PANNELLO SOLARE

Un'abitazione con pannelli solari

Con il termine pannello solare si intendono sistemi differenti di trasformazione dell'energia solare:

• il pannello solare termico, che usa l'energia del Sole per riscaldare dell'acqua o altro fluido, generalmente per il riscaldamento dell'abitazione o per l'acqua calda.
• il pannello solare fotovoltaico, che usa celle solari per convertire l'energia del Sole (radiazione elettromagnetica) in elettricità grazie all'effetto fotovoltaico.
• il Solare termodinamico è una tecnologia per lo sfruttamento dell'energia solare (dal calore del Sole) per riscaldare un fluido e dove l'accumulo di quest'energia viene usata per la movimentazione di una turbina e generare energia elettrica.

Pannello solare termico

Schema di un pannello solare:
1)Valvola
2)Serbatoio di accumulo
3)Condotto di inserimento
4)Pannello di assorbimento
5)Condotto di inserimento dell'acqua fredda

Il pannello solare termico (detto anche collettore solare) è un dispositivo atto alla conversione della radiazione solare in energia termica e al suo trasferimento, per esempio, verso un accumulatore per un uso successivo; questa tecnologia, cioè l'insieme dei componenti che oltre al pannello solare costituiscono l'impianto, viene detta nel suo complesso solare termico. Non va confuso con il pannello solare fotovoltaico che serve per la produzione di corrente elettrica.

Tecnologia: Un sistema solare termico normalmente è composto da un pannello che riceve l'energia solare, da uno scambiatore dove circola il fluido utilizzato per trasferirla al serbatoio utilizzato per immagazzinare l'energia accumulata. Il sistema può avere due tipi di circolazione, naturale o forzata.

Circolazione naturale: Nel caso della circolazione naturale a termosifone, per far circolare il fluido vettore nel sistema solare, si sfrutta la convezione. Il liquido vettore riscaldandosi nel pannello solare si dilata e galleggia rispetto a quello più freddo presente nello scambiatore del serbatoio di accumulo spostandosi, quindi, nello scambiatore posto più alto rispetto al pannello solare cedendo il suo calore all'acqua sanitaria del secondario. Questa tipologia è più semplice ed economica di quella a circolazione forzata. Non esiste consumo elettrico dovuto alla pompa di circolazione e alla centralina solare differenziale presente nel sistema a circolazione forzata. Il fluido vettore usato nel circuito primario è glicole propilenico atossico (comunemente conosciuto come antigelo) miscelato con acqua in una percentuale tale da garantire una adeguata resistenza al gelo. Il serbatoio viene disposto ad un'altezza maggiore di quella dei pannelli solari a cui è collegato e per ragioni estetiche è del tipo orizzontale ad intercapedine. La disposizione più funzionale sarebbe verticale per favorire la stratificazione del calore accumulato ma sarebbe decisamente antiestetica. La circolazione naturale, rispetto a quella forzata, risulta essere più sensibile alle perdite di carico del circuito primario e vengono, quindi, realizzati sistemi kit compatti ove il serbatoio di accumulo è sito molto vicino al pannello solare. Il serbatoio di accumulo coibentato è posto all'esterno e si ha comunque una inevitabile dispersione termica del calore raccolto ed è poco adottato in regioni fredde e nevose quali quelle montane. Un impianto a circolazione naturale con serbatoio esterno è adatto in regioni con temperature notturne non rigide. Attualmente viene fatta molta attenzione all'impatto visivo di tali sistemi colorando i serbatoi di color tegola oppure disponendoli direttamente a terra.

Circolazione forzata: La circolazione del liquido avviene con l'aiuto di pompe solo quando nei pannelli il fluido vettore si trova ad una temperatura più elevata rispetto a quella dell'acqua contenuta nei serbatoi di accumulo. Per regolare la circolazione ci si avvale di sensori che confrontano la temperatura del fluido vettore nel collettore con quella nel serbatoio di accumulo (termocoppia). In tali impianti ci sono meno vincoli per l'ubicazione dei serbatoi di accumulo. La maggiore velocità del fluido vettore permette un maggiore scambio termico e quindi il rendimento del pannello è leggermente superiore, anche perché si possono utilizzare proficuamente tecnologie e materiali il cui costo non sarebbe giustificato in un impianto a circolazione naturale per i motivi sopra descritti. Normalmente, il circuito idraulico collegato al pannello è chiuso e separato da quello dell'acqua che riscalda, posizionando una serpentina nel serbatoio come scambiatore di calore. Le serpentine possono anche essere due nel caso si voglia anche preriscaldare il fluido dell'impianto di riscaldamento tramite l'acqua del serbatoio. Si può anche integrare una resistenza elettrica per riscaldare l'acqua in caso di insufficiente o assente (nelle ore notturne) irradiazione solare.

Pannello solare

Utilizzi: I pannelli solari possono essere utilizzati per fornire acqua calda e riscaldamento o per generare energia elettrica.

• Nel primo caso il serbatoio provvede a immagazzinare l'acqua domestica che viene messa a contatto con il fluido tramite una serpentina. La serpentina consente al fluido di trasferire all'acqua l'energia immagazzinata senza contaminare l'acqua.
• Questa acqua può essere utilizzata come acqua calda nelle abitazioni o può essere utilizzata per riscaldare gli ambienti. I pannelli solari sono in grado di fornire acqua calda e riscaldamento in buone quantità ma non possono sostituire completamente gli usuali metodi di riscaldamento per via dell'incostanza dell'energia solare.

• Il secondo utilizzo prevede che lo scambiatore di calore sia riscaldato fino ad essere portato in ebollizione. Una volta che il liquido sia passato in fase gassosa lo si invia in una turbina termoelettrica che convertirà il movimento del gas in energia elettrica. Questo tipo di centrale elettrica richiede ampi spazi per l'installazione dei pannelli solari e una presenza di sole costante. Esempi di queste centrali sono state installate nei deserti e una centrale di questo tipo è stata progettata ed è in attesa di avvio della realizzazione in Sicilia (vedi progetto Archimede). Questi esperimenti non hanno avuto molto successo per via degli alti costi di realizzazione e di mantenimento rapportati alla bassa potenza elettrica generata.

Considerazioni economiche: In Italia un impianto in base all'ubicazione e all'utilizzo, si ammortizza nel giro di 3-8 anni e poiché la durata minima di questi impianti è di 15-20 anni ne consegue che è un buon investimento a medio termine, escludendo eventuali sgravi fiscali o altre forme di agevolazione che rendano l'ammortamento più rapido.

Considerazioni ecologiche: L'utilizzo dei pannelli solari ha come diretta conseguenza il risparmio di idrocarburi e di energia elettrica che per l'80% in Italia deriva dagli idrocarburi.

I benefici sono molteplici:

• mancata emissione di CO₂
• minore necessità di infrastrutture per il trasporto dell'energia da grandi distanze
• mancata emissione di ossidi di zolfo, di azoto, e di pm10
• indirettamente la diminuzione dei disastri ambientali
• mancata immissione nell'ambiente di calore

Integrazione nell'impianto idraulico

Un edificio ricoperto di pannelli solari termici

Curiosità: Il comune di Selva di ValGardena vanta la più elevata diffusione di pannelli solari termici in Italia. Nel territorio del comune sono installati 2000 m² di pannelli con una media di quasi 800 m² per mille abitanti.

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