Marzo 2012 – Energia No Problem

Pompa di calore aria acqua

Le pompe aria – acqua sono sistemi innovativi di riscaldamento – raffreddamento di edifici che utilizzano come fonte energetica l’aria, una fonte rinnovabile e inestinguibile di cui tutti disponiamo indipendentemente da dove viviamo. L’aria non solo è gratuita ma anche altamente redditizia visto che assicura temperature che vanno da +35°C a –25 °C. Anche la spesa di installazione delle pompe risulta non invasiva. Il sistema assomiglia a quello geotermico, solo che a riscaldare o raffreddare la casa non è il calore del sottosuolo, ma bensì l’aria esterna.

Le pompe estraggono il calore dall’aria esterna e lo trasferiscono ai locali interni attraverso un sistema di acqua a bassa temperatura. Si tratta di un classico sistema di condizionamento d’aria, che utilizza batterie a freddo e batterie a caldo, oltre a una sorta di batteria esterna usata per estrarre il calore dall’esterno.

In inverno, l’evaporatore della macchina frigorifera si collega alla batteria esterna e il condensatore si collega alla batteria calda. Il calore viene estratto da una miscela di aria esterna e aria di estrazione che passa attraverso la batteria e attraverso la macchina togliendo l’aria che entra nella stanza dalla batteria calda.

Questo sistema si presta molto bene per applicazioni con macchine di pistone e centrifuga. Quando la temperatura esterna scende sotto i 4 ° C, il fluido che viene fatto circolare attraverso la batteria esterna deve includere una soluzione antigelo al fine di proteggerlo dal congelamento. Occorre inoltre essere muniti di un dispositivo di disgelo dello scambiatore esterno.

Si possono adottare diverse variazioni al sistema senza modificare il principio di base di funzionamento. In estate è possibile utilizzare un serbatoio d’acqua per raffreddare l’acqua di condensazione. Un’altra possibilità è utilizzare un raffreddatore di tipo evaporativo umido in estate e secco in inverno.

Pannelli radianti

Si tratta di un particolare tipo di impianto di riscaldamento che sfrutta speciali pannelli collocati al di sotto delle superfici degli ambienti da riscaldare. A seconda del punto in cui sono collocati i pannelli, si suole distinguere tali tipi d’impianti in:

– Impianti a pavimento: sfruttano la circolazione d’acqua calda a temperature meno elevate rispetto ai normali impianti di riscaldamento (30°- 40°, contro i 70° – 80° di un impianto tradizionale). Il principio di funzionamento è estremamente semplice: in pratica, all’interno dei pannelli circola un fluido caldo che riscalda l’ambiente sovrastante per propagazione. Si tratta d’una tecnica antichissima che si fa risalire, niente meno che agli egizi e ai romani, sebbene solo in tempi recenti i pannelli radianti a pavimento stiano ottenendo il meritato successo, nell’ottica di quella serie di politiche all’insegna del risparmio energetico che interessano non più, soltanto, gli incalliti ecologisti, ma l’uomo comune che cerca di far quadrare i conti. Se, per un verso, si garantisce in tal modo un risparmio sicuro sulle bollette – basta aver riguardo alla differenza di temperatura dell’acqua di un impianti tradizionale rispetto ad uno a pavimento – per altro verso si deve, tuttavia, tener conto del fatto che impianti di tal sorta richiedono la disponibilità di uno spessore di circa 10 centimetri sul pavimento.

– Impianti a soffitto: Si tratta di impianti impiegati per raffreddare, in questo caso, e non già per riscaldare gli ambienti circostanti, poiché regola vuole che la temperatura della testa della essere meno elevata rispetto a quella delle estremità inferiori del corpo. Eccezione va fatta, tuttavia, per le termostrisce radianti, speciali pannelli caloriferi che si applicano ai locali con tetti particolarmente elevati.

– Impianti a parete: in questo caso i pannelli vengono collocati sulle pareti dei locali, ad un’altezza massima di due metri, e ricoprono una superficie pari ad 1/3 circa di quella calpestabile. Interessante versione di questo tipo d’impianto è costituita dai pannelli a battiscopa, su cui circola un liquido caldo che surriscalda l’aria interna spingendola a propagarsi lungo la parete sovrastante.

Riscaldamento a pavimento

Il riscaldamento a pavimento è un speciale sistema di riscaldamento degli ambienti domestici, e non solo di quelli, che ha origini antichissime, che si fanno risalire, addirittura, agli egizi e ai romani. La tecnica si fonda su un principio molto semplice: la trasmissione, vale a dire, mediante propagazione, del calore che promana dal pavimento all’ambiente sovrastante. Intorno alla seconda metà del ‘900, complici, tra l’altro, le difficoltà d’approvvigionamento energetico del periodo antecedente la ricostruzione, nonchè la facilità con cui i pannelli radianti venivano inseriti nelle solette prefabbricate dei pavimenti, numerosi paesi, specie in nord Europa, adottarono questi speciali sistemi di riscaldamento a fini per lo più domestici.

Ciò che s’osservò, tuttavia, fu un incremento dei disturbi di salute in capo ad individui che abitavano in locali riscaldati in codesta maniera: dall’innalzamento della pressione arteriosa alle continue emicranie, dai problemi di ordine cardiocircolatorio alla sudorazione eccessiva ed altrimenti inspiegabile. Sebbene non fosse possibile affermare con certezza l’esistenza di un nesso di causalità tra il riscaldamento a pavimento e simili disturbi di salute, la produzione subì comunque, un po’ ovunque, una netta battuta d’arresto, per ritornare in auge, con sistemi ben più garantiti e collaudati, soltanto in tempi recenti, con la crisi energetica degli anni ’70.

Il meccanismo di funzionamento è estremamente semplice, e dà risultati ottimali, in termini di risparmio energetico – sempre che l’immobile, s’intende, sia ben isolato – ed un effetto al tatto estremamente piacevole. In pratica, un sistema di tubazioni ad alta resistenza termica viene impiantato al di sotto del pavimento. Sulla parte inferiore i tubi poggiano su speciali pannelli isolanti volti ad impedire inutili dispersioni di calore verso il basso o attenuazioni della propagazione calorifera per il contatto con sorgenti d’umidità. Nei tubi circola un fluido caldo mantenuto, in genere, intorno alla temperatura di 35°- 40°, ma che può variare a seconda delle esigenze di chi abita l’ambiente e delle condizioni climatiche del momento. Il calore emesso dal fluido si propaga nell’ambiente per irraggiamento: dalle tubazioni al pavimento, dal pavimento alla stanza. É interessante osservare che un impianto del genere può fungere da riscaldamento in inverno e raffreddamento d’estate, mediante l’impiego, in tale ultima ipotesi, di un liquido refrigerato mantenuto alla temperatura di 15°- 18° circa.

Smaltimento pannelli solari

Alcune persone si chiedono come potranno smaltire i loro pannelli fotovoltaici dopo 20 anni, quando saranno terminati gli incentivi del Conto energia. In realtà la durata dei pannelli non si esaurisce esattamente dopo i 20 anni, perché è provato che i pannelli continuano a produrre anche fino a 80 anni. Comunque le agenzie che montano i pannelli solitamente si impegnano anche a smaltirli.

I pannelli sono in genere costituiti da celle fotovoltaiche in silicio (o altro materiale), uno strato di Tedlar, uno strato di E.V.A., cornici in alluminio anodizzato, vetro temperato. Il materiale più usato è il silicio, il cui smaltimento avviene come per quello dei circuiti stampati o delle schede dei computer. Smaltire il silicio non è assolutamente problematico, né inquinante. Anche il vetro temperato che riveste i pannelli si smaltisce al pari del cristallo. Altro materiale facilmente smaltibile è l’E.V.A., o etil vinil acetato, che si smaltisce come le tovaglie impermeabili. L’unico problema dello smaltimento dei materiali si riscontra qualora siano fatti di telloruro di cadmio, visto che è tossico, ma proprio per questo è quasi in disuso.

In Germania la First Solar ha ideato anche degli appositi impianti in grado di smaltire i pannelli e recuperare il 90% dei materiali. Entro il 2.015 il progetto sarà attivo e operante così da riuscire a smaltire tutti i pannelli in disuso delle ditte che aderiranno al progetto. Vanno ancora preparate la raccolta dei pannelli, le modalità di trasporto, l’organizzazione dei centri di raccolta e le tecnologie che si adotteranno.

Per chi volesse contattare un agenzia italiana che svolge già un servizio di smaltimento pannelli consigliamo di contattare il seguente sito:

http://www.smaltimentopannellisolari.it/contatti.htm

Qui troverete il contatto mail e telefonico della ditta T.C.E.R. che provvederà a smaltirli.

Radiazione solare

La radiazione solare colpisce la terra con un intensità media pari a 1000 W/metro quadrato. Tale radiazione arriva sulla terra con lunghezze d’onda differenti. I pannelli solari fotovoltaici di solito captano quelle lunghezze d’onda del sole comprese tra 0,4 e 1,1 micron. Ma la luce del sole non arriva tutta sulla terra in quanto essa viene diffusa e riflessa a sua volta al terreno, dagli alberi e da altre superfici. Il coloro bianco, come si sa, è quello che riflette maggiormente la luce del sole. Per questo una superficie innevata ha un livello elevato di riflessione elevato della radiazione solare.

L’intensità della radiazione solare una volta giunta sulla terra si divide in tre tipi di radiazioni: riflessa, diffusa, diretta. L’insolazione diffusa indica la quantità di radiazione solare diffusa dall’atmosfera. La radiazione diretta invece indica la quantità di radiazioni che raggiungono la terra senza interagire coi gas atmosferici. Essa dipende dalle condizioni atmosferiche, può arrivare anche al 95%. Normalmente comunque si aggira sul 75%. I valori delle radiazioni solari sono misurati in Kj per cm quadrato. Misurando tali valori è possibile operare il giusto dimensionamento dei pannelli solari.

Ci sono vari modi per stabilire la quantità esatta della radiazione solare in cui ci troviamo per poter così installare i pannelli solari che desideriamo nella quantità dovuta. Si possono adottare forme di misurazione qualitativa e quantitativa. Per misurare la quantità di radiazione che giunge alla nostra casa si usano vari apparati. Visto che la luce può essere sia diretta che diffusa gli apparati sono progettati per misurare la grandezza di entrambe. L’eliografo è un apparato che misura il valore dell’insolazione o irraggiamento, misura quindi la radiazione in un unità di tempo, solitamente le ore più calde del giorno. Il piranometro, anche detto solarimetro, misura l’irraggiamento globale o totale, ovvero misura il flusso di radiazione totale che riceve una superficie orizzontale assorbente sia in forma diretta che diffusa. Il pireliometro o anche detto actinometro misura la radiazione diretta di normale incidenza, serve usarlo quando vogliamo montare un pannello elettromeccanico inseguitore del sole.

Pannello solare termico

Il pannello solare termico o collettore solare, è un dispositivo progettato per raccogliere l’energia irradiata dal sole e convertirla in energia termica. L’uso dei pannelli solari è per lo più indirizzato alla produzione di acqua calda per uso sanitario, al riscaldamento della casa e al riscaldamento dell’acqua delle piscine.

I collettori sono generalmente divisi in due gruppi: quelli che captano basse temperature, utilizzati principalmente negli impianti di riscaldamento domestico, e quelli che captano alte temperature, formati da specchi e generalmente utilizzati per produrre elettricità.

Un collettore solare piano, chiamato anche collettore piatto solare o pannello solare termico, è costituito da una scatola metallica in cui avviene la circolazione di un fluido, il quale viene riscaldato mentre passa attraverso il pannello. Ci sono collettori protetti e non protetti. Quelli protetti hanno un vetro che limita la dispersione di calore. I collettori non protetti invece sono quelli più a buon mercato e con migliori prestazioni, utilizzati principalmente per riscaldare le piscine.

I collettori solari funzionano con lo stesso principio che si può sperimentare quando si entra in una macchina parcheggiata al sole in estate. Il vetro usato nei pannelli si comporta come un filtro per certe lunghezze d’onda della luce del sole, vi passa principalmente la luce visibile, mentre è meno attraversabile da lunghezze d’onda infrarosse di energia più bassa.

Il sole incide sul vetro del collettore, che essendo molto trasparente alla lunghezza d’onda della radiazione visibile, lascia passare la maggior parte dell’energia. Questo riscalda poi il piatto del collettore che, a sua volta, diventa un emittente d’irradiazione a onda lunga (raggi infrarossi). Così la scatola viene riscaldato al di sopra della temperatura esterna. Passando attraverso la scatola, il fluido termovettore che scorre attraverso i tubi si riscalda e porta l’energia termica dove desideriamo.

Il rendimento dei collettori migliora quando è minore la temperatura di lavoro, in quanto maggiore è la temperatura all’interno della scatola (in relazione con l’esterno), maggiore è la perdita di trasmissione del vetro.

Pannelli solari sottovuoto

Un pannello solare sottovuoto è un tipo di collettore solare composto da collettori lineari alloggiati in tubi di vetro sottovuoto. Il pannello ha una struttura a pettine con un palo che spinge il fluido termovettore e una serie di tubi a forma di punte che catturano le radiazioni solari.

La differenza tra collettori piani e collettori sottovuoto consiste essenzialmente nel miglior isolamento che questi ultimi forniscono. Nei collettori piani sul si hanno più perdite di calore per convezione, mentre nei tubi, essendo meglio isolati visto perché sottovuoto, le perdite sono ridotte a valori che vanno dal 5% al 35% in meno rispetto ai pannelli piani. Questa differenza di prestazioni si verifica solo in condizioni estreme di freddo e vento. In condizioni meno proibitive i due connettori hanno rese pressoché simili.

I pannelli a tubi in genere possiedono una placca interna riflettente posta al di sotto dei tubi, in modo che i tubi possano trarre vantaggio dalla sua forma cilindrica che assorbe meglio l’energia riflessa nel piatto. In generale, i tubi sono più efficienti quando fa freddo o c’è tempo nuvoloso e ventoso.

I tubi sottovuoto sono costituiti da un doppio tubo di vetro, tra le cui pareti si forma un sottovuoto elevato (intorno a 0,005 Pa). Le dimensioni dei tubi sono simili a quelle di un tubo fluorescente, circa 60mm di diametro e 180 centimetri di lunghezza.

I tubi Heat-Pipe sono un’innovativa evoluzione dei tubi a flusso diretto, il loro pregio è quello di eliminare il problema del surriscaldamento dei tubi che si verifica nelle zone con climi più caldi. In questo sistema, si utilizza un liquido che evapora quando viene riscaldato, passando per uno scambiatore di calore situato all’estremità superiore del tubo. Una volta lì, si raffredda e condensa nuovamente, trasferendo il calore al fluido principale. Questo sistema ha un vantaggio nelle estati più calde, perché una volta evaporato tutto il liquido dal tubo, assorbe molto meno calore, rendendo più difficile che i tubi scoppino o si deteriorino. Il sistema Heat-Pipe ha anche il vantaggio di ridurre le perdite di calore durante la notte.

Irraggiamento solare

Riguardo alle energie rinnovabili non si può non parlare del sole, la fonte rinnovabile per eccellenza di tutta l’energia del globo in cui viviamo. L’irraggiamento solare è il fenomeno che alimenta il potere dei pannelli solari fotovoltaici e di tutti gli altri sistemi che ci servono a fornirci l’energia necessaria per vivere. Per irraggiamento solare s’intende la capacità del sole di trasferire energia e calore alla terra mediante onde elettromagnetiche. L’irraggiamento in questo caso è anche termico. Si stanno già sperimentando centrali in grado di produrre sia energia termica che elettrica sfruttando l’energia solare.

In generale, per radiazioni solari s’intendono tutte quelle radiazioni elettromagnetiche emesse dal sole. Le radiazioni solari vanno dall’infrarosso all’ultravioletto. Non tutte le radiazioni solari raggiungono la superficie terrestre, perché le radiazioni ultraviolette a lunghezza d’onda più corta sono assorbite dai gas, per lo più dall’ozono dell’atmosfera.

L’entità della radiazione solare che raggiunge la terra è detta irraggiamento solare, questo è un indicatore che indica quanta energia, per unità di tempo e spazio, raggiunge la terra.

L’energia solare non funge da energia rinnovabile solo quaggiù sulla terra, ma ha anche un ruolo primario nell’atmosfera. L’energia solare, passando attraverso l’atmosfera terrestre riscalda il vapore acqueo in alcuni settori più che in altri, causando cambiamenti nella densità dei gas e quindi provocando quegli squilibri responsabili della circolazione atmosferica.

Inoltre, la maggior parte delle energie utilizzate dagli esseri viventi viene dal sole, le piante lo assorbono direttamente per eseguire la fotosintesi, gli erbivori indirettamente assorbono una piccola quantità di questa energia mangiando le piante, e anche i carnivori cibandosi degli erbivori usufruiscono di questo ciclo energetico.

La maggior parte delle fonti di energia utilizzate dagli esseri umani derivano indirettamente dal sole. Il sole libera nell’atmosfera più di 1300 watt/m quadrato. Ruotando il sole genera un irraggiamento solare che in Europa arriva a circa 200 watt a metro quadrato.

Inseguitori solari

Gli inseguitori solari sono dei sistemi meccanici con cui si permette il corretto orientamento del pannello solare verso il sole. Si usano sia per pannelli fotovoltaici, che per quelli solari termici o per i concentratori solari. Questo permette una migliore resa del pannello, così da facilitare e incrementare la cattura della radiazione solare.

Ci sono tre tipologie di sostegno per collettori solari. La prima è il posizionamento del pannello sopra un supporto statico, è il supporto più semplice e presuppone quindi che il pannello rimanga immobile per tutta la sua durata. A seconda della latitudine di installazione e dell’applicazione che si vuole dare ai pannelli, questi saranno equipaggiati con il miglior angolo per catturare il maggior numero di radiazioni solari. Le altre due tipologie di posizionamento dei pannelli presuppongono la loro sistemazione su un sistema d’inseguimento solare a un asse, o un sistema a due assi.

I supporti ad un unico asse realizzano una rotazione che viene effettuata per mezzo di un asse orizzontale, verticale o obliquo. Questo tipo di inseguimento solare è il più economico e il più semplice, comunque è incompleto in quanto potrà seguire solo l’inclinazione o l’azimut del sole, ma non entrambi contemporaneamente.

I sistemi di inseguimento solare a due assi invece permettono di seguire il sole in maniera piena, sia nel senso dell’altitudine che nell’azimut così da ottenere che la radiazione solare incida sempre perpendicolarmente fornendo la maggiore cattura percepibile dell’irraggiamento solare.

Ci sono tre sistemi fondamentali di regolazione solare a due assi. La prima tipologia è il sistema meccanico, ovvero attuato da un motore e un sistema di ingranaggi. Dal momento che l’inclinazione del sole varia nel corso dell’anno richiede periodici aggiustamenti per adattare il movimento del supporto. La seconda tipologia è mediante dispositivi di auto regolazione. La regolazione avviene tramite sensori che rilevano quando la radiazione incidente è perpendicolare al pannello, correggendosi da sola per mezzo di motori. L’ultima tipologia è con dispositivi senza motore, sistemi che attraverso la dilatazione di alcuni gas e la loro evaporazione genera una sorta di equilibrio che ottiene il posizionamento verso il sole.

Si stima che l’uso di questi sistemi possa raggiungere un aumento della produzione dei pannelli tra il 30% e il 40%. E ‘necessario valutare il costo dell’impianto e il guadagno energetico derivante, per poter correttamente valutare la convenienza di tali impianti.

Concentratore solare

Il concentratore solare, anche detto in inglese Concentrated solar power (CSP) o Concentrated Solar Thermal systems (CST), è un sistema di captazione solare attuato mediante specchi e lenti che concentrano la radiazione solare su una piccola area dell’apparato con lo scopo di produrre energia termica. La luce concentrata viene quindi usata come calore, la quale può essere adottata anche da o una convenzionale centrale elettrica. I concentratori solari utilizzati nei sistemi CSP spesso possono anche essere utilizzati per fornire processi industriali di riscaldamento o raffreddamento.

Un concentratore solare si può utilizzare anche per produrre energia elettrica (anche chiamata energia termoelettrica solare), la quale viene ricavata quando la luce concentrata viene convertita in calore, che a sua volta aziona un motore termico (di solito una turbina a vapore) collegato ad un generatore di energia elettrica.

Il CSP non deve essere confuso con il fotovoltaico, dove l’energia solare viene convertita direttamente in energia elettrica utilizzando materiali semiconduttori e senza l’uso di turbine a vapore. Comunque esistono anche concentratori solari di ultima generazione da applicare alle celle solari fotovoltaiche, sono piccoli dischi in plastica che guidano la luce solare verso il centro, aumentando la resa dei pannelli fotovoltaici.

Esistono quattro tecnologie principali di CSP: il sistema parabolico, il sistema Stirling, il riflettore lineare Fresnel e la torre di energia solare. Costruttivamente è sempre necessario concentrare la radiazione solare perché si arrivi a raggiungere temperature elevate, comprese tra 300 º C e 1000 ° C, così da ottenere un rendimento accettabile nel ciclo termodinamico, che non potrebbe essere ottenuto a temperature più basse. Dopo che i raggi solari sono stati captati dagli specchi opportunamente orientati, questi vengono indirizzati a una torre centrale che riscalda il fluido. L’insieme della superficie riflettente e il suo dispositivo d’orientamento viene chiamato eliostato.

Il fluido che si utilizza per essere scaldato può essere aria, vapore acqueo, sodio o altri sali fusi, a seconda della tecnologia scelta. Nel vapore, la turbina si aziona direttamente. Negli altri fluidi essi trasportano il calore a un generatore di vapore, che a sua volta aziona una turbina e in seguito il generatore elettrico.

Uno dei componenti più a rischio è il recettore solare. A causa delle alte temperature e dei gradienti che possono essere raggiunto il suo funzionamento può essere pregiudicato, per questo gli studi attuali si concentrano principalmente sulla scelta dei materiali più innovativi e in grado di ridurre la perdita di calore al minimo, aumentando in tal modo l’efficienza del ciclo.

Tra gli anni 1970 e 1980 si sono costruite diverse centrali solari termiche in varie parti del mondo. Queste alternative tecnologiche hanno dimostrato la fattibilità e l’efficacia della produzione di elettricità dall’energia solare mediante la conversione di calore.