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Impianti solari

PANNELLI SOLARI TERMICI

Una delle tecnologie di risparmio energetico ed economico più utilizzate, in Europa e nel mondo, è rappresentato dall'utilizzo dei pannelli solari per la produzione di acqua calda. Il principio di funzionamento è il medesimo di quello che si verifica in una serra: i raggi solari incidono una superficie vetrata e, mentre una piccola parte viene riflessa, la parte restante attraversa il vetro e viene assorbita da una piastra captante di colore nero all'interno della quale scorre il fluido che viene riscaldato. La piastra, scaldandosi anch'essa, riemette energia sotto forma di radiazione infrarossa, rispetto alla quale però il vetro si comporta come se fosse opaco, riflettendola e trattenendola così al suo interno (effetto serra).

Pannelli solari vetrati. I comuni pannelli solari vetrati commercializzati sono costituiti da:
superficie trasparente (di vetro o materiale polimerico);
piastra captante o assorbitore (di alluminio o rame) all'interno del quale è inserito un fascio di tubi in cui scorre il liquido del circuito primario (addizionato con un liquido antigelo) che viene riscaldato
- uno strato isolante (in genere lana di roccia o poliuretano)
- fondo (in lamiera zincata o vetroresina)
- una struttura portante (abitualmente realizzata in alluminio o acciaio) che assembla le parti e conferisce al pannello robustezza e stabilità
Il sistema comprende poi un serbatoio termicamente isolato destinato all'accumulo di acqua calda che al suo interno contiene uno scambiatore di calore ad intercapedine nel quale circola il liquido del circuito primario del pannello che, cedendo il calore ricevuto dal sole, riscalda l'acqua contenuta nel serbatoio. Quindi nel serbatoio si trovano due circuiti idraulici separati:

- Circuito primario: proprio del pannello, conduce il liquido (in genere una miscela di acqua e antigelo) riscaldato dal sole

- Circuito secondario: collegato all'impianto idraulico, permette l'utilizzo dell'acqua calda per i servizi ad ogni ora del giorno.
I rendimenti raggiungibili, in funzione delle temperature i giuoco e dell'utilizzo di componenti più o meno sofisticati, sono dell'ordine del 50-80%. Con pannelli piani senza concentrazione (nei quali la piastra captante è verniciata di nero) la temperatura massima raggiungibile si aggira intorno ai 70°C e sarà di poco superiore (fino a 80°C) con superfici di tipo selettivo (nei quali l'assorbitore è trattato in modo tale da captare anche la radiazione infrarossa).

Altre tipologie di pannelli.
Oltre ai pannelli solari vetrati esistono in commercio altre tipologie di pannelli deputati ad utilizzi diversi:
pannelli con tubi sottovuoto: sono formati dall'unione di diversi tubi in vetro sottovuoto, all'interno dei quali è contenuto un assorbitore di tipo selettivo. Permettono di arrivare fino a temperature di 100°C. Sono indicati per utilizzi di supporto al riscaldamento.
pannelli scoperti: sono costituiti da una serie di tubi di plastica neri, privi della superficie trasparente superiore, all'interno del quale scorre l'acqua che verrà direttamente utilizzata. Permettono di ottenere temperature non molto elevate e sono indicate per utilizzi stagionali ed il riscaldamento delle piscine.
pannelli ad aria: differiscono in quanto in questo caso il fluido vettore primario è l'aria. A causa delle diverse caratteristiche di questo fluido rispetto all'acqua, questi pannelli possono essere utilizzati per il riscaldamento di edifici o per l'essiccazione di prodotti alimentari.

L'impianto. L'impianto che si collega ai pannelli solari comprende tutti i diversi circuiti di alimentazione e i dispositivi di regolazione e controllo. La circolazione del fluido primario può avvenire in due modi:

- circolazione naturale: sfrutta le differenze di temperatura, e quindi di densità, del fluido nei diversi rami;

- circolazione forzata: attraverso l'ausilio di una pompa che entra in funzione quando riceve il segnale da una centralina elettrica che registra, tramite delle sonde, le temperature dell'acqua in punti opportuni dell'impianto.

Per poter disporre sempre di acqua calda, anche in caso di giorni di minore insolazione o ad aumenti della richiesta di acqua calda, è indispensabile ricorrere a soluzioni integrative. Ciò può essere realizzato in due modi. Se nella casa già esiste una caldaia istantanea a gas a controllo elettronico per la produzione dell'acqua calda sanitaria, è possibile collegare il sistema solare all'impianto termico esistente. L'acqua scaldata nel pannello passerà attraverso una elettrovalvola che, in base alla sua temperatura, la invierà direttamente all'utenza domestica. Nel caso in cui tale temperatura fosse inferiore ai 40°C, l'acqua preriscaldata sarà inviata alla caldaia che comunque fornirà ad essa un apporto energetico ridotto. Questa soluzione permette di risparmiare sulla bolletta del gas, di allungare la vita della caldaia e di disporre di acqua calda senza limiti di consumo, utilizzando al massimo le capacità del pannello solare. Se invece non è possibile collegarsi alla caldaia a gas, occorre inserire nel serbatoio una resistenza elettrica di almeno 1 kW con termostato tarato a circa 45°C.

Installazione. Il pannello deve essere rivolto a sud, con una tolleranza di ±10°, mentre la sua inclinazione deve tener conto della latitudine della località in cui è installato. In Italia questa angolazione è pari a circa 40-45° rispetto al piano orizzontale. Inclinazioni minori producono una resa più elevata nella stagione estiva mentre un'installazione più verticale agevola la produzione durante i mesi invernali.

Per l'installazione del pannello si ha bisogno di uno spazio aperto e soleggiato:

1) Tetto a falde inclinate: il pannello viene poggiato direttamente sul tetto e, qualora questo non sia orientato in maniera ottimale, si può correggere la posizione del pannello mediante delle staffe

2) Tetto terrazzato: in questo caso il pannello viene posizionato su delle staffe

3) Giardino: anche in questo caso il pannello viene montato su staffe
Durante l'installazione e il normale utilizzo bisogna seguire particolari accorgimenti:

- installare i pannelli in zone facilmente accessibili in modo da facilitare i controlli e le operazioni di manutenzione

- non ombreggiare i pannelli con piante o comignoli

- non mettere in vista il serbatoio di accumulo in case di interesse artistico

- non esporre il serbatoio alla neve e al gelo nelle case di alta montagna

- non lasciare senza copertura i pannelli se si rimane assenti da casa per alcuni mesi

- evitare che si formi condensa all'interno dei pannelli

- riparare immediatamente rotture del vetro del pannello

Utilizzi.
L'utilizzo cui questi impianti sono principalmente destinati sono gli usi domestici di singole famiglie. In genere si tratta, a seconda dell'entità del gruppo familiare e del tipo di clima, di impianti di 3-5 m2 di superficie captante (sistemata in terrazzo, sul tetto o in giardino) con un serbatoio di accumulo di 150-300 m3 che consentono di produrre acqua calda a temperature di 55-65 °C adatta all'utilizzo in cucina, in bagno o per il riscaldamento. Un sistema solare può coprire mediamente il 70% del fabbisogno familiare totale annuale di acqua calda. Nei paesi più avanzati sono stati realizzati anche impianti solari centralizzati, utilizzati, con sistemi di distribuzione e conteggio del calore, per il riscaldamento di appartamenti, alberghi ed impianti sportivi. Tra questi, di particolare interesse risulta essere l'utilizzo per il riscaldamento dell'acqua delle piscine, con investimenti finanziari che si ripagano anche in un anno e mezzo.

Costi, risparmi ed incentivi.
In media per un impianto monofamiliare il costo va da circa 2250 € a 3000 €, ammortizzabili in circa 3-4 anni, mentre la vita dello scaldacqua solare si può indicare in 15-20 anni, con costi di manutenzione annuali dell'ordine del 2% del costo iniziale dell'impianto, necessari per la manutenzione ed il controllo di spie e centraline. Bisogna altresì ricordare che uno scaldabagno tradizionale (elettrico o a metano) non si ripaga mai, perché il costo della bolletta c'è sempre, mentre l'energia solare, dopo aver recuperato i soldi spesi, non costa nulla. Per le seconde case al mare, con ottima insolazione e tariffa elettrica più cara, l'impianto solare è ancora più conveniente.
Il risparmio medio annuale per un impianto di 3 m2 di superficie captante per il consumo di una famiglia tipo di 4 persone abitante in una località dell'Italia centrale, rispetto ad uno scaldacqua elettrico o a metano risulta essere:

RISPARMI E RIDUZIONI

Risparmio in elettricità o gas Risparmio economico Riduzione emissioni
SCALDABAGNO ELETTRICO
2800 kWh/anno 430,00 €/anno 2.56 t di CO2/anno
SCALDABAGNO A GAS
350 m3/anno 230,00 €/anno 2.01 t di CO2/anno

 

Esistono inoltre degli incentivi fiscali:

- Sgravio del 36% dell'IRPEF per le ristrutturazioni edilizie: chi effettua nell'edificio e/o nella abitazione in cui abita o possiede, tra gli altri, interventi di risparmio energetico e utilizza le fonti rinnovabili di energia, può detrarre dall'Imposta sul Reddito delle Persone Fisiche (IRPEF) il 36 % del valore globale dell'investimento. Il tetto di spesa detraibile dall'IRPEF è pari 48.000 €.

- IVA ridotta al 10% per l'acquisto dei pannelli: per l'acquisto di pannelli solari termici e fotovoltaici (e dei materiali edili in genere) rimane in essere la riduzione dell'Iva dal 20 % al 10% .

- Incentivi pubblici una-tantum: periodicamente vengono banditi degli incentivi pubblici che finanziano in conto capitale l'installazione di impianti solari.

Minor inquinamento.
In Europa 5.600.000 m2 di pannelli solari hanno consentito nel 1994 di produrre 2.6 TWh di energia e di evitare l'immissione nell'atmosfera di 1.8 milioni tonnellate di CO2, aiutando a combattere l'espandersi del buco nell'ozono e l'aumentare dell'effetto-serra, primo responsabile dei mutamenti climatici del pianeta e di tutti gli effetti negativi che da esso ne conseguono (alluvioni, siccità, aumento della temperatura terrestre, desertificazione, etc.). Il minor inquinamento dell'ambiente ed il risparmio energetico che si ottiene utilizzando l'energia solare rappresentano vantaggi per tutta la collettività, la cui valutazione è lasciata alla sensibilità individuale di ciascuno.
In Italia e nel Mondo. Nel mondo oggigiorno sono presenti circa 30.000.000 m2 di pannelli solari, di cui circa 5.600.000 m2 in Europa. Nel nostro continente il mercato dei pannelli solari, il 40% del mercato mondiale e l'85% di quello europeo, è sviluppato soprattutto nei paesi a minore insolazione del Nord Europa e in quelli del basso Mediterraneo. Questo per merito sia di particolari politiche di incentivo statali (in Olanda il governo mette a disposizione 4.000.000 di Euro sia per incentivare l'installazione dei pannelli che per finanziare l'attività di ricerca e sviluppo) che dalla maggiore sensibilità ambientale di tali popolazioni. L'aumento del tasso di crescita, che per i prossimi anni si prevede superiore al 25%, creerà circa 70.000 nuovi posti di lavoro qualificati solo in Austria, Germania e Grecia.
In Italia attualmente, nonostante le favorevoli condizioni ambientali, sono installati solo 176.000 m2 di pannelli solari (contro i 2.000.000 m2 della vicina Grecia) con una media di 4 m2 di pannelli solari ogni 1000 abitanti (contro 1 m2 per abitante a Cipro) con volumi di vendita di 12.000 m2 annui (contro i 185.000 m2 annui della Germania). Questo è poi un dato mediato sull'intero territorio nazionale e non tiene conto del fatto che le aree di effettivo sviluppo sono concentrate in poche regioni, come il Trentino ed in particolare la provincia di Bolzano, dove si concentra circa il 30% dell'intero volume di attività del settore. Tuttavia le previsioni di crescita portano a pensare che per i prossimi anni si possa arrivare ad installare sull'intero territorio nazionale circa 100.000 m2 di pannelli all'anno