Solare termico

La tecnologia per l'utilizzo termico dell'energia solare ha raggiunto maturità ed affidabilità tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo domestico e produttivo.

La radiazione solare , nonostante la sua scarsa densità (che raggiunge 1kW/m² solo nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il rendimento dei pannelli solari è aumentato notevolmente negli ultimi anni, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente competitive.

L'applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo dell'efficienza che varia con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore tra 30 % e 80%.
Le tecnologie per utilizzare l'energia solare per produrre calore sono di tre tipi: a bassa, media ed alta temperatura.

Secondo dati EurObserv’ER e ESTIF relativi alla fine del 2005 nell’Unione Europea il parco del solare termico si aggira intorno ai 17 milioni di m², corrispondenti ad una potenza termica di circa 12000 MWt, con una produzione annua in continua crescita, che supera attualmente i 2 milioni di m².

In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua è in fase di forte crescita: secondo le stime più ottimistiche i pannelli solari termici rivestono oltre 520000 m² del territorio nazionale con una produzione annuale che nel 2005 è aumentata del 24% rispetto all’anno precedente toccando il valore di 72000 m².
Un’ulteriore espansione del mercato è attesa per la fine del 2006, per il quale si stima si possano raggiungere i 90000 m² di superficie.
Di questo parco di installazioni l'utilizzo maggiore è destinato all'utenza domestica, ad impianti di prevalente utilizzo estivo ed alle piscine.

Fonte: ISES ITALIA

Le applicazioni più comuni sono relative ad impianti per acqua calda sanitaria, riscaldamento degli ambienti e piscine; sono in aumento casi di utilizzo nell' industria, nell'agricoltura e per la refrigerazione solare.

I collettori solari ad aria calda si differenziano da quelli ad acqua per il fatto che in essi il fluido termovettore è costituito da aria. I campi d'applicazione per tali impianti sono tipicamente quelli di riscaldamento dell'aria per la climatizzazione ambientale e, in campo industriale, per i processi d'essiccazione di prodotti alimentari.

Nel campo della climatizzazione ambientale il vantaggio di utilizzare i collettori ad aria consiste nel fatto che l'aria in essi riscaldata può essere inviata direttamente all'ambiente senza scambiatori di calore intermedi. Ciò permette un notevole aumento di efficienza del sistema, basti pensare che, di solito, con un sistema ad acqua, per riscaldare un ambiente a 20÷22 °C, occorre portare l'acqua almeno a 60÷70 °C.

Il principio di funzionamento dei collettori ad aria è pressoché lo stesso di quelli ad acqua, ma i parametri di dimensionamento variano sostanzialmente, in quanto l'aria scambia calore con maggiore difficoltà dell'acqua in virtù della sua minore capacità termica.
Occorre perciò assicurare all'aria un tempo di permanenza più lungo all'interno del collettore; per questo motivo il percorso di solito è tortuoso, per rallentare il flusso dell'aria e per promuovere turbolenze del flusso che rendano lo scambio termico più efficace. Per il resto, il collettore ad aria, come quello ad acqua, è generalmente costituito da una piastra captante, una o più coperture trasparenti e l'isolamento termico.

I collettori solari per piscina possono coprire una buona percentuale delle necessità termiche delle piscine. Sono inoltre i più semplici da installare della categoria. La combinazione di un sistema di riscaldamento solare e l'utilizzo di una copertura notturna può accrescere sensibilmente la lunghezza della stagione balneare con un incremento dei costi gestionali molto contenuto.

Fonte: ISES ITALIA

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. A 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.

Fonte: ISES ITALIA

Nel caso dei collettori solari il costo al metro quadro è, in realtà poco indicativo, poiché il vero costo deve essere correlato alla quantità di acqua calda prodotta in un anno.

Una famiglia di 4 persone che consuma 50÷60 litri di acqua calda a persona ogni giorno, per un totale di 80÷100 mila litri annui spende circa 930 € per riscaldare l'acqua con energia elettrica e 290€ se la scalda con caldaia a metano. Se l'impianto solare integra la caldaia per un 60÷70% il risparmio annuo oscilla tra 550 e 650 euro ed in 5 anni si ammortizza una spesa di 2750÷3250 €. Le agevolazioni statali consentono, inoltre, di detrarre dalle tasse parte delle spese di acquisto e di installazione.

Importante sottolineare come a partire dal 2002, sia stato promulgato un nuovo sistema di incentivazione di mercato : i Certificati Verdi, ovvero titoli attribuiti alla produzione di energia da Fonti Energetiche rinnovabili (modificato poi dal DL n° 387 del 2003, che ha introdotto una differenziazione nell’assegnazione delle quote a seconda della tipologia della fonte rinnovabile), cui possono accedere anche gli impianti di produzione di calore da fonte solare.

Fonte: ISES ITALIA

Un primo indicatore di confronto tra le diverse tecnologie a disposizione può essere ritenuta la quantità di anidride carbonica mediamente immessa nell'ambiente per produrre, nelle stesse condizioni, acqua calda sanitaria.

La figura seguente riepiloga le emissioni di anidride carbonica generate da uno scaldabagno elettrico, da una caldaia a metano, da una caldaia con solare termico e da uno scaldabagno elettrico congiunto al solare termico. La riduzione delle emissioni di CO2 ottenuta con il sistema ibrido è notevole soprattutto rispetto al primo scenario: si passa da 1,100 kg di CO2 emessi a 0,22 kg di CO2 integrando lo scaldabagno elettrico col sistema solare, con una riduzione percentuale dell'80%. Tra il caso di impiego della caldaia a metano e quello di integrazione di questa con i collettori si verifica una riduzione, in valore assoluto, di 0,21 kg di CO2 procapite, mentre lo scaldabagno elettrico, se impiegato con il solare, porta ad una riduzione di 0,961 kg di CO2.

Aspetti generali

Il componente alla base delle tecnologie e dei sistemi solari termici a concentrazione è un "collettore concentratore" , vale a dire un dispositivo in grado di raccogliere e convogliare la radiazione solare verso un ricevitore. Il ricevitore può essere di tipo termico, ma anche fotovoltaico o termofotovoltaico.