco piacevole situazione si trova una mancanza
generalizzata di educazione e rispetto per il prossimo (e quindi anche
per la natura). Del resto, se manca la coscienza ecologica agli
acquirenti, essa mancherà a maggior ragione ai venditori, che vivono
cercando di aumentare i profitti.
Dunque:
perché mai una persona marginalmente interessata ai problemi
dell’ambiente dovrebbe andare a comprare un pannello solare, quando non
ne conosce l’esistenza, non sentendone parlare alla televisione, a
scuola, all’università e sulle riviste, e non trovandolo nei negozi
vicino casa? A questo si può aggiungere che gli stessi idraulici in
genere non hanno conoscenze tecniche adeguate per installare impianti
con collettori solari. Per ovviare a ciò servono corsi di formazione,
che attualmente solo pochi organizzano e sono in genere costosi.
La
situazione non è in realtà così catastrofica, come
l’ho dipinta provocatoriamente, anche perché un po’
per volta anche il nostro paese si sta interessando alle questioni
ambientali. C’è però ancora molto da fare.
Spesso
poi, le fonti rinnovabili, come il solare e l’eolico, vengono viste come
un contentino per gli appartenenti ai movimenti ecologisti e non come
una possibilità concreta di sviluppo economico e sociale da parte degli
imprenditori.
È quindi
necessario informare la gente delle possibilità offerte dalle nuove
tecnologie per migliorare il benessere, rispettando nel contempo
l’ambiente. Allo scopo si possono adoperare opuscoli divulgativi,
programmi televisivi e organizzare esposizioni dimostrative, come viene
fatto in Svizzera, Austria ed Alto Adige.
Un ruolo
centrale deve poi essere svolto dalla scuola, che ha il difficile
compito di formare il bagaglio di conoscenze di ciascuno di noi.
La
collaborazione fra centri di ricerca, associazioni ambientaliste e per
lo sviluppo delle rinnovabili, industriali del settore (facenti parte o
meno di Assolterm – Associazione solare termico), che possono sfruttare
anche i contributi previsti dalle leggi vigenti potrebbe essere la
scelta vincente.
Nei paesi
del Centro Europa hanno molto successo le manifestazioni per la
promozione del solare termico organizzate dai gruppi di autocostruzione
e dalle associazioni senza scopo di lucro, come la LEA in Alto Adige e
l’Infoenergia in Svizzera, poiché riescono a raggiungere in modo diretto
la popolazione. Durante il loro svolgimento non vengono solo esposti
alcuni prodotti e descritta la tecnologia solare ed i vantaggi ad essa
collegati, ma viene installato anche un impianto dimostrativo per
mostrare l’efficacia di questi impianti.
Fra gli
impedimenti di tipo informativo si può inserire anche l’esito negativo
della campagna ENEL dei primi anni Ottanta "Acqua calda dal Sole".
Furono installati 100.000 m2 di collettori solari in tre
anni, sfruttando contributi in conto capitale pari al 30% e la
rateizzazione del restante 70% ad un tasso inizialmente pari a quello
dell’inflazione. Il guaio fu che gli impianti vennero installati spesso
da personale non specializzato, all’oscuro delle loro modalità di
funzionamento, utilizzando pannelli solari e componenti di impianto
caratterizzati da una qualità appena sufficiente.
Ciò ebbe
come risultato la messa fuori servizio di molti degli impianti stessi in
pochi anni. Molti utenti si dissero poi insoddisfatti del funzionamento
dei loro impianti, in quanto rendimento e frazione solare risultano
inferiori alle aspettative.
La
pubblicità negativa che ne seguì fece risentire i suoi effetti, tant’è
che ci fu un brusco calo della domanda di collettori subito dopo la fine
della campagna, che fa sentire ancor oggi i suoi effetti, sebbene in
Europa il mercato del solare termico sia fiorente.
3.1
Barriere di tipo legislativo
Il nostro
paese è fra i paesi che tassano di più i combustibili, ma non certo con
finalità elogiabili. Non è infatti prevista una tassa "ecologica" per
favorire le rinnovabili sui derivati del petrolio. L’assenza di
un’adeguata politica fiscale è uno degli impedimenti per l’affermazione
del solare termico.
La
mancanza di strategie a lungo termine, il ritardo con cui vengono
conclusi i programmi previsti, la legislazione non sempre sufficiente e
l’applicazione spesso inesistente delle leggi sono le altre barriere che
bisognerà cercare di rimuovere il prima possibile. Alcune di esse sono
legate ai tipici difetti dell’amministrazione italiana, e la loro
eliminazione significherebbe un bel passo avanti in tutti i settori
della vita di ogni individuo.
Tutto
questo appare grave se si considera che il nostro paese importa circa
l’ottanta per cento dell’energia primaria dall’estero, ed è schiavo dei
derivati del petrolio. Una crisi petrolifera o un’instabilità politica
nei paesi che gli forniscono l’oro nero ed il metano avrebbe effetti
devastanti. Purtroppo la crisi energetica del 1973 ha sì provocato una
razionalizzazione dei consumi energetici ed un aumento dell’efficienza
nella produzione e nell’uso dell’energia, ma solo un leggero calo della
dipendenza energetica dall’estero.
In tutti
i paesi dove si è affermato il solare termico il ruolo dello stato è
stato fondamentale, per lo meno durante la fase iniziale. Tramite
sussidi, tasse intelligenti, contributi ed agevolazioni si può infatti
ridurre od eliminare il peggior difetto degli impianti solari: l'alto
costo iniziale.
4.1
Barriere legate all’impatto visivo ed acustico
Sebbene
l’impatto ambientale delle fonti rinnovabili sia limitato, esse possono
essere lo stesso responsabili di inquinamento acustico o visivo. Il
secondo è un difetto dei pannelli solari termici. In particolare dei
sistemi compatti, che a fronte dei vari vantaggi offerti, obbligano ad
installare un antiestetico serbatoio sul tetto, con un’inclinazione dei
collettori minima di 40° circa. Ciò li rende particolarmente visibili.
Per i collettori posti in giardino, invece, si può porre il problema
dell’occupazione di suolo. In linea di principio si tratta comunque di
un impedimento superabile, se si escludono alcuni edifici nei centri
storici ed il caso delle case senza giardino e con le falde del tetto
orientate a levante e ponente.
5.1
Barriere di tipo infrastrutturale
Esse sono
legati alla capillare distribuzione del metano e dell’energia elettrica,
che rende estremamente comodo l’uso dei boiler elettrici e delle caldaie
a metano. I primi, in particolare, se non fosse per l’alto costo
dell’energia elettrica per il riscaldamento dell’acqua, avrebbero anche
il vantaggio di non richiedere manutenzione (obbligatoria per legge per
le caldaie a metano). Il discorso cambia per le case rurali e gli
edifici montani, che usualmente non hanno a disposizione il metano, se
non a costi maggiori, dovuti alla fornitura tramite autocisterna o
bombole.
Si tratta
comunque anche in questo caso di una barriera sormontabile, considerato
che il miglioramento della qualità dei pannelli solari riduce la
necessità di manutenzione ordinaria al controllo del livello di antigelo
e dell’anodo di sacrificio dei serbatoi di accumulo vetrificati.
I
SISTEMI SOLARI TERMICI
Un
sistema solare termico è composto essenzialmente da 4 componenti:
- uno o
più collettori solari
- un
serbatoio di accumulo
- un
circuito idraulico
- un
sistema di controllo e regolazione
 Il
collettore, o pannello solare, è composto da una lastra di vetro
temperato destinata a raccogliere i raggi del sole e da un assorbitore formato da una
lastra di colore scuro contenente i tubi del circuito primario, entro i
quali scorre il liquido destinato ad essere riscaldato dal sole. In
genere vengono impiegati vetri poco riflettenti, in grado quindi di
assorbire più calore.
Il fluido
termovettore è solitamente acqua addizionata con un antigelo propilenico,
ma ci sono anche collettori che funzionano ad aria.
Il
sistema costituito da vetro e assorbitore è chiuso e tenuto insieme da
una scocca metallica in grado di dare robustezza e stabilità,
opportunamente coibentata da un isolante termico di spessore adeguato.
Il
serbatoio è sostanzialmente un boiler in cui viene accumulata l'acqua.
Al suo interno c'è uno scambiatore di calore nel quale circola il
liquido del circuito primario del pannello che riscalda l'acqua
contenuta nel serbatoio.
Nel
serbatoio trovano posto quindi due distinti circuiti idraulici: quello
primario che conduce il liquido riscaldato nel pannello e quello
dell'acqua calda, collegato all'impianto idraulico dell'edificio.
Il boiler
deve essere isolato, in modo da ridurre al massimo le dispersioni di
calore e mantenere la temperatura dell'acqua sui livelli di utilizzo
anche nelle ore serali. Solitamente il serbatoio è dotato di un sistema
di riscaldamento ausiliario (termico o elettrico) che permette di
produrre acqua calda anche nei giorni con insolazione scarsa o assente.
Il
circuito solare è un consueto circuito idraulico costituito da
tubazioni, una pompa di
circolazione (per i circuiti a circolazione forzata), valvole di
regolazione, vaso di espansione.
Tutto il
funzionamento dell'impianto, nei casi più sofisticati, è governato da un
sistema di controllo e regolazione elettronico che comanda il
funzionamento della pompa di circolazione in relazione ai segnali
inviati da sonde di temperatura installate nel serbatoio e nei pannelli.
IL FUNZIONAMENTO DEI PANNELLI SOLARI
Il
funzionamento di un collettore solare è estremamente semplice, basato
sul fenomeno del riscaldamento di un corpo sui cui incide la radiazione
solare e sfrutta il cosiddetto 'effetto serra' per amplificare questo
fenomeno.
L'irraggiamento solare incidente sul collettore attraversa il vetro di
copertura e raggiungel'assorbitore e viene accumulato sotto forma di
calore dal liquido solare contenuto nei tubi.
Parte
dell'energia che raggiunge l'assorbitore viene a sua volta emessa
nuovamente versol'alto sotto forma di radiazioni infrarosse di lunghezza
d'onda superiore a quella dell'energia solare. A questo tipo di
radiazioni il vetro è quasi completamente opaco e quindi l'energia
termica rimane 'intrappolata' all'interno del pannello solare. Opportuni
accorgimenti, quali la sigillatura del vetro con guarnizioni e la
coibentazione adeguata del fondo del pannello, permettono di limitare al
minimo le dispersioni termiche verso l'ambiente esterno e quindi di
sfruttare con il massimo rendimento il calore prodotto dalle radiazioni
solari.
Il fluido
termovettore contenuto nell'assorbitore viene messo in movimento dalla
pompa di circolazione (negli impianti a circolazione forzata) oppure si
muove naturalmente verso l'alto
per via
della diminuzione della sua densità e raggiunge il serbatoio di accumulo
laddove, tramite uno scambiatore di calore a serpentina, cede il suo
calore all'acqua del circuito idraulico.
L'energia
solare giunge al pannello solare sotto forma di radiazione incidente
diretta e sotto forma di radiazione diffusa. Questa è, nelle ore diurne,
sempre disponibile, anche in giornate con cielo nuvoloso. Per questo
motivo i pannelli solari sono in grado di produrre acqua calda, sia pure
in minor misura, anche in giornate di cielo coperto.
Ovviamente in questi casi l'acqua calda prodotta può non essere
sufficiente a soddisfare il fabbisogno dell'utenza. E' necessario quindi
ricorrere a soluzioni integrative della radiazione
solare.
Il caso
più semplice è quello dell'installazione, all'interno del serbatoio di
accumulo, di una resistenza elettrica di adeguata potenza (in genere 1 o
2 kW sono sufficienti). Solitamente i sistemi solari compatti presenti
sul mercato sono già dotati di tale resistenza integrativa.
Se
nell'edificio in cui si va ad installare un sistema solare esiste già
una caldaia istantanea a gas a controllo elettronico per la produzione
dell'acqua calda sanitaria, è opportuno collegare il sistema solare
all'impianto termico esistente.
Una
elettrovalvola consente di inviare l'acqua calda direttamente all'utenza
quando la temperatura è sufficiente, altrimenti la invia alla caldaia
che provvederà al suo completo riscaldamento.
TIPOLOGIE DI PANNELLI
I
pannelli solari possono essere raggruppati in quattro tipologie
principali:
·
collettori vetrati,
·
collettori sottovuoto
·
collettori scoperti
·
collettori ad aria.
PANNELLI
SOLARI VETRATI
I
pannelli solari vetrati sono i classici collettori composti dal vetro e
dall'assorbitore; insieme al serbatoio di accumulo dell'acqua
costituiscono un sistema solare completo.
Questi
collettori sfruttano l'effetto selettivo del vetro all'infrarosso,
essendo questo trasparente alla luce del sole ma opaco ai raggi
infrarossi che vengono trattenuti all'interno e riscaldano il fluido che
circola nell' assorbitore. L'isolamento della scocca che contiene il
tutto evita la dispersione dell'energia termica raccolta.
I
pannelli vetrati, pur nella grande varietà di proposte sul mercato,
possono essere distinti essenzialmente in tre categorie:
- a
superficie selettiva:
in cui la superficie dell'assorbitore di calore viene sottoposta ad uno
specifico
trattatamento con un prodotto selettivo all'infrarosso, che trattiene il
calore del sole e riduce la riflessione, potenziando le analoghe azioni
del vetro soprastante. Hanno un ottimo
rendimento anche durante la stagione invernale e il loro impiego è
consigliato quando si prevede di utilizzarli tutto l'anno. Questa
tecnologia permette di ottenere dai pannelli un maggior rendimento ma,
ovviamente, il loro costo è più elevato.
- non
selettivi : in cui la superficie
dell'assorbitore di calore non subisce nessun trattamento
specifico, ma viene semplicemente verniciata in nero, per meglio
trattenere i raggi solari. Il loro rendimento è inferiore rispetto a
quelli selettivi ed il loro impiego è particolarmente
indicato
per le seconde case, utilizzate nei mesi estivi, e per le zone con
abbondante
insolazione. Ovviamente il costo è inferiore rispetto ai pannelli a
superficie selettiva.
- con
serbatoio integrato:
in questo tipo di collettori l'assorbitore di calore ed il serbatoio di
accumulo
coincidono e l'energia solare scalda direttamente l'acqua accumulata.
Sono molto
comodi,
compatti, economici e, essendo formati da un unico blocco, di facile
trasportabilità ed
installazione. Il loro rendimento è inferiore ai casi precedenti ed è
sconsigliato nelle zone
dall'inverno lungo e rigido.
PANNELLI SOLARI SOTTOVUOTO
Si tratta
di pannelli ad alta efficienza, dalla tecnologia sofisticata e quindi
costosi ma in grado di fornire elevate prestazioni.
 Questi
collettori sono molto simili nei prinicipi di funzionamento ai pannelli
vetrati a superficie selettiva e in più sono sottovuoto; sono costituiti
da batterie di tubi sottovuoto, al cui interno cioè la pressione è
ridottissima, perché in fase di assemblaggio l'aria viene aspirata e
l'involucro è a tenuta. In ciascun tubo vetrato sottovuoto è presente un
assorbitore e un tubo
in cui
scorre il fluido vettore.
L'assenza
di aria riduce drasticamente le dispersioni di calore verso l'esterno,
aumentando
notevolmente l'efficienza del sistema.
Per le
loro caratteristiche i pannelli solari sottovuoto sono idonei
all'impiego in zone ad insolazione medio-bassa e con condizioni
climatiche rigide, laddove sono in grado di assicurare comunque un
ottimo rendimento in tutto l'arco dell'anno.
PANNELLI SOLARI SCOPERTI
I
pannelli solari scoperti sono privi di vetro; l'acqua da riscaldare
passa direttamente all'interno dei tubi dell'assorbitore.
Hanno un costo
 notevolmente più basso dei pannelli vetrati e l'installazione è molto
semplice, al punto da poter essere fatta senza ricorrere a personale
specializzato. Ovviamente hanno un rendimento limitato e per poter
funzionare richiedono temperature esterne non inferiori a 20°C. Per
questo
 motivo sono adatti per gli utilizzi nella stagione estiva
(stabilimenti balneari, alberghi stagionali, campeggi, seconde case,
ecc.)
 Il
materiali usati per costruire i pannelli scoperti sono in genere PVC,
neoprene o polipropilene.
I
pannelli scoperti in PVC o neoprene sopportano una pressione massima di
1 atm e sono adatti per il riscaldamento di piscine; quelli in
polipropilene fino a 6 atmosfere e quindi sono idonei a tutti gli altri
usi sopra elencati.
 PANNELLI
SOLARI AD ARIA CALDA
Sono collettori del tutto simili ai normali
pannelli vetrati ma in questo caso il fluido vettore èaria anziché
acqua, aria che può circolare fra vetro e assorbitore oppure fra
assorbitore e fondo del pannello.
In genere
l'assorbitore è alettato in modo da rendere lento e tortuoso il percorso
del flusso d'aria. Questo perché l'aria scambia calore con più
difficoltà dell'acqua e bisogna quindi assicurare una sua maggiore
permanenza all'interno del pannello per far si che assorba maggiormente
il calore solare.
Una
tipologia particolare di pannelli solari ad aria sono i pannelli di
rivestimento, applicabili come normale rivestimento delle pareti di
tamponamento in edifici industriali, commerciali e residenziali. Non
sono vetrati ma hanno una superficie esterna metallica che funge da
assorbitore e riscalda l'aria che passa all'interno. Questa, circolando
all'interno dell'intercapedine che si forma tra pannello e parete, può
poi essere immessa all'interno degli ambienti tramite un apposito
sistema di aspirazione, contribuendo al riscaldamento e al ricambio
d'aria degli ambienti serviti.
TIPOLOGIE DI IMPIANTI
Gli impianti solari termici possono essere distinti in due tipologie:
 I
sistemi a circolazione forzata sono quelli in cui il liquido del
circuito primario è spinto da una pompa. La pompa di circolazione viene
messa in moto da una centralina elettronica che confronta le temperature
dei collettori e dell'acqua nel serbatoio di accumulo rilevata da
apposite sonde. Quando la temperature dei pannelli scende al disotto di
quella dell'acqua nel boiler la pompa si arresta, per evitare il
raffreddamento dell'acqua accumulata. In questo tipo di impianti
solitamente il serbatoio è disposto all'interno dell'edificio, avendo
quindi minori dispersioni termiche ed una migliore accessibilità per la
manutenzione. Per migliorare ulteriormente l'efficienza viene disposto
in verticale, con connessione all'impianto dell'acqua calda sanitaria
disposto in alto; in questa maniera si ottiene una stratificazione
dell'acqua all'interno del boiler che ottimizza il funzionamento del
sistema. I sistemi a circolazione forzata sono più complessi, più
costosi e devono essere installati da personale specializzato e
sottoposti a maggiore manutenzione. Tuttavia sono più efficienti dei
sistemi a circolazione naturale.
E' opportuno fare ricorso a questo sistema soprattutto in caso di
impianti di dimensioni mediogrande, mentre risultano spesso sconvenienti
per installazioni in villette unifamiliari. La loro installazione
è una scelta obbligata in tutti quei casi in cui non è possibile
installare l'accumulo in prossimità dei pannelli.
 I
sistemi a circolazione naturale sono molto più semplici di quelli a
circolazione forzata.
Sono costituiti da un impianto con serbatoio di accumulo dell'acqua
posizionato più in alto del pannello ed a breve distanza dallo stesso.
In questo caso la circolazione del fluido termovettore nel circuito
primario sfrutta il principio secondo cui un liquido riscaldato diventa
più leggero e tende a salire verso l'alto. Il movimento del liquido
avviene quindi in maniera naturale, finchè questo viene riscaldato dal
sole.
Sul mercato negli ultimi anni sono stati introdotti sistemi 'monoblocco'
molto semplici, ovvero dei kit preassemblati con serbatoio installato
dietro i pannelli. Questi sistemi sono estremamente semplici, leggeri,
economici, richiedono scarsa manutenzione ed hanno un buon grado di
efficienza. Il loro impiego ideale è per uso famigliare o in genere per
le piccole utenze.
RISCALDAMENTO ACQUA CALDA SANITARIA
L'impiego più comune dei pannelli solari nell'edilizia residenziale è il
riscaldamento dell'acqua calda sanitaria.
Gli impianti per la sola acqua calda sanitaria seguono gli schemi che
abbiamo già illustrato, a circolazione naturale o forzata.
Come detto l'impianto deve avere una fonte integrativa per riscaldare
l'acqua nelle ore serali o in inverno nei periodi di scarsa insolazione.
Una soluzione ottimale è l'integrazione del sistema solare con una
tradizionale caldaia murale a gas. Con una valvola deviatrice a tre vie
si può in estate sfruttare solo l'impianto solare mentre in inverno si
fa passare l'acqua proveniente dai pannelli solari nella caldaia.
Questa funzionerà solo quando l'insolazione non è sufficiente e in
questi casi lavorerà comunque meno dato che il circuito solare effettua
un preriscaldamento dell'acqua stessa. Anche nelle giornate coperte
infatti, la radiazione diffusa permette un riscaldamento, sia pur
minimo, dell'acqua nei collettori; l'acqua che giunge alla caldaia ha
quindi una temperatura superiore a quella dell'acquedotto.
E' possibile utilizzare una valvola deviatrice a tre vie manuale, ma la
soluzione ottimale è data dall'impiego di una valvola motorizzata, in
grado di realizzare automaticamente il passaggio dal sistema solare alla
caldaia.
Nel caso di utenze medio-grandi, come nel caso di impianti per
condomini, la complessità del sistema solare aumenta e si presta a
diverse varianti.
Il
riscaldamento degli ambienti
Nell'edilizia residenziale i pannelli solari vengono utilizzati di
solito per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria ma possono essere
impiegati anche per il riscaldamento degli
 ambienti.
Nel caso di un impianto solare che debba fornire il riscaldamento degli
ambienti, si dovrà tener presente che si tratta di impianti
significativamente più impegnativi rispetto al caso precedente. Tali
impianti funzionano infatti in condizioni critiche, avendo la massima
richiesta di calore proprio nei periodi di minore incidenza della
radiazione solare. Saranno caratterizzati quindi da superfici captanti
notevoli e serbatoi di accumulo di elevata capacità. Anche in questo
caso ovviamente risulta necessaria una caldaia tradizionale che
garantisca il
riscaldamento in ogni condizione. Questo genere di impianti ha un costo
maggiore e quindi la loro convenienza va valutata con molta attenzione.La
condizione ideale riguarda l'alimentazione di impianti di riscaldamento
a pannelli radianti; questi impianti infatti lavorano a basse
temperature (circa 30 - 40 °C) e sono quindi perfettamente compatibili
con i sistemi solari. Non così per i tradizionali radiatori che
richiedono temperature dell'acqua ben più alte (intorno ai 70 - 80 °C).
In questo caso il contributo dei pannelli solari può essere solo
parziale e fungere da preriscaldamento, ma risulta essere solo raramente
conveniente.
Un
altro aspetto importante riguarda l'isolamento dell'edificio e quindi il
suo fabbisogno
termico;
case poco isolate con notevoli dispersioni hanno un fabbisogno che, di
norma, un impianto alimentato da collettori solare non è in grado di
 soddisfare. Per questi motivi l'uso dei pannelli solari per il
riscaldamento degli ambienti si presenta come una opportunità
conveniente quasi esclusivamente per nuovi edifici e raramente è
applicabile al costruito, se non al prezzo di pesanti ristrutturazioni.
In ogni caso possiamo dire, in termini orientativi, che si ha
convenienza nell'installare un impianto del genere se questo è in grado
di coprire almeno il 40% del fabbisogno totale nella stagione invernale,
cosa che si riesce ad ottenere proprio in quei casi visti prima
(riscaldamento a pavimento e alloggi ben isolati).
Un accorgimento importante che permette risparmi significativi ed una
maggiore efficienza dell'impianto riguarda i serbatoi di accumulo.
Quello del circuito dell'acqua sanitaria e quello per il riscaldamento
ambienti sono di norma separati. E' possibile però posizionare quello
del sanitario (decisamente più piccolo) all'interno dell'accumulo del
riscaldamento; in questa maniera si hanno meno dispersioni e si riesce a
sfruttare al meglio il calore. Impianti solari per entrambe le
applicazioni, sanitaria e riscaldamento, possono essere convenientemente
installati, oltre che nelle residenze, in edifici per il terziario. In
questi casi risultano essere molto convenienti anche per via dei ridotti
consumi e per la concentrazione di questi nelle ore soleggiate del giorno.
La
manutenzione dei sistemi solari termici
Negli impianti a circolazione forzata è necessario far eseguire
periodicamente da imprese qualificate, la manutenzione della pompa di
circolazione e della centralina elettronica.
Gli impianti a circolazione naturale, dato il
loro funzionamento estremamente semplice, hanno una manutenzione quasi
inesistente. Vanno unicamente fatti periodici controlli sul corretto
funzionamento dell'impianto, che può essere soggetto a perdite
accidentali; in questi casi occorre rabboccare il liquido con miscela
antigelo. Bisogna anche fare attenzione all'eventuale (sia pur rara)
formazione di bolle d'aria all'interno del circuito per evaporazione
del liquido in periodi di forte insolazione e non utilizzo
dell'impianto. Per la rimozione delle bolle è necessario far
intervenire un tecnico specializzato.
In tutti i casi, qualunque sia la tipologia di impianto adottata, quando
si verifica un guasto o un malfunzionamento, oppure in caso di
prolungata assenza degli utenti e quindi di inutilizzazione del sistema,
è consigliabile coprire i pannelli per proteggerli dai raggi solari.
Dopo lunghi periodi di inutilizzo è opportuno ispezionare i pannelli,
controllandone il funzionamento. Altri accorgimenti semplici da seguire
per garantire lunga durata e buon rendimento del sistema, riguardano la
pulizia della superficie vetrata da fare almeno una volta l'anno e la
sostituzione completa del liquido antigelo al massimo dopo 5 anni. In
caso di accidentale rottura della lastra di vetro, il pannello va
immediatamente protetto dagli agenti atmosferici con un telo
trasparente, in attesa di sostituire il vetro rotto.
Il dimensionamento degli impianti
La superficie captante dei collettori solari da installare in un dato
edificio dipende da diversi
fattori ed in particolare:
-
dal
numero di persone che utilizzano l'impianto;
-
dal
periodo dell'anno in cui s'intende sfruttare l'impianto stesso;
-
dalla località in cui verrà installato l'impianto.
Se l'impianto deve funzionare unicamente per il riscaldamento dell'acqua
calda sanitaria, il fattore chiave è il numero di utenti e quindi il
prevedibile consumo giornaliero di acqua calda. In termini generali
possiamo dire che in edifici residenziali il consumo di acqua calda è
pari a non meno di 30-50 litri/giorno a persona; da questo valore è
possibile desumere la quantità totale di acqua calda che si prevede
verrà giornalmente consumata dall'utenza (famiglia, albergo o altro).
In
fase di dimensionamento è opportuno, in impianti a funzionamento
annuale, tener conto di un fabbisogno in eccesso in modo da preservarsi
in caso di prolungata assenza di sole. L'acqua calda che un pannello
solare è in grado di produrre è funzione della zona geografica e quindi
della radiazione solare giornaliera, del posizionamento del collettore,
dell'efficienza dell'impianto, ecc.
Orientativamente si può tener conto del seguente schema sintetico di
dimensionamento:
Superficie captante per persona:
Nord Italia 1,00 - 1,20 m²
Centro Italia 0,70 - 0,80 m²
Sud Italia 0.55 - 0.65 m²
I serbatoi vanno dimensionati in genere per contenere almeno 50-80 litri
per mq. di collettori installati.
Nel caso di utilizzo annuale, l'accumulo deve essere in grado di coprire
almeno due o meglio tre giorni di autonomia in caso di assenza
prolungata di sole. Bisognerà quindi destinare tra i 70 e i 120 litri a
persona. Bisogna infatti considerare che da 100 l di acqua a 60 °C o più
(facilmente ottenibili anche in inverno nelle giornate di sole pieno) è
possibile ottenere, tramite miscelazione, circa 200 l d'acqua a 35-38
°C, che è la temperatura normale di impiego dell'acqua calda sanitaria.
Nel caso di impianti progettati per contribuire al riscaldamento di
un'abitazione, per poter
correttamente dimensionare la superficie necessaria di pannelli e la
corretta capacità del
serbatoio, bisogna riferirsi ai seguenti parametri:
·
le dimensioni della casa (e specificatamente il volume da riscaldare);
·
il suo isolamento termico;
·
il tipo di corpi riscaldanti presenti
(come già detto è consigliabile il riscaldamento con pannelli
radianti a pavimento, che funzionano a basse temperature, situazione in
cui i collettori solari
hanno una miglior resa).
Installazione dei pannelli solari termici
Qualsiasi edificio che disponga di uno spazio aperto soleggiato può
essere dotato di un sistema solare.
Quanto più facile è l'accesso a tali luoghi minore è il costo
dell'installazione e quelli
successivi per manutenzione ed eventuali riparazioni.
In genere tetti piani e giardini sono da preferire, perché sono
facilmente accessibili e
consentono l'ottimale posizionamento ed orientamento dei collettori;
anche un tetto inclinato
va bene ma richiede uno studio più dettagliato per il posizionamento dei
pannelli.
Si dovrà cercare di posizionare nel modo migliore il pannello solare,
nella zona dell'edificio che gode della migliore insolazione in tutto
l'anno (o nella stagione estiva per impianti stagionali) facendo
attenzione che non vi siano ombre che raggiungano il pannello e lo
coprano dall'irraggiamento dei raggi solari, o, laddove le condizioni
specifiche non lo consentano, facendo in modo che questo avvenga solo
per periodi temporali limitatissimi.
L'esigenza della migliore esposizione e quindi del maggiore rendimento
dell'impianto va
mediata con quello dell'accessibilità ai pannelli e della semplicità o
meno nel loro ancoraggio,
cercando la soluzione che globalmente sia più conveniente.
Come già detto, l'installazione su un tetto a terrazzo è la soluzione
più conveniente perché offre la certezza di poter orientare il pannello
verso Sud (salvo problemi di ombreggiamento dovuti al caso specifico), è
di esecuzione semplice ed economica, permette di scegliere il sistema
più adatto con la massima flessibilità progettuale ed in particolare,
per le piccole utenze, consente di installare i sistemi compatti a
circolazione naturale che sono molto
economici e richiedono scarsissima manutenzione.
Una soluzione da considerare, nei casi in cui è praticabile, è
l'installazione dei collettori in un giardino non ombreggiato; in questi
casi l'installazione del sistema solare è la più semplice ed economica
possibile.
Nelle case con tetto a falde inclinate occorre verificare l'orientamento
del tetto, per permettere l'orientamento a sud dei collettori e
l'inclinazione della falda. In molti casi può essere difficile
posizionare correttamente i pannelli e si dovranno fare diverse
valutazioni in merito ad un aumento della superficie captante o ad una
loro installazione più gravosa con sistemi di ancoraggio che ne
consentano l'orientamento ottimale.
Una soluzione in grado di dare ottimi risultati tecnici ed estetici è
quella in cui i pannelli vengono posizionati sulle falde, mentre il
serbatoio viene installato nel sottotetto (quindi non visibile, soggetto
a minori dispersioni termiche e facilmente accessibile per la
manutenzione) ad una quota superiore rispetto a quella del pannello, in
modo da poter sfruttare la circolazione naturale.
Quando questo non è possibile e va installato all'esterno è bene
collocarlo vicino al colmo, peravere un fissaggio più sicuro e prevenire
accumuli di neve o acqua piovana.
Infine bisogna tener conto che in edifici vincolati o in zone di
interesse paesaggistico alcuni provvedimenti normativi vietano il
posizionamento esterno a vista di boiler e serbatoi.
Per quanto riguarda l'orientamento, i pannelli solari devono essere
rivolti preferibilmente verso Sud, con una tolleranza di deviazione
verso Est o verso Ovest di 30° massimo. Entro questo raggio di
tolleranza infatti il loro rendimento diminuisce trascurabilmente.
L'inclinazione ottimale dei collettori è di circa 35-40° rispetto al
piano orizzontale; per l'esattezza l'inclinazione perfetta per un
impianto a funzionamento annuale è pari alla latitudine della località.
Se l'impiego è prevalentemente estivo tale inclinazione deve essere
diminuita fino anche ai 25°; se invece l'impianto è progettato per dare
un contribuito al riscaldamento invernale, va aumentata fino circa ai 60
° in modo da raccogliere maggiormente le radiazioni in questa stagione
in cui il sole è più basso.
Convenienza economica dei pannelli solari termici
Il ricorso all'energia solare per la produzione di acqua calda sanitaria
o per supportare il
 riscaldamento
ambientale di abitazioni ed uffici ha come principale giustificazione
considerazioni di tipo energetico ad ambientale; per il tipo di
applicazioni infatti, calore a basse temperature, l'impiego dell'energia
solare è la soluzione più razionale e comporta delle notevoli
ottimizzazioni. Le considerazioni energetiche e tecniche ovviamente non
basterebbero da sole se non fossero supportate da considerevoli
opportunità di risparmio economico. E' ormai acquisito infatti che le
tecnologie del solare termico sono mature commercialmente e impianti ben
progettati sono in grado di far risparmiare cifre non trascurabili a chi
li utilizza sulla bolletta energetica.
In ragione di questi risparmi, un impianto solare ripaga in pochi anni
il costo per la sua installazione e, una volta ripagato, continua a far
risparmiare per tutta la sua durata, che non è mai inferiore ai 20 anni
e può ragionevolmente arrivare anche oltre i 40 anni.
Boiler elettrici e caldaie a gas o a metano comportano invece dei costi
annuali per il consumo di energia elettrica o del combustibile che
l'utente dovrà sempre sostenere.
La quantificazione precisa del risparmio che si riesce ad ottenere
dipende da diversi fattori:
-
·
utilizzo dell'impianto (n° di persone servite, consumo effettivo, ecc.)
-
·
localizzazione del sito e radiazione media ricevuta dai collettori;
-
·
costo dell'energia utilizzata prima dell'installazione dei pannelli
solari.
Per dare un ordine di grandezza in merito ai risparmi conseguibili,
facciamo un esempio riferendoci ad un caso 'tipico', ovvero un nucleo
famigliare composto da 4 persone.
In questa ipotesi è possibile stimare un consumo medio giornaliero di
acqua calda di circa 200/250 litri, che comporta un consumo di circa
3000 kWh in un anno.
Il costo da affrontare per un tale consumo sarà superiore al milione nel
caso di nucleo familiare che utilizzi uno scaldabagno elettrico e di
circa 500€ -600€ nel caso di impiego di caldaia a gas. Mediamente un
sistema solare in Italia può coprire il fabbisogno per una quota pari a
circa il 70%, ma può raggiungere punte superiori all'80% nelle regioni
meridionali, così come in regioni settentrionali con frequenti
precipitazioni e giornate di nebbia può essere sensibilmente inferiore.
Approssimativamente possiamo dire che il risparmio di una famiglia media
è valutabile tra le 400 e 500 euro.
Va infine
ricordato che nel caso di
case per
vacanza
al mare l'impianto solare può rivelarsi ancora più conveniente. In
questi casi abbiamo infatti:
·
costo dell'impianto, dimensionato solo per uso estivo, inferiore;
·
rendimenti maggiori per la migliore insolazione;
·
tariffe elettriche più care e quindi grandi risparmi se si usava uno
scaldabagno elettrico prima dell'installazione.
A rendere ancora più conveniente economicamente l'installazione di
collettori solari concorrono una serie di incentivi di tipo fiscale
offerti dallo Stato ed in particolare:
·
IVA ridotta al 10%;
·
detrazione IRPEF pari al 55% del costo dell'intervento (Finanziaria 2007
fino al 31/12/07
La convenienza è ancora più evidente nei casi in cui è possibile far il
ricorso a programmi di
finanziamento ed agevolazione fiscale concessi dalle Regioni in aggiunta
agli incentivi previsti a
livello nazionale.
ANALISI ENERGETICA: CALCOLO DELL'ENERGIA PRO
CAPITE NECESSARIA
In media, in Italia si consumano circa 50 litri al giorno di
acqua calda sanitaria pro capite, alla temperatura di 45°C.
Ipotizzando una temperatura dell'acqua proveniente
dall'acquedotto pari a 15 °C si può calcolare il quantitativo
pro capite Q, di energia termica necessaria:
Q = G x Cs
x (Tu - Ta
) = 50 [litri]
x [1 kcal/l °C
] x 30
°C = 1500 kcal
Avendo indicato con:
G, massa d'acqua da scaldare (litri)
cs, calore specifico dell'acqua (kcal/l)
Tu, temperatura di utilizzo, pari a 45°C
Ta, temperatura acqua dell'acquedotto, pari a 15°C
Esempio di detrazione fiscale
Detrazione fiscale per installazione di pannelli
solari in costruzioni esistenti
Si possono detrarre sia le spese di installazione
sia le spese tecniche.
DETRAZIONE DEL 55%
Spese di installazione
|
Materiali
|
1800,00
|
|
Manodopera.
|
500,00
|
|
Imponibile
|
2300,00
|
|
I.V.A.
|
230,00
|
|
Totale fattura
|
2530,00
|
Spese del tecnico
|
A)
|
Onorario
|
|
€ 350,00
|
|
B)
|
CASSA NAZIONALE
|
2% su A
|
€ 7,00
|
|
C)
|
Imponibile
|
(A+B)
|
€ 357,00
|
|
D)
|
I.V.A.
|
(20% su C)
|
€ 71,40
|
|
E)
|
Totale fattura
|
(C+D)
|
€ 428,40
|
Importo complessivo 2530,00 + 489,60= 3019,60
0,55X3019,60=1660,78
3019.60-1660,78= 1358,82
|
Ammortamento
Ipotizziamo che una famiglia di 4
persone spenda 600 euro circa all’anno.
Il pannello solare produce il 70%
dell’acqua calda necessaria ossia ci fa risparmiare
600x0,7= 420,00 euro/anno
La somma di 1358,82 sarà
ammortizzata in anni: 1358,82/420=3,23 poco pìù di 3 anni
|
DETRAZIONE DEL 36%
Nel caso si scelga la detrazione del 36% avremo
Importo complessivo 2530,00
Somma da portare in detrazione 2530x0,36X=910,80
Somma effettiva costo impianto 2530-910,80=
1619,2
In questo secondo caso la somma effettiva del
costo dell’impianto è maggiore (1619,20>1358,82) e senza avere il
certificato energetico della casa.
|
traduce
in un alto coefficiente di potenza e in velocità di
rotazione molto alte (alcuni rotori hanno eliche con
velocità periferiche vicine a quelle del suono). In
conseguenza dell'alta velocità di rotazione tipica di queste
macchine è possibile accoppiare dei generatori di
elettricità, direttamente o con ingranaggi molto modesti,
evitando che la gran parte della potenza estratta sia
dissipata in trasmissioni complicate caratterizzate da
elevati rapporti di trasmissione. L'elica richiede però una
tecnologia più raffinata, maggior cura nella progettazione e
costruzione poiché le forze agenti su ogni parte sono
elevate e aumentano considerevolmente all'aumentare della
forza del vento. Il generatore ad elica, nel suo complesso,
è una macchina che può essere estremamente pericolosa:
piccoli errori o leggerezze nella sua costruzione possono
creare condizioni tali da distruggere in modo esplosivo
tutto il complesso, torre compresa.
