.Solare Termico

solare termico

.Focus sulla tecnologia del solare termico

 

Cos’è il solare termico?

Il solare termico è una tecnologia usata ormai da decenni per la produzione dell’acqua calda sanitaria e per uso riscaldamento, per essiccazione, sterilizzazione, dissalazione e cottura cibi. Applicazioni di questo tipo sono testimoniate fin dal 1700. Inizialmente trovarono ampio spazio le tecnologie ad alta temperatura per la produzione di vapore (concentratori parabolici), che non si affermarono, nonostante continue riduzioni dei costi, a causa delle espansioni successive dei combustibili fossili (carbone prima, petrolio poi). Nei paesi industrializzati l’energia solare termica viene sfruttata in tre campi principali: collettori piani e sottovuoto per la produzione di acqua calda per usi sanitari, riscaldamento e preriscaldamento acqua di processo; collettori piani ad aria; concentratori per la generazione elettrica e calore di processo. Concentratori per la fornitura o il preriscaldamento di calore di processo sono in commercio ma attualmente poco diffusi (IEA Solar heat for industrial processes), mentre gli impianti per la generazione elettrica sono ancora ad uno stato prototipale o pre-commerciale, e sono comunque più interessanti per latitudini inferiori alle nostre. Il solare termico a bassa temperatura consta di tre tecnologie di base: pannelli in materiale plastico, collettori piani vetrati, collettori sottovuoto.

 

Gli impianti

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. 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. Da un punto di vista costruttivo sono disponibili varie soluzioni che si distinguono per la selettività della piastra assorbente, per i materiali (rame, acciaio inox e alluminio anodizzato) e per l’essere idonee all’uso in impianti a circolazione forzata o naturale (meno costose, più affidabili, ma meno integrabili con le strutture architettoniche da un punto di vista estetico, perché il serbatoio di accumulo dev’essere posizionato più in alto del pannello e nelle immediate vicinanze). Le dimensioni, pur essendo presenti sul mercato soluzioni particolari, prevedono di solito un ingombro vicino al classico 100×200 cm2. I collettori sottovuoto presentano il rendimento migliore in tutte le stagioni (circa un 15-20% di aumento di produzione energetica), grazie al sostanziale annullamento delle perdite per convezione. Il costo maggiore rispetto alla soluzione piana, comunque, ne consiglia l’adozione solo in casi particolari (temperature dell’acqua più elevate e/o clima rigido). Sono nella maggior parte dei casi di forma tubolare, permettendo l’inclinazione ottimale della piastra captante, anche se disposti secondo superfici orizzontali o verticali. Dal punto di vista dell’integrazione architettonica esistono vari esempi di buone realizzazioni anche nel caso di tetti a falda. Ciò usualmente comporta il ricorso alla circolazione forzata e quindi ad una maggiore complessità di impianto. Va comunque detto che ormai la tecnologia è provata e affidabile, purché sia eseguita la manutenzione periodica prescritta dal costruttore.

Quando il Sole non è tutto uguale

Fotovoltaico, termodinamico e termico sono tre modi per produrre energia rinnovabile, i cui impianti in comune hanno solamente la fonte, il Sole. Il solare termico non utilizza sistemi a concentrazione, ma solo dei pannelli piani, che servono per produrre acqua calda, posizionati generalmente sui tetti delle case, con una temperatura intorno ai 70-80°C. Si tratta di una tecnologia usata ormai da decenni, che consta di tre tecnologie di base: pannelli in materiale plastico, collettori piani vetrati e collettori sottovuoto. Il solare fotovoltaico invece produce direttamente energia elettrica mediante pannelli piani con celle al silicio su cui cadono i raggi del sole. Questi impianti sono utilizzati per fornire energia sia ad utenze isolate sia ad una rete elettrica già alimentata da generatori convenzionali, con un rendimento globale di conversione del 10-12%. La cella fotovoltaica, componente base di questi sistemi, è un dispositivo costituito da una sottile fetta (0,3 mm) di materiale semiconduttore (wafer), in genere silicio, opportunamente trattata. L’energia si ottiene quando i fotoni della luce solare, colpendo una cella, ‘strappano’ gli elettroni più esterni degli atomi di silicio della cella che opportunamente ‘incanalati’ producono una corrente elettrica continua. Anche il solare termodinamico produce energia elettrica, trasformando però la radiazione solare in calore ad alta temperatura che può essere accumulato in serbatoi, superando in tal modo il problema della variabilità della fonte primaria. Con il sistema di accumulo l’impianto solare è in grado di produrre in modo costante e continuativo energia elettrica, anche in presenza di nubi e nelle ore notturne. Si tratta di un’innovazione messa in atto dall’Enea, cui guardano con crescente interesse molti Paesi, che permette a questi impianti di avere una disponibilità confrontabile con quella di impianti termoelettrici a combustibili commerciali e che aumenta la competitività rispetto agli impianti che sfruttano altre fonti rinnovabili di tipo discontinuo (fotovoltaico ed eolico).