COLLETTORI SOLARI


Parliamo stavolta di collettori solari, dispositivi che servono a riscaldare l'acqua attraverso l'immensa fonte energetica proveniente dal sole. Immaginiamo un recipiente contenente un liquido esposto alla luce solare, questo si riscalda in virtù dell'incidenza della luce sulla superficie dove gli ultravioletti producono una fonte di calore. Occorre sapere che l'effetto di trasformazione in calore da parte delle radiazioni provenienti dal sole, è più efficace per lunghezze d'onda intorno a 0.28 micrometro(ultravioletto) che nel campo del visibile. Questo calore riscalda i primi filetti fluidi alla superficie fino all'intera massa. Se consideriamo un recipiente metallico chiuso, Per es. di rame che è un buon conduttore termico, Il calore deve prima riscaldare la superficie metallica esposta e poi per conduzione, il fluido all'interno. Se la superficie esposta viene verniciata di nero, in particolare di un nero opaco in modo da non avere riflessioni, questo favorisce l'assorbimento di calore secondo alcune leggi della fisica. Ma secondo le stesse leggi, un corpo nero, è vero che assorbe facilmente calore, ma è pure vero che lo restituisce facilmente. Tanto è vero che i radiatori usati per smaltire il calore, sono verniciati di nero. Allora, cosa accade se dopo un certo tempo si abbassa la temperatura esterna del contenitore? Succede che l'energia precedentemente accumulata la restituisce naturalmente con altrettanta facilità. Occorre, quindi, creare uno sbarramento unidirezionale in modo da catturare il calore nella massa fluida per utilizzarla quando necessita. Tale sbarramento può essere realizzato attraverso una lastra di vetro temperato posta sulla superficie nera del corpo. Cosa succede con questo dispositivo ? La luce incidente oltrepassa facilmente la lasta di vetro e colpisce la superficie nera del mezzo solido riscaldandolo come abbiamo spiegato prima. Dal momento che la temperatura esterna si abbassa e la luce solare è poco efficiente, il calore non può ritornare all'ambiente perchè intrappolato dalla suddetta lastra.Con questo sistema, quindi, abbiamo creato un sistema di accumulo del calore nel fluido del contenitore. Se pensiamo che nelle regioni dell'Italia meridionale, nel periodo estivo, possiamo riscaldare 50 litri d'acqua in 5 o 6 ore però questo non è vero nel periodo invernale. Allora, se gli stessi litri d'acqua li vogliamo riscaldare nel periodo invernale, dobbiamo aumentare la superficie del contenitore e ridurre il suo spessore. Meglio ancora se riduciamo la massa d'acqua mantenendo costante la superficie e agendo semplicemente sullo spessore. Ricordiamoci che 50 litri d'acqua sono più pesanti di 10 litri e che bisognerà costruire una struttura portante adatta al peso da sorreggere. Comunque, spiegato in parole povere il funzionamento di un pannello solare da riscaldamento, occorre mettere in pratica il dispositivo con tecnologie innovative allo scopo di ottenere un rendimento elevato attraverso materiali tecnologicamente avanzati. La piastra di assorbimento del collettore solare deve essere realizzata in funzione del miglior rapporto

DURATA/RENDIMENTO TERMICO

. Deve essere costruita in rame o altro materiale buon conduttore termico. Alcune case costruttrici hanno brevetti personalizzati allo scopo di migliorane il rendimento. Per esempio, si preferisce dare alla piastra una serie di piccole ondulazioni in modo da avere una superficie attiva in tutte le ore del giorno o addirittura creare una serie di paraboline su tutta la superficie per una maggiore concentrazione dei raggi ultravioletti. In ogni caso occorrerà isolare bene termicamente le superfici inferiore e laterali del contenitore affinchè la dispersione di calore sia limitata al massimo.

Ecco un esempio, nelle sue parti principali, di un collettore solare.

1) Isolante termico(lana di vetro spessa o poliuretano espanso).

2) Fondo del contenitore

3) Fluido

4) Vetro temperato, spessore 2-3 mm

5) cornice

6) Condotto del fluido


COLLETTORE SOLARE A FLUIDO VETTORE


Invece di riscaldare direttamente l'acqua è conveniente utilizzare un fluido vettore circolante all'interno del pannello(Glicol-Etilene). Il fluido vettore altro non è che un liquido antigelo, atossico e anticorrosivo in modo da proteggere il sistema sia dal gelo che dalle incrostazioni. Tale fluido, riscaldantosi, diventa più leggero e spontaneamente sale dal pannello solare al bollitore con la sola forza del sole senza pompe o apparecchiature elettriche. In tal caso vengono fatte opportune modifiche all'interno del pannello: esso non è più costituito da un unico contenitore con il fluido all'interno, ma bensì da una serie di tubicini verticali collegati in testa da un condotto principale e dall'altra parte, da un secondo condotto. Il bollitore è costruito per essere installato all'esterno, ottimamente coibentato e rivestito per resistere alle intemperie e per mantenere l'acqua calda anche in assenza di sole per molto tempo, anche quando fa freddo. La totale assenza di organi meccanici ed elettrici, fanno si che il sistema abbia una elevata resa, assenza di manutenzione e semplicità di montaggio. Quando il fluido vettore sale verso il bollitore per effetto termico, scambia per convezione il calore con l'acqua all'interno finchè questa non raggiunge l'equilibrio termico con il pannello. Via via che viene prelevata acqua calda dal bollitore, essa viene rimpiazzata con acqua proveniente dalla tubazione esterna e quindi continua l'apporto di calore da parte del collettore solare.

Vediamo come si presenta realmente un collettore solare attraverso una foto:


COLLETTORI SOLARI CONCENTRATORI


Vi sono sistemi di captazione che permettono di ottenere la trasformazione in calore a differenti valori di temperatura.
Alte temperature (oltre 500 °C): si ottengono concentrando con eliostati i raggi solari su una caldaia. Gli eliostati sono specchi che, a mezzo di un sofisticato sistema, inseguono automaticamente il sole nel suo moto apparente intorno alla terra. Questo sistema, molto complesso, viene oggi impiegato esclusivamente nelle centrali eliotermoelettriche.
Medie termperature (100 - 300 °C): si possono ottenere facendo ricorso ad un sistema più semplice che utilizza specchi del tipo cilindrico parabolico che ruotano intorno ad un solo asse. Tali temperature permettono il funzionamento di motori solari con un soddisfacente rendimento; vengono impiegati per azionare compressori, pompe per il sollevamento dell'acqua e simili.
Poichè sappiamo che l'intensità della luce solare che raggiunge la terra è pari all'intensità alla superficie del sole moltiplicata per l'area della superficie solare e divisa per l'area della sfera definita dall'orbita terrestre. Secondo la termodinamica, nessun dispositivo sulla terra può concentrare la luce solare a un valore derivato dal calcolo predetto, altrimenti, si potrebbe costruire una macchina termica capace di estrarre calore a costo nullo. Si potrebbe avere una scappatoia concentrando la luce nel fuoco di una parabola. Questi esperimenti, fatti in fisica tramite una lente convergente, hanno lo scopo di dimostrare come si può bruciare un foglio di carta concentrando la luce in un punto. Quindi, se nel fuoco della parabola facciamo passare un tubicino con all'interno un fluido, questo sottoposto ad un'alta concentrazione di raggi solari, raggiungerà brevemente temperature prossime all'ebollizione. La tecnica sta nella costruzione della parabola e nel calcolo del fuoco. Altro problema da considerare è la cromatura della parabola e tenere quest'ultima inalterata. Per lo stesso problema riscontrato per i pannelli solari piani dove occorreva catturare il calore tramite una lastra di vetro, anche in questo caso occorre risolvere lo stesso problema. Esso viene risolto racchiudendo tutto il sistema, parabola e tubicino all'interno di un contenitore di vetro nel quale viene praticato il vuoto. Questa tecnologia porta ad avere dei collettori solari ad alto rendimento ma con un costo quasi proibitivo tale da ammortizzarlo dopo un lungo tempo.

Il costo medio degl'impianti solari, in lenta diminuzione già da alcuni anni è di circa 1.300.000 - 1.500.000 lire per m² installato per gli impianti unifamiliari e di circa 700.000 - 800.000 lire per m² installato, nel caso trasformazione di impianti centralizzati (un impianto nuovo per un palazzo di 50 appartamenti costa un centinaio di milioni). I prezzi si intendono I.V.A. compresa.

 


RISPARMIO ENERGETICO


Come fare per rendere meno pesante la bolletta elettrica? Nelle nostre case ci sono tre importanti “aree di intervento” possibili, per pagare meno e, nello stesso tempo, mantenere un livello di comfort adeguato: l’illuminazione, lo scaldacqua elettrico e gli elettrodomestici.
Ci sono poi altri elementi che influiscono anche notevolmente sui consumi, come stufette elettriche e condizionatori. Pur essendo d’uso meno frequente, meritano, in ogni caso, un’attenzione particolare.
Vi diamo intanto alcuni consigli per risparmiare sull'illuminazione.

Le lampadine ad incandescenza, che tutti abbiamo normalmente in casa, non sono un esempio di efficienza: per consumare fino a cinque volte meno elettricità, si possono sostituire, negli ambienti dove la luce artificiale è più utilizzata, con lampade fluorescenti compatte ad alta efficienza, possibilmente con alimentazione elettronica.

Il loro costo, maggiore rispetto a quello dei bulbi a incandescenza, è ampiamente recuperato nelle prime 4000 ore d’uso. Considerando che hanno una vita di circa 10000 ore, contro le 1000 ore di quelle a filamento, il risparmio è evidente. La loro qualità, poi, è notevolmente migliorata negli ultimi anni ed è possibile scegliere toni e sfumature di luce per ogni ambiente.

SECONDO CONSIGLIO

Il boiler elettrico non è presente in tutte le abitazioni, ma dove c’è, per così dire, si fa notare. C’è un diffuso pregiudizio, infatti, secondo il quale si consumerebbe meno tenendolo acceso costantemente. Nulla di più sbagliato.

L’accensione continua dello scaldabagno elettrico comporta una richiesta di energia elettrica frequente, nel corso delle 24 ore, per mantenere la temperatura di esercizio che, generalmente è di circa 60° C. Così, ogni volta che l’acqua contenuta nel boiler arriva intorno ai 40° C, il termostato fa scattare la resistenza per riscaldarla nuovamente.

Considerando che l’acqua calda, in casa, serve normalmente per una o due volte al giorno, è facile comprendere che questo continuo lavoro di riscaldamento è inutile. Secondo uno studio effettuato dall’Istituto di Ricerche Ambiente Italia, su dati del 1993, risulta che, in questo modo, lo scaldacqua incide per il 47% sul consumo di elettricità e per il 70% sull’ammontare della bolletta!

Accendere, quindi, lo scaldabagno solo per le due ore precedenti all’uso comporta un risparmio notevole. Meglio ancora, è possibile, con una spesa relativamente modesta, applicare un timer che permetta di programmarne l’accensione al momento desiderato, spegnendolo quando non serve.