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Glossario

Il collettore solare


Il collettore è costituito dai seguenti elementi fondamentali: copertura trasparente costituita da una o più lastre di vetro o di plastica posta al disopra della piastra assorbente per ridurre gli scambi termici convettivi e radiativi tra la piastra e l'atmosfera; piastra assorbente nera che provvede ad assorbire la radiazione ed a trasferire l'energia raccolta da un fluido termovettore; isolamento termico per ridurre al minimo le perdite per conduzione della piastra. Involucro di forma parallelepipeda con funzione di contenimento e di protezione da polvere, umidità, ed agenti atmosferici.
La funzione essenziale di un collettore è quella di trasformare l'energia radiante del sole in energia termica del fluido che scorre all'interno dei tubi; il bilancio termico è il seguente: Ib Ac (ta) = Qa = Qu + Qp + Qacc;
dove:

  • Ib è l'intensità della radiazione solare globale incidente sul piano del collettore (W / m²).
  • (ta) è chiamato prodotto effettivo trasmissività-assorbimento.
  • Ac è l'area del collettore (m²).
  • Qa è la potenza termica assorbita dalla piastra (W).
  • Qu è la potenza termica utile trasferita al fluido termovettore (W).
  • Qp è la potenza perduta dal collettore verso l'esterno (W).
  • Qacc è l'energia termica accumulata dal collettore nell'unità di tempo (W), nulla in condizioni di regime stazionario.

 

Tipologia di collettore


La classificazione dei sistemi avviene sia in base alla temperatura del fluido scaldato (sia esso aria, acqua o altro), che in base alla tipologia d'impianto, ed alla modalità di scambio di calore. I collettori a bassa temperatura si dividono tra attivi e passivi, ossia tra sistemi che includono elementi costruttivi specifici quali il collettore solare, i sistemi di circolazione e controllo, e quelli che sfruttano elementi architettonici per immagazzinare l'energia del sole. Un'altra classificazione è tra sistemi aperti e chiusi, ossia sistemi in cui il fluido scaldato è chiuso in circuito e utilizzato per trasferimento del calore, oppure sistemi in cui ciò che viene scaldato è direttamente l'acqua o l'aria che interessa portare ad una temperatura maggiore.

I principali tipi di collettore presenti in Italia sono:

  • vetrati piani (molto comuni, di costo medio, versatili);
  • non vetrati (solo per uso estivo, generalmente piscine o impianti balneari, molto economici);
  • sottovuoto (ad alta efficienza, più costosi, ma ben utilizzabili tutto l'arco dell'anno);
  • ad accumulo integrato (ben utilizzabili in zone a clima mite, abbassano i costi dell'impianto).

 

Utilizzo energia solare a bassa temperatura


Le tecnologie a bassa temperatura comprendono i sistemi che usano un collettore solare per riscaldare un liquido o l'aria. Lo scopo è 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 ºC (in rare occasioni si può arrivare a 120 ºC).

Utilizzo energia solare a media temperatura


La più comune tra le applicazioni della conversione a media temperatura è rappresentata dai forni solari. Essi sono dispositivi che richiedono la concentrazione dei raggi solari per raggiungere temperature maggiori di 250 ºC, in Italia riguardano una nicchia di mercato relativa all'hobbistica, mentre possono avere buone applicazioni nei Paesi ove la scarsità di risorse energetiche è un problema quotidiano. Altre applicazioni di questo tipo possono essere legate al calore di processo industriale, ma non sono diffuse.

Utilizzo energia solare ad alta temperatura


Le tecnologie a media ed alta temperatura sono relative a sistemi a concentrazione parabolici lineari o puntuali.
Impianti con collettori parabolici puntuali o a disco sono stati sviluppati in Germania, Stati Uniti, Israele e Australia. I recenti sviluppi tecnologici fanno prevedere un rilancio applicativo di questa tecnologia sia per la generazione di energia elettrica, sia per la produzione di calore di processo per l'industria chimica. In Italia, l'esperienza di maggior rilievo nel solare termico ad alta temperatura è stata realizzata agli inizi degli anni ottanta con la costruzione della più grande centrale solare del mondo presso Adrano in provincia di Catania. L'impianto, chiamato Eurelios, è costituito da una torre centrale alla sommità della quale è posta la caldaia riscaldata dalla radiazione riflessa da un campo di specchi. La centrale ha la potenza di 1 MW. Generalmente in queste centrali il fluido viene portato allo stato di vapore dal calore raccolto sulla sommità di una torre posta al centro di un campo di specchi oppure all'interno di condotti che percorrono la linea del fuoco di specchi concentratori parabolici. Successivamente il fluido si espande evolvendo in un impianto turbo- vapore simile a quelli utilizzati nella generazione termoelettrica tradizionale.

Riscaldamento solare delle piscine


Il riscaldamento dell'acqua con energia solare è uno dei migliori e più efficaci modi di riscaldamento. Le piscine infatti richiedono temperature dell'acqua comprese tra i 25 ed i 28 ºC in corrispondenza delle quali i collettori solari sono molto efficienti.

Possono essere utilizzati collettori vetrati o non vetrati. Le piscine scoperte normalmente utilizzano collettori non vetrati perché utilizzate prettamente d'estate, periodo in cui le prestazioni dei due sistemi sono pressoché equivalenti.

Se la piscina da solarizzare è collocata in una zona a clima freddo i collettori non vetrati in plastica o gomma non forniranno abbastanza energia in inverno ma potrebbero essere economicamente convenienti nell'utilizzo estivo per il loro costo iniziale contenuto. I sistemi vetrati sono molto più costosi, perché normalmente utilizzano assorbitori in rame selettivo che richiedono un fluido termovettore anticongelante ed uno scambiatore per trasferire il calore solare all'acqua della piscina.

I sistemi scoperti sono normalmente realizzati in plastica o gomma e l'acqua della piscina è fatta scorrere direttamente nel collettore. Nessuno dei due sistemi necessita di sistema di accumulo. E' la piscina stessa che funge da accumulo termico. La figura seguente mostra il principio di funzionamento dell'impianto solare integrato nel circuito filtro dell'acqua della piscina.

 

 

 piscina

 

 

 

 

 

 

Schema di impianto semplificato di impianto solare termico per il riscaldamento della piscina

piscina_1

 

 

 

 

 

Collettore solare non vetrato