L’energia solare termica converte l’energia rigenerativa della radiazione solare in calore utilizzabile. Si tratta di una risorsa temporaneamente molto disponibile che è ugualmente adatta per fornire acqua calda e per supportare i sistemi di riscaldamento esistenti. Soprattutto, il continuo sviluppo della tecnologia delle celle solari rende l’energia solare termica sempre più efficiente e aumenta la redditività degli impianti solari termici.
L’energia solare termica converte l’energia rigenerativa della radiazione solare in calore utilizzabile ( Hermann / Adobe Stock )
- Come funziona l’energia solare termica: il principio dei collettori solari termici
- L’energia solare termica e i suoi campi di applicazione
- Questi argomenti parlano a favore dell’energia solare termica
- I vantaggi dell’energia solare termica in sintesi
- Collettori solari per la produzione di calore
- Collettori piani per l’energia solare termica
- Collettori a tubi sottovuoto per l’energia solare termica
- Supporto al riscaldamento e preparazione dell’acqua calda con il solare termico
- Da cosa dipende la dimensione dell’impianto solare termico
- Raffreddamento con energia solare termica
- Requisiti del sito per il solare termico
- Requisiti strutturali per un impianto solare termico
- Energia solare termica — ammortamento e convenienza economica
- Consigli di lettura sul tema dell’energia solare termica
Contenuto
- Come funziona l’energia solare termica: il principio dei collettori solari termici
- L’energia solare termica e i suoi campi di applicazione
- Questi argomenti parlano a favore dell’energia solare termica
- I vantaggi dell’energia solare termica in sintesi
- Collettori solari per la produzione di calore
- Collettori piani per l’energia solare termica
- Collettori a tubi sottovuoto per l’energia solare termica
- Supporto al riscaldamento e preparazione dell’acqua calda con il solare termico
- Da cosa dipende la dimensione dell’impianto solare termico
- Raffreddamento con energia solare termica
- Requisiti del sito per il solare termico
- Requisiti strutturali per un impianto solare termico
- Energia solare termica — ammortamento e convenienza economica
- Consigli di lettura sul tema dell’energia solare termica
Come funziona l’energia solare termica: il principio dei collettori solari termici
Il fulcro di ogni impianto solare termico è il collettore solare, noto anche come modulo solare o collettore solare. L’energia solare termica prevede sempre collettori solari termici. Questo collettore assorbe il calore della radiazione solare incidente con l’aiuto di un assorbitore integrato. Trasferisce questo calore a un mezzo di trasferimento del calore, il fluido solare, che scorre attraverso il collettore. Si tratta preferibilmente di una miscela di acqua e antigelo per evitare che il fluido solare congeli a temperature inferiori allo zero.
Il fluido solare in un sistema solare termico scorre sempre all’interno di un circuito chiuso. Non appena raggiunge lo scambiatore di calore installato nel bollitore tampone, il fluido solare emette il calore che trasporta e in questo modo riscalda l’acqua contenuta nel bollitore. Questo principio funzionale di base viene utilizzato per il riscaldamento dell’acqua e per il backup del riscaldamento centrale.
Tuttavia, un collettore solare non utilizza solo la luce visibile, ma l’intera energia radiante del sole, che è composta dai seguenti singoli componenti:
- Luce visibile (48%)
- radiazione termica sotto forma di raggi infrarossi (38%)
- Luce ultravioletta (7 %)
- Tipi di radiazioni come i raggi UV a onde corte, i raggi X e le onde radio (7 %).
Questo spiega perché un impianto solare termico produce calore anche quando il cielo è coperto, anche se in misura minore.
L’energia solare termica e i suoi campi di applicazione
Lo scopo dell’energia solare termica è quello di generare calore dall’energia solare disponibile. Questo calore viene utilizzato per riscaldare l’acqua sanitaria, necessaria per fare la doccia o per far funzionare lavastoviglie o lavatrici. Se la posizione è correttamente dimensionata, l’energia solare termica copre fino al 65% del consumo annuale di acqua calda.
L’energia solare termica copre fino al 65% del consumo annuale di acqua calda.
Quando supporta il sistema di riscaldamento, l’impianto solare termico riscalda anche l’acqua di riscaldamento. In questo modo si riduce il consumo di combustibili fossili sfruttando l’energia solare. In media, i costi di riscaldamento si riducono del 20%.
L’energia solare termica può ridurre i costi di riscaldamento del 20%.
In alternativa, per quanto possa sembrare paradossale, l’energia solare termica viene utilizzata per il raffreddamento. La combinazione di preparazione dell’acqua calda, riscaldamento e raffreddamento è particolarmente efficiente. In questo caso, infatti, il calore solare prodotto viene sfruttato appieno.
Questi argomenti parlano a favore dell’energia solare termica
Ci sono diversi buoni motivi per installare un impianto solare termico. Uno di questi è la tutela attiva dell’ambiente. Infatti, un impianto solare termico ha un effetto estremamente positivo sul bilancio di C02. Soprattutto in combinazione con il solare termico e le caldaie a condensazione o con sistemi di riscaldamento innovativi come le pompe di calore. Allo stesso tempo, si riduce l’uso di energia primaria come i combustibili fossili.
I vantaggi dell’energia solare termica in sintesi
- L’energia solare termica riduce le emissioni di CO2
- Basso fabbisogno di spazio — 1,5 metri quadrati di collettore solare per persona coprono tre quinti del fabbisogno idrico annuale
- Riduzione dell’uso di combustibili fossili
- Maggiore indipendenza dall’energia primaria
- L’uso aggiuntivo per il raffreddamento consente di sfruttare in modo ottimale l’energia solare: raffreddamento in estate, riscaldamento in inverno
- Autosufficienza da altre fonti energetiche
Collettori solari per la produzione di calore
Come già detto, il collettore solare è l’elemento principale di un impianto solare termico. Esistono diversi tipi di moduli solari tra cui scegliere. Rispetto ai moduli solari per il fotovoltaico, i collettori solari per la generazione di calore raggiungono un’efficienza molto elevata, dal 60 al 75%.
Per l’energia solare termica sono disponibili questi tipi di collettori:
- Collettore piano
- Collettore a tubo sottovuoto
- Collettori piani sottovuoto
- Assorbitori solari
- Collettori ibridi
Il tipo di collettore utilizzato nel sistema solare termico dipende dall’utilizzo del calore prodotto. Ad esempio, i collettori a tubi sottovuoto sono ideali per sostenere il sistema di riscaldamento, mentre i più economici collettori piani sono ideali per il solo riscaldamento dell’acqua. Se l’energia solare termica viene utilizzata solo per riscaldare la piscina, la soluzione è rappresentata dai semplici assorbitori solari. I collettori ibridi sono ideali per la produzione combinata di acqua calda ed energia solare.
Collettori piani per l’energia solare termica
I collettori piani sono i collettori più comunemente utilizzati negli impianti solari termici. Sono tecnicamente semplici e poco costosi. Le temperature raggiunte rendono questi collettori ideali per il riscaldamento dell’acqua.
Il metallo annerito, come l’alluminio o la lamiera di rame, funge da assorbitore, protetto da una copertura di vetro contro i danni causati dalle intemperie. I tubi riempiti con il fluido solare termoconduttore sono installati sotto l’assorbitore. Per isolare le superfici laterali e la parete posteriore si utilizzano lana minerale, poliuretano espanso o vetro espanso.
Un vantaggio dei collettori piani è che possono essere non solo montati in superficie, ma anche integrati nel tetto.
Collettori a tubi sottovuoto per l’energia solare termica
I collettori a tubi sottovuoto producono temperature più elevate grazie al loro particolare design. Ciò è dovuto principalmente all’isolamento più complesso e alla superficie dell’assorbitore, che si trova in tubi di vetro senza aria. Entrambe le misure riducono la perdita di calore causata da influenze esterne. Per ottimizzare il rendimento della radiazione solare, i collettori a tubi sottovuoto sono circondati da riflettori metallici. Questi guidano la luce solare nei tubi e riscaldano l’assorbitore.
Anche se il fluido solare viene utilizzato per trasportare il calore nei collettori a tubi evacuati, ne esistono due tipi diversi:
- Collettori a tubi evacuati a flusso diretto: il fluido solare come mezzo di trasferimento del calore scorre in un tubo collettore.
- Collettore a tubi sottovuoto: il fluido solare contenuto nei tubi sottovuoto vaporizza quando viene riscaldato; questo vapore sale nei tubi e passa attraverso uno scambiatore di calore, dove trasferisce il calore a un fluido termovettore, si raffredda e torna alla fine del tubo.
Sebbene i collettori a tubi sottovuoto siano più costosi di quelli a piastra, sono caratterizzati da una maggiore efficienza nella produzione di calore e da temperature più elevate. Di conseguenza, a parità di rendimento, richiedono una superficie del tetto inferiore.
I collettori a tubi sottovuoto sono adatti solo per il montaggio in superficie e non per il montaggio sul tetto.
Supporto al riscaldamento e preparazione dell’acqua calda con il solare termico
L’energia solare termica è molto spesso utilizzata per riscaldare l’acqua. Sebbene questa sia la forma più semplice di impianto solare termico, il corretto dimensionamento è importante per ragioni di economia.
A tal fine, è necessario determinare il fabbisogno di acqua calda di una famiglia. Sebbene venga fornito un valore indicativo di 30 litri di acqua calda per persona al giorno, si consiglia di effettuare una registrazione dettagliata su un periodo di tempo più lungo utilizzando un contatore di acqua calda.
Se anche elettrodomestici come la lavatrice o la lavastoviglie devono essere utilizzati con l’acqua calda prodotta attraverso l’energia solare termica, devono essere inclusi come consumatori. In questo modo si riducono i costi dell’energia elettrica sostenuti per il riscaldamento dell’acqua in questi apparecchi.
Da cosa dipende la dimensione dell’impianto solare termico
Le dimensioni dell’impianto dipendono dai seguenti fattori
- Numero di persone
- Fattori di domanda aggiuntivi, come gli elettrodomestici alimentati ad acqua calda
- Sviluppo futuro della domanda
- Tipo di collettore
Se il fabbisogno giornaliero di acqua calda è di 40 litri, ad esempio, il sistema solare termico è progettato per una produzione di 80-100 litri per coprire i giorni di scarsa resa. La dimensione effettiva dell’area del collettore dipende dalla capacità dei collettori. In genere si ipotizzano 1,5 metri quadrati per persona.
Se si prevede un sistema solare termico combinato per l’acqua calda e il riscaldamento centralizzato, la superficie dei collettori richiesta raddoppia. Il risparmio effettivo sui costi di riscaldamento dipende dall’isolamento termico dell’edificio e dal sistema di riscaldamento stesso.
Raffreddamento con energia solare termica
Oltre a supportare il sistema di riscaldamento e la preparazione dell’acqua calda, l’energia solare termica è adatta anche per il raffreddamento degli edifici. In questo modo, il gestore dell’impianto sfrutta le eccedenze generate dal sistema solare termico, soprattutto in estate, che derivano dall’eliminazione del funzionamento del riscaldamento.
Vantaggi del raffrescamento con l’energia solare termica:
- Armonizzare l’offerta di energia solare e la domanda di raffrescamento
- Il sistema solare termico raggiunge un’efficienza ottimale
- Non sono necessari refrigeranti dannosi per il clima
- Si sfruttano le eccedenze prodotte e si risparmiano i costi per l’energia elettrica
- Protezione contro il surriscaldamento del sistema solare termico grazie a utenze continue in estate
Inoltre, il raffrescamento con l’energia solare termica è sovvenzionato con finanziamenti BAFA e prestiti a basso tasso di interesse della Banca KfW.
Requisiti del sito per il solare termico
I requisiti per l’ubicazione degli impianti solari termici sono meno severi di quelli per gli impianti fotovoltaici. Tuttavia, è necessario rispettare alcuni criteri per ottenere un rendimento ottimale.
Condizioni ottimali del sito per l’energia solare termica:
- Angolo di inclinazione di 30-50 gradi, ottimale per il riscaldamento dell’acqua.
- Angolo di inclinazione di 45-70 gradi per il supporto al riscaldamento.
- Evitare assolutamente l’ombreggiamento da parte di alberi, edifici o sovrastrutture.
- Considerare la situazione futura degli edifici nelle immediate vicinanze.
La deviazione massima dall’orientamento a sud verso est o ovest non dovrebbe superare il 30%. All’interno di questo intervallo, la perdita di rendimento è di circa il 5%.
Requisiti strutturali per un impianto solare termico
Prima di installare un impianto solare termico, è necessario chiarire i requisiti strutturali. Sebbene i carichi sul tetto siano generalmente calcolati come sufficientemente elevati, è opportuno verificare la capacità di carico, soprattutto nelle regioni innevate e ventose.
La superficie del tetto disponibile è altrettanto importante. Infatti, per l’installazione di un impianto solare termico è necessaria un’area continua. L’area totale destinata ai collettori deve essere adeguatamente portante e non influenzata da fattori di disturbo come l’ombreggiamento.
Energia solare termica — ammortamento e convenienza economica
Quando si ammortizza un impianto solare termico, si distingue tra ammortamento energetico e ammortamento finanziario.
L’ammortamento energetico avviene entro uno o due anni dalla messa in funzione e definisce il periodo di tempo in cui un impianto solare termico ha generato l’energia necessaria alla sua produzione. In media, l’ammortamento energetico è compreso tra due e cinque anni.
L’ammortamento dell’energia per il solare termico è compreso tra due e cinque anni.
Il periodo di ammortamento finanziario di un sistema solare termico per l’acqua calda sanitaria e il riscaldamento centrale è di 8 anni per i collettori piani e di 14 anni per i collettori a tubi evacuati. I prezzi di questi efficienti collettori e quindi il periodo di ammortamento sono in continua diminuzione.
Il periodo di ammortamento finanziario dell’energia solare termica è compreso tra 8 e 14 anni.
Consigli di lettura sul tema dell’energia solare termica
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