Funzionamento e Tecnologia

 La tecnologia del solare termico viene utilizzata per produrre calore mediante lo sfruttamento della radiazione solare e si distingue dai sistemi fotovoltaici utilizzati per la produzione di energia elettrica.

Essa sfrutta i principi della termodinamica ed in particolar modo la trasmissione del calore da un corpo “caldo” ad uno “freddo”: il corpo caldo è il sole che irraggia energia nello spazio circostante ed il corpo freddo è il fluido che scorre all’interno del pannello; si ha quindi un sistema che funziona senza l'uso di alcun combustibile.

La tecnologia per l'utilizzo termico dell' energia solare ha raggiunto maturità ed affidabilità tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare è la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre. Il rendimento dei pannelli solari è aumentato di un buon 35% nell'ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente competitive. L'applicazione più comune è il collettore solare termico utilizzato per scaldare acqua sanitaria. Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo dell'efficienza che varia con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore tra il 30 % e 80%.

Esistono tre tipologie di solare termico: a bassa, mediaed alta temperatura.

• Solare termico a bassa temperatura

Le tecnologie a bassa temperatura comprendono i sistemi che usano un pannello solare per riscaldare un liquido o l'aria,con lo scopo di trasferire calore solare per produrre acqua calda o riscaldare edifici. Ci si riferisce a fluidi scaldati al di sotto dei 100 °C (in rare occasioni si può arrivare a 120 °C).

Il classico sistema solare è quello composto da:

il pannello vero e proprio;
il serbatoio di accumulo dell’acqua;
i collegamenti idraulici;
le staffe di montaggio.

I pannelli solaripossono essere di due tipi:

Pannelli solari scoperti: sono quelli particolarmente adatti per gli utilizzi nella stagione estiva.Riscaldamento di piscine scoperte, acqua calda per le docce degli stabilimenti, negli alberghi, ecc.; in questa applicazione l’acqua passa direttamente all’interno dei tubi del pannello dove viene riscaldata dai raggi del sole ed è pronta per essere utilizzata.
Il costo di un pannello scoperto è notevolmente inferiore a quello dei pannelli vetrati ma il limite di tale soluzione consiste nel fatto che un loro funzionamento è possibile solo se la temperatura esterna è almeno di 20°C e dell’acqua richiesta non supera i 40°C.

Pannelli solari vetrati: sono quelli composti dal pannello e da un serbatoio di accumulo dell’acqua.
L’assorbitore di calore è inserito nel pannello è isolato dalla temperatura dell’aria esterna tramite un vetro temperato, lo strato isolante e la scocca posteriore. Questi pannelli sono in grado di produrre acqua calda in tutti i mesi dell’anno e sono più costosi della soluzione precedente.

A livello impiantistico i pannelli solari possono essere inseriti in due soluzioni differenti:

• I sistemi a circolazione naturale

Molto semplici, richiedono scarsa manutenzione e possono essere realizzati impiegando qualunque tipo di pannello. Tutti questi sistemi si basano sul principio che il fluido del circuito primario, riscaldato dal sole, si dilata, diventa più leggero e tende a salire verso l’alto, provocando un movimento naturale del fluido medesimo. Il serbatoio di accumulo dell’acqua deve sempre essere posizionato più in alto del pannello ed a breve distanza dal medesimo, con una leggera pendenza delle tubazioni per facilitare il trascinamento e l’espulsione dell’aria.

• I sistemi a circolazione forzata

Sono quelli in cui il fluido del circuito primario viene spinto da una pompa; in tal caso il serbatoio può essere posizionato anche ad un livello più basso del pannello ma il sistema necessita di una più accurata manutenzione che deve essere eseguita da personale specializzato e il costo dell’installazione risulta ovviamente più elevato.

• Solare termico 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 °C. 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.

• Solare termico ad alta temperatura

Viene utilizzato perlopiù per la produzione di elettricità: il fluido caldo che si ottiene viene usato per far muovere una turbina a vapore, e produrre quindi energia elettrica.

Le tecnologie ad alta temperatura più utilizzate sono: gli specchi parabolici lineari, le torri solari ed i sistemi a concentratori parabolici indipendenti.

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.