Solare Termico
IL SOLE E LA SUA OFFERTA DI ENERGIA
Il sole è costituito da una grande massa incandescente con volume 1.300.000 volte superiore a quello della terra e con temperature che possono raggiungere i 16.000.000°C. La superficie di tale massa emette, in modo pressoché costante, radiazioni elettromagnetiche la cui potenza è pari a circa 400.000 miliardi di miliardi di kW.
Valori della radiazione solare
Prima di entrare nell’atmosfera terrestre, la radiazione solare ha una potenza (valutata rispetto ad una superficie ad essa perpendicolare) di circa 1.350 W/m2. Sulla terra, invece, la sua potenza è sensiblmente inferiore in quanto l’atmosfera agisce da filtro nei confronti dei raggi solari. I normali valori sono circa 1.000 W/m2 con cielo sereno, 100÷150 W/m2 con cielo coperto.
Insolazione annua
È la quantità di energia solare che, nel corso di un intero anno, può essere captata da una superficie unitaria rivolta a Sud. Il suo valore dipende dalle caratteristiche climatiche del luogo e dalla sua posizione: latitudine, longitudine, altezza sul livello del mare. Conoscere questa grandezza serve a quantificare l’energia termica ottenibile (in un certo luogo) con un impianto solare e quindi a valutare se risulta conveniente o meno la sua realizzazione. Una delle fonti più autorevoli in merito è senz’altro l’Atlante Europeo delle Radiazioni Solari i cui dati, relativi a rilievi condotti su base decennale, sono raccolti in mappe e tabelle.
L’Atlante Europeo delle Radiazioni Solari riporta i valori dell’insolazione annua non solo in relazione alle principali località europee, ma anche in base all’orientamento e all’inclinazione della superficie unitaria rispetto al piano orizzontale. Nella tabella sono riportate indicazioni relative all’insolazione annua nei Paesi europei riferite ad una superficie unitaria rivolta a Sud e inclinata di un angolo pari alla latitudine del luogo. Come d’altra parte è facile prevedere, i valori relativi al nostro Paese (specie se confrontati con la maggior parte degli altri Paesi europei) evidenziano situazioni molto favorevoli all’uso del solare.
Sistemi di utilizzo dell'energia solare
Per lo sfruttamento dell’energia solare si utilizzano sistemi normalmente definiti passivi o attivi. I sistemi passivi sono quelli che si avvalgono di mezzi e accorgimenti strettamente integrati negli edifici e che per il loro funzionamento non richiedono fonti di energia esterne. Ad esempio, sono quelli che prevedono l’uso di serre, lucernari, frangisole, superfici riflettenti, oppure strutture ad elevata inerzia termica, quali i muri di Trombe, i muri a cambiamento di fase e le pareti ad acqua. I sistemi attivi sono, invece, quelli che si avvalgono di veri e propri impianti tecnici di supporto, con mezzi per captare, convertire, trasportare e utilizzare l’energia solare. Sono, in pratica i sistemi a pannelli fotovoltaici e termici. I pannelli fotovoltaici traformano direttamente l’energia solare in energia elettrica. I pannelli (o collettori) termici trasformano, invece, l’energia solare in calore, che può essere sfruttato, ad esempio, per attivare turbine di speciali centrali elettriche, oppure per eseguire trattamenti industriali e agricoli, oppure ancora per produrre acqua calda sanitaria e riscaldare ambienti.
LUOGO E MODALITÀ DI INSTALLAZIONE DEI PANNELLI SOLARI
I pannelli solari devono essere installati su superfici in grado di garantire una buona insolazione, un ancoraggio sicuro e un’adeguata manutenzione. Per ottenere una buona insolazione sono tre gli aspetti da considerare:
- la formazione di possibili zone d’ombra
- l’angolo di orientamento dei pannelli
- l'angolo di inclinazione rispetto al piano orizzontale.
Zone d'ombra
L’ambiente circostante può indurre ombre sui pannelli, riducendo in tal modo la loro resa. Pertanto, prima di decidere dove installare i pannelli, bisogna verificare se ci sono ostacoli in grado di impedire o limitare l’irraggiamento diretto: ostacoli, ad esempio, costituiti da edifici, muri, alture o anche da vegetazione d’alto fusto. In ogni caso, l’ombra indotta da tali ostacoli deve essere molto limitata o di breve durata, per non penalizzare troppo la resa dei pannelli. L’esistenza o meno di ombre provocate da ostacoli e la loro durata nel tempo può essere determinata con l’aiuto di diagrammi solari, in grado di dare la posizione del sole relativamente ad ogni giorno dell’anno e ad ogni ora. Il diagramma solare riportato nella pagina a lato è riferito ad una latitudine di 44° Nord, più o meno la latitudine di Milano. Oltre alle ombre indotte dall’ambiente circostante, vanno considerate anche quelle che i pannelli possono proiettare su se stessi quando sono disposti a schiera. Alle latitudini del nostro Paese, per evitare tali ombre possono essere adottate, tra schiera e schiera, le distanze minime deducibili dalla tabella sotto riportata.
Angolo di orientamento
Nel nostro emisfero l’orientamento ideale dei collettori è quello rivolto a Sud. Tuttavia anche orientamenti diversi non sono particolarmente penalizzanti. Ad esempio con variazioni d’orientamento di ±30° rispetto a Sud, l’energia solare annua ricevuta diminuisce solo del 2,5%, mentre con variazioni di ±45° diminuisce del 3÷4%.
Angolo di inclinazione
Se i pannelli sono posti su un tetto inclinato, in genere conviene mantenere la stessa inclinazione del tetto. Se, invece, i pannelli sono posti su superfici piane, alle nostre latitudini conviene assumere i seguenti angoli di inclinazione:
- α = 20÷40° per impianti a funzionamento estivo
- α = 50÷65° per impianti a funzionamento invernale
- α = 40÷60° per impianti a funzionamento annuo
ESEMPIO DI IMPIANTO
Fonte: rivista Idraulica - Caleffi