Energia No Problem – Pagina 2 – L'energia alternativa per un mondo migliore

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.

Collettori solari

Con il termine pannello o collettore solare si intende un apparato atto alla trasformazione dell’energia solare. Esistono varie tipologie costruttive di connettori. Ci sono collettori termici a concentrazione, collettori selettivi, non selettivi, piani, vetrati, scoperti, heat pipe, sottovuoto, con serbatoio integrato…

Il pannello solare fotovoltaico usa celle solari per trasformare l’energia del Sole (radiazione elettromagnetica) in vera e propria elettricità mediante l’effetto fotovoltaico.

Invece il pannello solare termico adopera l’energia del Sole per riscaldare l’acqua o un altro liquido, di solito per il riscaldamento domestico o fornire acqua calda ad uso sanitario.

Infine il pannello solare ibrido, è un accostamento in cui un pannello solare termico è accoppiato con un pannello solare fotovoltaico. La sperimentazione di questi nuovi apparati è ancora in corso.

I pannelli solari fotovoltaici lavorano nel modo che segue: la luce del sole crea un impatto sulla superficie del pannello, quindi tale luce penetrando nel pannello viene assorbita da materiali semiconduttori come il silicio o l’arseniuro di gallio.

Questi pannelli sono moduli che generano energia dalla luce solare. Il pannello fotovoltaico è composto da numerose celle che convertono la luce in elettricità, queste celle sono anche chiamate celle fotovoltaiche e dipendono dall’effetto fotovoltaico per convertire l’energia dal sole e provocare un passaggio di corrente attraverso due piatti con opposte cariche elettriche. Il parametro standard per misurare la forza di questi pannelli è chiamato potenza di picco. Se esposta alla luce solare, una cella di silicio di 6 cm di diametro è in grado di produrre una corrente che si aggira da 0,5 ampere fino a 0,5 volt.

Invece i collettori solari termici, che producono acqua calda, sono costituiti da un pannello ricevente e un insieme di tubi attraverso i quali fluisce un liquido aderente al piano ricevente. Tale piano assicura che la radiazione solare venga convertita in calore, mentre il fluido che scorre attraverso i tubi porta il calore dove può essere utilizzato o conservato. L’acqua quindi passa mediante uno scambiatore a un serbatoio atto a conservarla. La circolazione può essere forzata (con l’aiuto di pompe) o naturale.

Come costruire un pannello solare

Tutti noi sappiamo che l’energia solare costituisce, oggi, una prospettiva del tutto allettante in ragione dei numerosi benefici che essa è in grado di garantire. Anzitutto il sole è una risorsa pulita, il cui sfruttamento non determina l’immissione nell’atmosfera di sostanze nocive per l’ambiente. In secondo luogo si tratta di una risorsa ben più economica dei tradizionali combustibili fossili, il cui prezzo di vendita è fortemente influenzato dai delicati equilibri internazionali con il Medio Oriente, oltre che dall’inesorabile processo di esaurimento cui progressivamente queste risorse vanno incontro. Si aggiunga a ciò che numerosi governi nazionali hanno previsto misure incentivanti di vario genere, riconoscendo contributi e concrete prospettive di guadagno economico per chi abbandoni l’energia tradizionale a favore del solare. Fin qui tutto bene. L’utente finale, il consumatore, sa che un impianto solare può rappresentare un investimento vantaggioso ed eticamente corretto. Tuttavia lo scoglio finale è rappresentato, non di rado, dal costo iniziale necessario a sostenere l’investimento. Ecco, dunque, per i più industriosi, per gli incalliti appassionati del fai da te o per quanti, più semplicemente, non intendano rinunziare, in alcun modo, ad una simile, rilevante, prospettiva di risparmio, una soluzione da prendere seriamente in considerazione: il pannello solare fai da te. Su internet i tutorial per la costruzione di pannelli solari fai da te si moltiplicano di giorno in giorno. Segnaliamo uno dei più famosi e diffusi sulla rete, la costruzione del pannello Panda, che prende il nome dal parabrezza della Fiat Panda, impiegato dall’intraprendente inventore quale lastra per catturare le radiazioni solari.

Si tratta, in breve, di costruire un telaio ben robusto, di forma quadrata o rettangolare, usando delle assi di legno, su cui inserire le diverse componenti del pannello, tutte rigorosamente ottenute da materiali riciclati: il parabrezza della Panda, che, debitamente dipinto con vernice nera, servirà a captare e filtrare le radiazioni solari; uno strato di materiale isolante – la lana di vetro andrà più che bene -; un tubo di rame flessibile dal diametro 14×12 per fare da serpentina per la circolazione del fluido riscaldato; una lamiera, un fondo, ed una cassa di legno, per contenere il tutto. Una soluzione economica ed ecologica, pertanto. Ma attenzione, il procedimento di progettazione e costruzione è tutt’altro che semplice, per cui vi consigliamo di farvi assistere da chi abbia un minimo d’esperienza in imprese simili o di seguire, passo per passo, le istruzioni disponibili, anche in formato video, sul web.

Impianti solari

Da anni ormai, la tecnologia solare rappresenta una frontiera sempre più allettante anche per il consumo domestico. L’energia convenzionale, infatti, quella alla cui produzione è necessario l’impiego di combustibili fossili, vale a dire, rappresenta una scelta sempre meno conveniente sia per ragioni di ordine economico – i costi delle materie prime sono sempre più elevati e dipendono in gran parte dai delicati equilibri politici con i paesi importatori del Medio Oriente – sia per ragioni di ordine etico – si tratta di una incontenibile fonte d’inquinamento che graverà, se il trend non rallenta, sul lascito alle generazioni future.

Ebbene, se il quadro è questo, il sole può costituire una risposta più che adeguata alle esigenze di ottenere un’energia economica ed al contempo pulita.

Esistono due principali tecnologie energetiche che sfruttano le radiazioni solari:

– Il solare termico, che si avvale di impianti a pannelli di vetro relativamente semplici capaci di captare le radiazioni solari e di impiegarle per riscaldare direttamente un fluido termovettore. Questo tipo d’impianto può essere impiegato, nelle versioni più economiche, per riscaldare direttamente l’acqua destinata al consumo finale, ai sanitari, vale a dire, e agli impianti di riscaldamento domestico; nelle versioni più elaborate, ad essere scaldato è un diverso fluido che rimane in circolazione a temperatura elevata, per cedere quindi, all’occorrenza, il proprio calore all’acqua.

– Il fotovoltaico, che, a differenza del solare termico, si avvale di speciali pannelli che non solo hanno il pregio di catturare l’energia solare ma, di più, converte la radiazione solare in energia elettrica grazie al campo elettrico generato dalla presenza di due strati di silicio – un materiale semiconduttore opportunamente lavorato.

Tanto il solare termico, quanto il fotovoltaico, stanno conoscendo, anche in Italia, una fortuna del tutto insospettabile fino a qualche anno fa, anche grazie all’impegno dei governi nazionali e comunitari e delle politiche incentivanti che hanno riconosciuti, oltre alle ordinarie possibilità di risparmio sulla bolletta energetica, concrete possibilità di guadagno (si veda il piano nazionale Conto Energia) per chi accetti la sfida di rinunziare al combustibile fossile a favore della tecnologia solare.

Pannelli solari prezzi

I benefici che discendono dall’impiego dei pannelli solari sono ormai sotto gli occhi di tutti. Non solo, infatti, si tratta di tecnologie del tutto svincolate dall’impiego di combustibili fossili quali petrolio o gas naturale, e dunque dalla regolare oscillazione dei prezzi che affligge il consumatore finale con il variare della disponibilità delle materie prime, ma dette tecnologie sono, peraltro, del tutto eco-compatibili poiché non determinano immissioni di anidride carbonica o di ossidi nocivi all’atmosfera. Fin qui tutto bene, il problema è, quanto costa passare all’energia solare?

É chiaro che i costi di un impianto variano con il variare di una serie di elementi. Anzitutto bisogna operare un distinguo a monte tra pannelli solari fotovoltaici, che sfruttano l’energia del sole e la convertono in energia elettrica, e pannelli ad energia solare termica, che, avvalendosi di una tecnologia più semplice, e dunque più economica, si limitano a sfruttare direttamente, mediante dispositivi più o meno complessi, l’energia termica prodotta dal sole per riscaldare un determinato fluido detto termovettore (aria, acqua, altro). La differenza, banalizzando al massimo, è che nel primo caso dallo sfruttamento delle radiazioni solari otterremo l’accensione delle lampadine di casa, mentre nel secondo caso potremo, al più, avere acqua calda e riscaldamento.

Ulteriori elementi da cui dipendono i costi, poi, sono il tipo di tecnologia impiegata, ad esempio, nel caso del solare termico, che si tratti di impianti a circolazione naturale o a circolazione forzata, o, per il fotovoltaico, che si tratti di impianti isolati o grid connected, cioè connessi alla rete elettrica; e ancora il fabbisogno energetico da soddisfare, e dunque la quantità di pannelli necessari, la capacità di accumulo del serbatoio del fluido termovettore, per il solare termico, la facilità d’installazione (su suolo, tetti, o su superfici meno accessibili) etc. Ciò detto, considerando un buon margine d’oscillazione a seconda dell’area geografica considerata e dell’impresa incaricata, si consideri che il costo di un impianto fotovoltaico grid connected, in media, si aggira intorno ai 7.000 euro per KWp, Iva esclusa, mentre un impianto solare termico può costare tra i 2.600 ed i 4.000 euro Iva esclusa, oltre le spese d’installazione. Detti costi vanno, comunque, controbilanciati con la serie d’incentivi statali – taluni dei quali promettono non solo un risparmio, ma un autentica prospettiva di guadagno – che periodicamente vengono banditi dal governo nazionale per sollecitare il passaggio alle energie alternative nell’edilizia domestica.

Pannelli solari termici

Il quotidiano incremento del costo dell’energia elettrica, legato al contestuale progressivo esaurimento dei combustibili fossili, negli ultimi anni ha indotto tanto gli scienziati, quanto le imprese produttrici ed i consumatori, a prendere seriamente in considerazione la possibilità di sfruttare fonti energetiche alternative a quelle tradizionali. In testa alla classifica, al momento, l’impiego della luce solare, applicata tanto alla tecnologia fotovoltaica, che opera mediante la trasformazione delle radiazioni del sole in energia elettrica, quanto al cosiddetto solare termico. Il sole, infatti, rappresenta una fonte energetica in linea di principio inesauribile, pulita ed estremamente economica. A differenza del fotovoltaico, il cui impiego richiede l’installazione di appositi pannelli al silicio che hanno la funzione, appunto, di convertire la radiazione solare in energia, il solare termico si fonda sullo sfruttamento diretto dell’energia termica prodotta dai raggi del sole al fine di riscaldare un fluido termovettore: aria o acqua. Gli impieghi più diffusi sono quelli finalizzati al riscaldamento dell’acqua sanitaria da impiegare sia nei consumi domestici che negli impianti di riscaldamento delle abitazioni. Il pannello solare termico è costituito da quattro principali elementi:

– Due lastre, l’una trasparente, l’altra di vetro scuro, che svolgono la funzione di catturare e filtrare le radiazioni;

– Una piastra di rame su cui insistono una serie di tubi per la circolazione del fluido termovettore;

– Un isolante termico, che ha lo scopo di impedire la dispersione del calore raccolto.

Affinché il fluido scaldato dal sole possa essere impiegato anche durante le ore notturne, a tali elementi va aggiunto un serbatoio d’accumulo, che ha la funzione di immagazzinare il fluido caldo e di preservarlo a temperatura costante per gli impieghi successivi. L’impianto può poi essere più o meno semplice a seconda che il passaggio del fluido dal pannello al serbatoio avvenga per effetto della naturale espansione dovuta al riscaldamento (grazie alla quale il fluido risale verso il serbatoio) o che sia all’uopo impiegata, invece, un’apposita pompa atta provocarne “la circolazione forzata” (così è chiamato questo tipo d’impianto).

Se il fluido riscaldato dal pannello, poi, non è lo stesso fluido destinato al consumo finale, così come accade, in genere, negli impianti rivolti ad un uso continuativo e rilevante, il sistema è dotato d’un ulteriore elemento detto scambiatore, un condensatore che si trova, in genere, all’interno del serbatoio di accumulo e che serve a far circolare il fluido scaldato dal pannello per cedere quindi, all’occorrenza, il proprio calore al serbatoio in cui è contenuto il liquido destinato al consumo finale.