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Energie alternative
Energia solare i fondamenti : ( solare termico)
L'energia solare è la fonte rinnovabile di energia più abbondante. All' interno del Sole, a temperature di alcuni milioni di gradi centigradi, avvengono incessantemente reazioni termonucleari di fusione, che sprigionano enormi quantità di energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. L' Energia irradiata si propaga nello spazio, e dopo aver attraversato l'atmosfera arriva al suolo con un'intensità mediamente pari -in funzione dell'inclinazione del sole sull'orizzonte- a circa 1.000W/mq (irraggiamento al suolo, in condizioni di giornata serena e sole a mezzogiorno). Questo enorme flusso di energia che arriva sulla terra è pari a circa 15.000 volte l'attuale consumo energetico mondiale. Di questa energia solo una parte può essere trasformata in energia utile. L'utilizzazione dell'energia solare è ridotta dalla sua limitata concentrazione e dalle variazioni diurne e stagionali.
I metodi di sfruttamento possibili allo stato attuale della tecnologia sono: la conversione in calore con eventuale ulteriore trasformazione in energia cinetica, elettrica o chimica; la conversione diretta in energia elettrica; la conversione diretta in energia chimica. La conversione dell'energia solare in calore può avvenire mediante il sistema a pannelli piani (calore a bassa temperatura) o mediante sistemi a concentrazione (calore a media-alta temperatura).
Alte temperature (oltre 500C°) si ottengono concentrando con eliostati i raggi solari su caldaia. Gli eliostati sono specchi che, a mezzo di un sofisticato sistema, inseguono automaticamente il sole nel suo moto apparente intorno alla terra. Questo sistema complesso, viene oggi impiegato esclusivamente nelle centrale eliotermoelettriche.
Medie temperature(100 - 300C°) si possono ottenere facendo ricorso ad un sistema più semplice che utilizza specchi di cilindrico parabolico che ruotano intorno ad un solo asse. Tali temperature permettono il funzionamento di motori solari con un soddisfacente rendimento; vengono impiegati per azionare compressori, pompe per il sollevamento dell'acqua e simili.
ll calore a bassa temperatura (inferiore a 100C°), comprende sistemi che sfruttano pannelli solari per riscaldare un liquido o l'aria, con lo scopo di utilizzare il calore del sole per produrre acqua calda o per riscaldare gli edifici. Questa acqua calda accumulata in appositi serbatoi, può essere impiegata per tutti gli usi sanitari di una casa domestica, per le esigenze alberghiere, per riscaldare piscine, per i campeggi e per usi industriali. L'efficienza della conversione in calore della radiazione solare è limitata da alcuni fattori quali: la riflessione della radiazione solare sulla superficie del collettore; le perdite di calore per conversione e conduzione dal collettore; l'irraggiamento di calore dal collettore. I collettori piani sono costituiti essenzialmente da: una superficie assorbente; un coperchio trasparente; un isolamento termico sul retro; elementi per il trasferimento del fluido. Operano in un campo di temperatura tra i 40 e i 100 ºC e hanno un'efficienza di conversione di circa il 70%. Vi sono vari tipi di sistemi concentratori (lineari, parabolici, sferici) e possono avere fattori di concentrazione da 2 a 1.000. Un impianto solare termico consente di prolungare la stagione balneare senza nuocere all'ambiente. E' utilizzabile con tutte le sostanze chimiche per piscine disponibili sul mercato.
Come funziona?
La tecnologia del solare termico consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione solare in energia termica.
Essa sfrutta i principi basilari della termodinamica, ed in particolar modo la trasmissione del calore da un corpo "caldo" ad uno "freddo":
il corpo caldo è il sole che irraggia energia nello spazio circostante
il corpo freddo è il fluido che scorre all'interno del pannello
si ha quindi un sistema che funziona senza l'uso di alcun combustibile.
La radiazione solare incidente viene utilizzata per riscaldare un fluido (acqua, aria o soluzioni di vario calore specifico) che può circolare in scambiatori di calore o direttamente in tubazioni e corpi radianti posti nei locali da riscaldare o per far evaporare le sostanze volatili che vengono utilizzate nei cicli di refrigerazione.
Per le applicazioni su piccola scala (quelle residenziali), per economicità e semplicità di gestione, l'energia solare viene raccolta direttamente su pannelli fissi, opportunamente orientati. In queste applicazioni, si tende ad usare l'acqua come fluido termovettore.
Il rendimento dei pannelli solari è aumentato di un buon 30% nell'ultimo decennio, 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. In un giorno, un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45- 60 °C una quantità di acqua fra i 40 ed i 300 litri, a seconda dell'efficienza che può variare - tra il 30 % e 80% - a seconda delle condizioni climatiche e della tipologia di collettore.
Gli impianti possono essere classificati in base alla temperatura di esercizio del fluido termovettore: sistemi a bassa temperatura (BT), a media temperatura (MT) ed alta temperatura (AT). In base a questa classificazione, si ottengono tipologie di impianti che funzionano in maniera molto diversa tra loro.
Le tecnologie a bassa temperatura comprendono i sistemi che usano un collettore solare (pannello solare) per riscaldare un liquido o l'aria. Lo scopo è quello di captare e trasferire energia solare per produrre acqua calda o riscaldare gli edifici. Con la denominazione "bassa temperatura", ci si riferisce a fluidi scaldati al di sotto dei 100 °C (raramente si può arrivare a 120 °C).
Gli impianti solari termici a bassa temperatura sono impiegati per:
- la produzione di acqua calda sanitaria per abitazioni, strutture ricettive e sportive, uffici
- l'integrazione degli impianti di riscaldamento degli ambienti
- il riscaldamento di piscine scoperte e coperte
Tipi di pannelli in commercio?
I pannelli solari si dividono in due grandi gruppi: quelli vetrati e quelli scoperti.
Pannelli solari scoperti sono particolarmente adatti per gli utilizzi nella stagione estiva: riscaldamento di piscine scoperte, acqua calda per le docce negli stabilimenti balneari, nei campeggi, negli alberghi stagionali ecc. La caratteristica tecnologica che differenzia i pannelli vetrati da quelli scoperti è che in questi ultimi, privi di vetro, l'acqua passa direttamente all'interno dei tubi del pannello, dove viene riscaldata dai raggi solari ed è pronta per essere usata.
Il limite di questi pannelli è che funzionano con una temperatura ambiente di almeno 20° C, e che la temperatura massima dell'acqua non supera i 40°C. Proprio per questo motivo il loro impiego è ideale per le utenze stagionali. Il
materiale usato per costruire i pannelli scoperti è normalmente il polipropilene, che consente di realizzare pannelli capaci di sopportare una pressione dell'acqua fino a 6 atmosfere (ma ve ne sono anche in neoprene ed in PVC). Il loro costo è notevolmente più basso dei pannelli vetrati
Pannelli solari vetrati sono quelli classici composti dal pannello vero e proprio e da un serbatoio di accumulo dell'acqua: insieme costituiscono un sistema solare completo. L'assorbitore di calore inserito nel pannello è isolato dalla temperatura dell'aria esterna, tramite un vetro temperato, lo strato di isolante e la scocca posteriore. In questo modo si sfrutta al meglio l'effetto selettivo del vetro all'infrarosso che permette di raggiungere la massima temperatura e la maggiore efficienza.
Il vetro è trasparente alla luce del sole, ma è opaco ai raggi infrarossi. I raggi del sole raggiungono la parte interna del pannello, ed il calore viene trattenuto all'interno. In virtù di tali caratteristiche, questi pannelli sono in condizioni di produrre acqua calda in tutti i mesi dell'anno. Per tali ragioni sono più costosi di quelli scoperti, ma sono i più diffusi nel settore domestico tradizionale.
Ci sono tre diversi tipi di collettori vetrati:
- Pannelli a superficie selettiva: per migliorare il rendimento del pannello, l'assorbitore di calore, di colore nero, viene trattato con un prodotto selettivo all'infrarosso, che trattiene il calore del sole e riduce la riflessione aumentando le analoghe azioni del vetro soprastante. Questo trattamento comporta un costo più elevato dell'impianto.
- Pannelli non selettivi: la superficie dell'assorbitore non viene trattata, ma è comunque verniciata di nero per poter trattenere i raggi solari. Rendono circa 10% in meno dei pannelli a superficie selettiva ma anche il costo è inferiore. Questi pannelli sono particolarmente indicati per le seconde case, utilizzate nei mesi estivi, e/o per le zone con abbondante insolazione.
- Pannelli con serbatoio integrato: l'assorbitore di calore ed il serbatoio di accumulo si trovano nello stesso blocco dove l'energia solare scalda direttamente l'acqua accumulata. Visto che l'acqua calda tende a salire e quella fredda a scendere, si crea all'interno del serbatoio un moto convettivo che distribuisce il calore a tutta la massa d'acqua. Questi blocchi sono facili da trasportare e da installare con un costo relativamente basso. Non sono idonei per l'utilizzo in località dove l'inverno è lungo e rigido in quanto il rendimento invernale risulta scarso e perché l'acqua all'interno del serbatoio potrebbe congelare.
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