La tecnologia: pannelli solari termici

I pannelli solari termici sono costituiti da una superficie caratterizzata da elevata trasmittanza alla luce e da un altrettanto elevato valore di assorbanza termica, questi due termini sono responsabili dell’alto rendimento del pannello. La sua trasmittanza termica (che dipende dall’isolamento) è responsabile della maggior parte delle perdite convettive (80%) che fanno scendere il rendimento ai livelli noti ossia compresi fra lo 0,7 e lo 0,8 comunque altissimi anche per un sistema termodinamico statico.

Poiché noi di Energy Hunters vogliamo essere all’avanguardia della tecnica e ottimizzare i sistemi parleremo in questa prima parte esclusivamente di componenti competitivi per questo tipo di impianto, ossia di pannelli solari termici a tubi sottovuoto dove la sottopressione creata all’interno dei tubi captanti funge da isolante e contribuisce ad abbattere il termine lesivo al rendimento che è la trasmittanza termica di cui sopra. Vediamo quindi la figura sottostante con un esempio pratico di come si ripartisce la catena dei rendimenti in un impianto solare termico e dove quindi si può agire per migliorarne al massimo le prestazioni rispetto alla risorsa usufruibile (che in questo caso è l’irraggiamento).

Schema

Come si è visto dal grafico precedente l’efficienza di un impianto solare termico è principalmente determinata dall’efficienza dei suoi collettori. In quest’ottica bisogna ricordare che il decadimento delle prestazioni di un pannello è influenzata da numerosi parametri, i principali sono però l’irraggiamento solare che esso “vede” (dovuto ad annuvolamenti e cambiamenti stagionali) e dalla differenza di temperatura fra il fluido circolante nel pannello e l’esterno. Considerando quindi che un’aliquota di perdita del 20% per perdite ottiche con le attuali tecnologie è ad oggi inevitabile il rendimento massimo di pannelli sottovuoto di ultimissima generazione può essere individuato intorno al 75%.

Nella figura seguente l’andamento del rendimento di un pannello sottovuoto è graficata rispetto ai parametri principali che ne influenzano l’andamento.

Grafico Andamento del rendimento termico di un pannello solare termico a tubi sottovuoto (asse Z) rispetto alle condizioni di irraggiamento (asse Y) e di differenza di temperatura fluido - esterno (asse X)

Dal grafico si può quindi notare che:

  • Il rendimento aumenta quando si va a lavorare con impianti dove l’acqua per il riscaldamento è utilizzata a bassa temperatura (come nei riscaldamenti a pavimento).
  • La diminuzione di rendimento a causa di nuvolosità e in generale di basso irraggiamento è più attenuata laddove si lavori con impianti di riscaldamento a bassa temperatura.
  • Il rendimento aumenta sempre quando si ha un corretto orientamento dei pannelli tale da limitare le perdite di irraggiamento su di esso.

Da queste e da altre considerazioni tecniche si deduce che un impianto che lavora a bassa temperatura è ideale a livello tecnologico per essere abbinato ai pannelli solari termici poiché esso riesce a sfruttarne tutti i vantaggi al meglio. Noi di Energy Hunters oltre a calcolare sul campo il reale irraggiamento che il terreno possiede nel nostro report calcoliamo anche i parametri attraverso i quali è possibile ottimizzare lo sfruttamento di questa sicura, semplice ed economica fonte di energia.

A completamento di quanto detto ecco un semplice esempio economico di redditività d’impianto e dei tempi medi di ritorno dell’investimento.

E’ bene però sottolineare che, a differenza di altre tecnologie il conto economico per un impianto solare termico è molto poco valutabile data la variabilità dei fattori che incidono su di esso come per esempio:

  • La qualità dell’involucro edilizio dell’abitazione da riscaldare
  • L’inclinazione dei pannelli e quindi il loro irraggiamento equivalente (molto influente)
  • La tipologia di impianto di riscaldamento (in particolare la sua temperatura di funzionamento)

Per questi difficili motivi l’esemplificazione risulta difficile e non può prescindere da una valutazione puntuale delle richieste e delle risorse di ogni singolo caso.

A titolo generale di seguito vengono presentati due esempi di dimensionamento di un impianto solare per produzione di acqua calda sanitaria, uno per una città del nord (Torino) e uno per una città del sud (Palermo). Si è preso come modello un’abitazione di superficie 100 m2 con 5 abitanti.

Caratteristiche abitazione Città del nord – Torino Città del sud - Palermo
N° persone 5 5
Fabbisogno giornaliero ACS pro-capite (litri) 60 60
Superficie (m2) 100 100
Consumi annui ACS (kWh) 4200 3800
Consumi annui riscaldamento (kWh) 11000 7000
Caratteristiche impianto Città del nord – Torino Città del sud - Palermo
Rendimento caldaia 85% 85%
Fabbisogno annuo metano (m3) 1800 1300
Prezzo del metano (€/m3) 0,72 0,72
Spesa annua metano (€) 1280 950

Torino
Impianto solare a circolazione forzata per la produzione di acqua calda sanitaria

Dimensionamento:
  • N° 4 mq di collettori solari piani.
  • Bollitore di accumulo 350 litri.
  • Temperatura acqua calda: 45°C.
  • Temperatura acqua fredda: 12°C.
  • Inclinazione ottimale pannelli: 50°.
  • Direzione ottimale pannelli: SUD.
  • Vita minima: 20 anni
Analisi costi-benefici:
  • Fabbisogno energetico annuo: 4200 kWh ca.
  • Fabbisogno coperto con energia solare: 3200 kWh ca.
  • Fattore di copertura: 80% ca.
  • Emissioni CO2 evitate: 770 kg/anno ca
  • Costo dell’impianto (indicativo): 4000 €
  • Costo (IVA 10% inclusa): 4400 €
  • Detrazione IRPEF: 55% in 5 anni (per impianti eseguiti entro il 2010)
  • Risparmio annuo (prezzo metano 0,72 €/m3): 280 € ca.
  • Tempo rientro investimento: 7 anni ca.
Un impianto così dimensionato consente di avere un rientro dell’investimento di 7-8 anni. Inoltre si continuerà ad avvantaggiarsi del risparmio in bolletta del gas (275 € all’anno, che aumenta negli anni con il prezzo del gas in costante aumento).

Palermo
Impianto solare a circolazione forzata per la produzione di acqua calda sanitaria

Dimensionamento:
  • N° 2 mq di collettori solari piani.
  • Bollitore di accumulo 300 litri.
  • Temperatura acqua calda: 45°C.
  • Temperatura acqua fredda: 15°C.
  • Inclinazione ottimale pannelli: 30°.
  • Direzione ottimale pannelli: SUD.
  • Vita minima: 20 anni
Analisi costi-benefici:
  • Fabbisogno energetico annuo: 3800 kWh ca.
  • Fabbisogno coperto con energia solare: 2700 kWh ca.
  • Fattore di copertura: 70% ca.
  • Emissioni CO2 evitate: 600 kg/anno ca
  • Costo dell’impianto (indicativo): 2250 €
  • Costo (IVA 10% inclusa): 2500 €
  • Detrazione IRPEF: 55% in 5 anni (per impianti eseguiti entro il 2010)
  • Risparmio annuo (prezzo metano 0,72 €/m3): 300 € ca.
  • Tempo rientro investimento: 4-5 anni
Un impianto così dimensionato consente di avere un rientro dell’investimento di 4-5 anni. Inoltre si continuerà ad avvantaggiarsi del risparmio in bolletta del gas (300 € all’anno, che aumenta con il prezzo del gas in costante aumento).
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