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SOLARE TERMICO

Sole


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Sole

Il valore di insolazione in Italia compreso tra 1200 e1750 kWh/m2allanno presenta una differenza tra

nord e sud intorno al 40%.

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php


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Collettore solare

Un collettore formato essenzialmente da un contenitore(detto carter) nel quale sono inseriti una piastra captatrice

(assorbitore) solitamente in materiale metallico annerito(lamiera di acciaio o di rame o di alluminio), da una o pilastre di vetro poste al di sopra della piastra captatrice ad

una distanza variabile fra 1 e 2 cm e infine dal coibente

posto fra carter e piastra captatrice.

Il tipo di collettore pi comune il pannello pianocostituitoda: piastra assorbente,

condotti percorsi dal fluidotermovettore, lastra dicopertura trasparente (puessere assente), isolamentotermico posteriore e laterale,struttura di supporto econtenimento.

Collettore solare


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Collettore Solare

Il collettore solare un dispositivo capace di convertire la

radiazione solare in energia termica.

In esso si sfrutta il cosiddetto effetto serra: la radiazione

solare (di bassa lunghezza donda < 3 ) passaattraverso il vetro mentre la radiazione termica emessa

dalla piastra captatrice (di alta lunghezza donda ciocon> 3 ) resta bloccata dalla lastra di vetro.

Collettore Solare

I pannelli solari piani possono essere:

- vetrati o scoperti;

- ad aria;

- sottovuoto.


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Collettore SolarePannelli a superficie selettiva:

La superficie dell'assorbitore di calore viene sottoposta a trattamenti chimici

(ossidazione) o applicazione di particolari sostanze (ossidi neri di cromo o nickel)

selettive all'infrarosso.

Lirraggiamento viene meglio trattenuto e si riduce la riflessione.Hanno un ottimo rendimento anche durante la stagione invernale e il loro impiego consigliato quando si prevede di utilizzarli tutto l'anno (il costo pielevato).

Pannelli a superficie non selettiva:

La superficie dell'assorbitore di calore non subisce nessun trattamento specifico, ma

viene semplicemente verniciata in nero.

Il loro rendimento inferiore rispetto a quelli selettivi ed il loro impiego particolarmente indicato per le seconde case, utilizzate nei mesi estivi, e per le zone

con abbondante insolazione.

Ovviamente il costo inferiore rispetto ai pannelli a superficie selettiva.

Collettore Solare (7)

Pannelli con serbatoio integrato:

In questo tipo di collettori l'assorbitore di calore ed il serbatoio di

accumulo sono un tuttuno e l'energia solare scalda

direttamente l'acqua accumulata.

Sono molto comodi, compatti, economici e, essendo formati da

un unico blocco, di facile trasportabilited installazione.

Il loro rendimento inferiore ai casi precedenti ed sconsigliato

nelle zone dall'inverno lungo e rigido.

N.B. occorre verificare che il tetto sopporti il peso.


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Collettore Solare (8)

Pannello con serbatoio integrato

Perdite

Se il calore non viene asportato dal collettore sotto forma di energia utile,

la temperatura continua a salire finchguadagni e dispersioni sibilanciano. Questo significa che tutta la radiazione assorbita va perduta

sotto forma di dispersioni di calore. Questa temperatura viene anche

chiamata temperatura di stagnazione. Gicon unintensitdiradiazione di 50 W/m2il collettore si riscalda di 9,4 K al di sopra della

temperatura ambiente. Diventa quindi chiaro che allinterno di uncollettore con una radiazione media di circa 500-600 W/m2si possono

raggiungere temperature che possono creare problemi dal punto di vista

della sicurezza.


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Assorbitore

Per risolvere questo problema stato sviluppato lo stratoselettivo: la sua funzione di ridurre le dispersioni per re-

irradiazione al 10-15%.

Materiale fattore di

assorbimen

to a

fattore di

emissione

e

procedimento superifici

e

vernice

opaca

0,95 0,88 a pennello o a

spruzzo

non

selettiva

vernice

solare

0,95 0,86 a pennello o a

spruzzo

non

selettiva

Al2O

3

pigmentato

con Ni

0,90-0,92 0,10-0,18 galvanico selettiva

acciaio inox

con strato

selettivo

0,80-0,90 0,12-0,17 galvanico selettiva

Tinox,

sunselect,

black cristal

ecc.

> 0,90 < 0,10 vaporizzato

sottovuoto

oppure sputter

selettiva

Collettori ad aria

Sono collettori del tutto simili ai normali pannelli vetrati ma in questo

caso il fluido termovettore aria anzichacqua, aria che pu circolarefra vetro e assorbitore (alettato) oppure fra assorbitore e fondo del

pannello.


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Collettori a concentrazione

I collettori solari a concentrazione sono collettori concavi

progettati per ottimizzare la concentrazione dellenergiasolare in un punto ben determinato (fuoco). Questo tipo di

collettore, potendo raggiungere alte temperature (400-

600C), utilizzato per generatori solari o centrali elettro-solari.

Collettori sottovuoto

In ciascun tubo vetrato sottovuoto presente un assorbitore e un tubo in

cui scorre il fluido vettore.

Il vuoto possiede ottime capacitdicoibentazione eliminando

completamente le perdite di calore

per convezione.

Nonostante la temperatura degli

assorbitori raggiunga e superi i120C il tubo di vetro rimane freddo


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Collettori sottovuoto

Le superfici captanti sono molto piccole, cosicchanche leperdite per radiazione sono ridotte (la quantitdi calore

persa per radiazione dipende dall'area della superficiedisperdente).

Collettori sottovuoto: flusso diretto

Tubi coassiali

Tubi a U


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Collettori sottovuoto: heat pipe

Il tubo riempito con unalcool che evapora gi a basse

temperature. Allestremitsuperiore del tubo il caloreliberato dal processo dicondensazione viene ceduto alliquido termovettore chescorre nella parte superiore diraccolta. Lalcool, una volta

raffreddato e condensato,ricade, per gravit, sul fondodel tubo heat-pipe, ed pronto a ri-assorbire.

Fluidi termovettori

- fluidi a base d'acquaMiscele a base dacqua con fluidi antigelo (glicole etilenico,propilenico ecc.)

- fluidi diatermiciOli minerali proposti quali fluidi termovettori per risolvere iproblemi di corrosione riscontrati in alcuni metalli delle piastrecaptanti, ad opera dei fluidi a base d'acqua. Offrono il vantaggio dioperare in un arco di temperature molto ampio a pressioneatmosferica, conservandosi allo stato liquido (da -20C a 150Coppure da -5C a 3200C circa secondo la gradazione di viscosit).

Linconveniente maggiore costituito dalla viscosit elevata(pompe di circolazione di potenza maggiorata e portate di fluidopi elevate).


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Circolazione naturale

I sistemi a circolazione naturale sono molto semplici,

richiedono scarsa manutenzione e possono essererealizzati impiegando dei pannelli solari con basseperdite di carico.Il trasferimento del calore dai pannelli all'accumulo affidato ai naturali moti convettivi derivanti dalriscaldamento del fluido.Il serbatoio di accumulo dellacqua deve essere sempre

posizionato pi in alto del pannello ed a breve distanzadallo stesso.

Schema :

1)Valvola

2)serbatoio d'accumulo

3)condotto acqua calda

4)pannello

5)condotto dell'acqua

fredda



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Vantaggi:- Velocit di scambio termico commisurata alla differenzadi temperatura fra boiler di accumulo e pannelli.

- Nessuna circolazione inversa durante la notte.- Autoregolazione della circolazione.- Assenza di pompe di circolazione, centraline e sonde.- Installazione rapida ed economica.-Manutenzione ridotta al minimo.

Lapplicazione tipica della circolazione naturale laproduzione di acqua calda per uso sanitario per privatiper piccole utenze.


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Circolazione forzata

Il fluido, contenuto nel collettore solare, scorre nel circuitochiuso per effetto di una pompa comandata da una

centralina attivata, a sua volta, da sonde poste sulcollettore e nel serbatoio. Quando la temperatura deipannelli scende al di sotto di quella dellacqua in serbatoio,la pompa si arresta. Inoltre, quando il riscaldamentoindotto dai pannelli non soddisfa le condizioni impostate,ovvero, la temperatura dellacqua nel serbatoio nonraggiunge la temperatura desiderata in erogazione, lacentralina integra quella parte di energia termicamancante mettendo in funzione il sistema tradizionale acombustibile.


Gli elementi costitutivi di un impianto di questo tipo sono:

-collettore/i solare/i

-serbatoio di accumulo-scambiatori-centralina-sonde di temperatura-pompa di circolazione-vaso di espansione

-scambiatore di calore-valvole


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Schemi dimpianto


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Schemi dimpianto

Criteri di progetto

1) La superficie dei collettori solari pu essere calcolataconsiderando circa 1 m per persona avendo cura di

formare una superficie di raccolta di almeno due collettori.

2) Lorientamento dei collettori a SUD con piccoledeviazioni tollerate verso SE o SO.

3) Langolo di inclinazione dei collettori sullorizzontale pari alla latitudine L del luogo per un funzionamentocontinuo annuale mentre consigliato L+15per un

funzionamento principalmente invernale ed L-10per unfunzionamento prevalentemente estivo.


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Criteri di progetto

4) La scelta del tipo di collettore solare dipende anche dal

valore di insolazione disponibile sul posto. In generale sipu dire, per le nostre latitudini, che un collettore apiastra dipinta di nero e con una sola copertura di vetrosemplice va bene per un funzionamento annuale.Qualora si desideri avere un miglior funzionamentoprevalentemente invernale allora consigliabile uncollettore con vetro doppio. Luso di piastre con vernice

selettiva necessario solo per applicazioni che richiedonoelevate temperature (>50 C).

Criteri di progetto

5) Il campo dei valori ottimali per le dimensioni del serbatoio diaccumulo generalmente compreso tra 50 e 100 litri per m diarea captante.

6) Per i sistemi di produzione di acqua calda localizzati opportuno prevedere una resistenza elettrica ausiliaria di almeno2 kW.

7) E necessario isolare il serbatoio di accumulo con almeno 10cm di isolante termico (ad esempio lana di vetro) e ilrivestimento esterno deve essere in alluminio o in lamiera diacciaio galvanizzato. Un serbatoio da 300 litri non ben isolato puperdere 1200 kWh/anno.


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Criteri di progetto

8) Tutti i tubi di collegamento fra collettori e boiler debbonoessere coibentati con isolante termico di spessore di almeno5 cm.

9) Al fine di ridurre la potenza di circolazione opportunolimitare al massimo sia la lunghezza dei tubi che leresistenze concentrate mediante raccordi curvi non angolatie valvole a minore resistenza. La pompa di circolazione ha

di solito una prevalenza di 1000

2000 Pa.

Criteri di progetto

10) Il vaso di espansione ha una capacit di 1520 litri.

11) E necessario prevedere, una centralina di regolazione econtrollo collegata ai collettori e al boiler per impedire lacircolazione inversa parassita.

12) Per evitare il pericolo del congelamento invernale si pusvuotare limpianto, se questo non attivo, oppureaggiungere 1020% di glicole etilenico in modo da

abbassare il punto di congelamento del fluido refrigerante.


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Regole pratiche

Questa tabella vale per la produzione di acqua calda

sanitaria, inclinazione del tetto da 30 a 50 edorientamento Sud, Sud-Ovest, Sud-Est.

Persone Superficie captante

1-3 3 m

2-4 5 m

4-6 7,5 m

6-8 10 m

8-15 13 m

15-20 16 m


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Regole pratiche

Per ogni persona si calcolano al giorno :Comfort basso 35 L/personaComfort medio 50 L/personaComfort alto 75 L/persona

Persone Accumulo (Serbatoio)

1-3 150 200 litri

2-4 300 400 litri

4-6 400 500 litri

6-8 500 600 litri

8-15 700 800 litri

15-20 800 1000 litri

Disposizione collettori

La disposizione in parallelo da adottare ogniqualvolta sivogliano ottenere identiche caratteristiche di funzionamento

termico da ciascuno dei collettori posti in schiera; infatti, serispettata l'uniformit del flusso, ogni collettore dellabatteria fornisce un uguale salto di temperatura fra ingressoed uscita.


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Disposizione inparallelo su pischiere dicollettori:


Disposizione in serie - parallelo su pi schiere dicollettori:


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La disposizione dei collettori a sola serie scarsamente

utilizzata a causa della penalizzazione di efficienzaprovocata sui collettori finali della schiera e dall'eccessivoaumento delle perdite di carico.

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