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Componente
Gli elementi di un impianto solare termico:
A. Collettori solari
B. Circuito solare
C. Accumulatore di calore / scalda acqua solare
D. Pompa di circolazione del circuito solare
E. Riscaldamento ausiliario
F. Punto di prelievo dell’acqua calda
L'assorbitore, l'elemento centrale di un impianto a collettori solari, è una lastra metallica scura, trattata con rivestimenti speciali, sotto la quale passano dei tubi. L'assorbitore trasforma l'irraggiamento solare in calore. Un vetro di copertura e un isolamento termico sul retro evitano una dispersione di questo calore. Nell'assorbitore circola dell'acqua che trasporta il calore all'accumulatore. Per mezzo di uno scambiatore di calore, il calore del sole viene ceduto all'accumulatore e in questo modo utilizzato per riscaldare l'acqua a uso domestico e sanitario o per il riscaldamento centrale. Nei periodi con poco sole, il comfort è garantito automaticamente da un riscaldamento ausiliario. Per evitare problemi in caso di temperature esterne rigide, il circuito chiuso dei collettori solari contiene anche del liquido antigelo.
Siccome la disponibilità di energia solare e il fabbisogno di calore coincidono solo raramente, il calore del sole deve essere immagazzinato. In impianti solari per l'acqua calda, invece dello scalda-acqua convenzionale (boiler), ne viene installato uno solare, di volume maggiore, unitamente ai componenti ausiliari necessari. Ad esempio per un impianto in una casa unifamiliare, l'accumulatore ha un volume di ca. 300 - 500 litri. Negli impianti solari per il supporto al riscaldamento, l'accumulatore di calore ha un volume maggiore. In questi casi, spesso lo scalda-acqua è integrato nell'accumulatore di acqua calda per il riscaldamento.
La regolazione di un impianto solare è semplice. L'apparecchio di regolazione confronta la temperatura nell'accumulatore con quella nei collettori. Se quest'ultima è più elevata, la pompa di circolazione si mette in funzione e il calore giunge in casa. Quando la temperatura nei collettori diventa inferiore a quella nel punto più basso (la zona più fredda) dell'accumulatore, la pompa si spegne. Questo principio garantisce molte ore di funzionamento dell'impianto a collettori. La protezione dell'accumulatore contro temperature troppo elevate è garantita da funzioni di sicurezza speciali. Se il calore del sole è inferiore al fabbisogno, il sistema di regolazione commuta automaticamente sul riscaldamento ausiliario.
Tipi di collettori
Scelta dei collettori: Oltre all'orientamento dell'edificio, risp. della superficie del tetto, determinanti per valutare se un oggetto è idoneo all'uso dell'energia solare termica sono i seguenti due fattori:
- Come viene usato il calore - profilo dell'utente?
- Che temperature sono richieste?
Fondamentalmente vale quanto segue: Quanto più il profilo del fabbisogno di calore coincide temporalmente con la disponibilità di calore solare e quanto più basse sono le temperature richieste, tanto più l'oggetto è idoneo per lo sfruttamento del solare termico. La scelta corretta del tipo di collettori influenza fortemente l'economicità.
- Ideali per riscaldare l'acqua tra 30 °C fino a 60 °C.
- Adatti sia per il riscaldamento dell'acqua che in qualità di riscaldamento ausiliario.
- I collettori piani vetrati sono molto diffusi negli edifici adibiti ad abitazione, industria e servizi.
- Possono essere integrati sia nei tetti inclinati che nelle facciate, oppure installati su tetti piatti o al suolo.
- La loro durata di vita è di oltre 25 anni.
- Apporto energetico annuale medio per m2 di collettore in funzione del tipo di installazione e della posizione (kWh/anno):
Tipo di impianto Altipiano Alpi Impianto solare compatto per il riscaldamento dell'acqua 330 kWh a 540 kWh 440 kWh a 720 kWh Preriscaldamento dell'acqua in un abitazione plurifamigliare 420 kWh a 590 kWh 550 kWh a 740 kWh Riscaldamento dell'acqua e riscaldamento ausiliario 250 kWh a 310 kWh 380 kWh a 530 kWh
- Assorbitore metallico (con rivestimento selettivo) o assorbitore plastico.
- Ideale per riscaldare l'acqua tra 10 °C e 40 °C al di sopra della temperatura esterna.
- Indicato per il riscaldamento di piscine e il preriscaldamento dell'acqua.
- L'utilizzo di collettori non vetrati è limitato a temperature relativamente basse. A causa della mancanza del vetro e dell'isolazione termica, in caso di utilizzo a temperature più elevate si osservano importanti perdite termiche e una diminuzione del rendimento
- Un nuovo campo di applicazione sta nella rigenerazione di sonde geotermiche
- Il montaggio avviene su tetti piatti o inclinati. Una protezione contro il vento aumenta l'efficacia.
- La durata di vita si aggira attorno ai 30 anni.
- Impianti solari con assorbitori non vetrati forniscono annualmente tra 250 kWh/m2 e 700 kWh/m2.
- Ideale per il riscaldamento dell'acqua fino a 100°C.
- Adatto sia per processi termici che per il riscaldamento dell'acqua e il riscaldamento ausiliario.
- L'assorbitore è sistemato sottovuoto in un tubo di vetro. Il vuoto costituisce un potente isolante termico, ad alte temperature le perdite termiche sono ridotte.
- I collettori a tubi sottovuoto forniscono i rendimenti annuale più elevati.Sono ideali se i collettori non sono orientati in modo ottimale (p. es. facciate), in quanto gli assorbitori possono essere orientati in direzione del sole all'interno dei tubi stessi.
- Prestare attenzione alla resistenza del vetro nelle zone esposte alla grandine.
- Durata di vita: 20 anni.
- Gli impianti di riscaldamento dell'acqua e di riscaldamento ausiliario equipaggiati con tubi sottovuoto forniscono un rendimento da 1,2 a 1,4 volte più elevato rispetto ai collettori piani.
Particolarità
Resa in funzione dell'angolo di inclinazione e dell'orientamento rispetto al sud
A seconda della deviazione rispetto all'inclinazione ottimale di 30° e all'orientamento ottimale verso sud, la resa risulta inferiore. Tuttavia, anche con orientamenti e inclinazioni non ottimale la resa è spesso buona. L'immagine a sinistra conferma che anche collettori posati in modo orizzontale sul tetto o verticale sulle pareti possono fornire una resa interessante. Le percentuali sono riferite all'optimum del 100%.
L'esposizione ottimale dipende dal tipo di utilizzo. Gli impianti solari termici per l'acqua calda sanitaria devono sfruttare al meglio il sole estivo alto sull'orizzone e forniscono perciò una buona resa anche in caso di collettori poco inclinati.
Gli impianti solari termici per il supporto al riscaldamento devono sfruttare il sole nelle stagioni intermedie con il sole basso. I collettori sono quindi più inclinati e se posati in facciata forniscono una buona resa.