Come Produrre Calore per Casa con il Sole

La tecnologia per l’utilizzo termico dell’energia solare fa continui progressi e ha ormai raggiunto, oltre a un’altissima affidabilità, anche una certa convenienza economica, in particolar modo nel nostro paese, che gode di condizioni climatiche più che favorevoli. Lo sfruttamento dell’energia solare per produrre calore avviene con due diverse tecnologie
-le tecnologie a bassa temperatura, riguardano i sistemi per la produzione di acqua calda sanitaria o per riscaldamento degli ambienti negli edifici civili, tramite i pannelli solari
-le tecnologie a media e alta temperatura, le prime sono applicate ai forni solari, che interessano soprattutto paesi tecnologicamente arretrati. Le seconde, invece, sono i cosiddetti sistemi a concentrazione parabolici lineari o puntuali, che permettono la produzione di calore a elevata temperatura oppure di elettricità; sono destinati per lo più ad applicazioni industriali che si prevedono in crescita per il futuro.

L’applicazione più diffusa in ambito domestico è attualmente quella per riscaldare l’acqua sanitaria, 1 m2 di collettore solare può scaldare a 45-60 °C tra i 40 e i 300 litri d’acqua in un giorno, a seconda della sua efficienza (che varia in base alle condizioni climatiche e alla tipologia di collettore).
Insomma, un piccolo impianto solare termico è in grado di fornire acqua calda a un’intera famiglia in tutte le giornate di sole, senza alcun consumo energetico, con il vantaggio di poter spegnere la caldaia durante l’estate e di ridurne il lavoro nelle stagioni più fredde. Risulta essere evidente il rispetto che sia rispetto al classico scaldabagno elettrico, relativamente al quale è possibile leggere questa guida su Scaldabagno.net, che è uno degli elettrodomestici con maggiore consumo elettrico.

Come funzionano

I pannelli solari accumulano calore secondo il principio dell’effetto serra, di cui ci capita di sperimentare le conseguenze nella nostra automobile ogni volta che, aprendola dopo averla parcheggiata per ore sotto il sole, la troviamo trasformata in “un forno”. Questo avviene perché la luce solare, passando attraverso un materiale fotoassorbente, come una lastra di vetro o di plastica, si trasforma in raggi infrarossi, cioè in calore; quest’ultimo resta intrappolato all’interno dalla lastra, raggiungendo facilmente temperature intorno ai 95 °C. Dei collettori, costituiti da piastre metalliche annerite, accumulano il calore del sole fino a raggiungere alte temperature e poi lo trasmettono a una serpentina di rame contenente acqua.

Le caratteristiche di un impianto

La tipologia dei collettori solari termici varia molto in termini di costo e di prestazioni. Inoltre, dato che l’energia solare non è costante, essi non possono fornire tutta l’energia necessaria, che andrebbe integrata dalle prestazioni di una normale caldaia. Perciò i pannelli solari vanno considerati un’integrazione delle tecnologie tradizionali. La percentuale di energia termica prodotta annualmente da un collettore solare termico prende il nome di fattore di copertura del fabbisogno termico annuo.
Nell’Italia centrale, per un sistema che ottimizzi il rapporto costi/energia prodotta, questo fattore non supera il 65%, un limite comune a moltissime tecnologie basate su fonti rinnovabili. Perciò un collettore solare termico per la produzione di acqua calda sanitaria dimensionato correttamente viene progettato per soddisfare il 60-65% del fabbisogno termico. Per evitare che il collettore solare sia antieconomico, è fondamentale che il progetto sia ben fatto e che le applicazioni siano corrette.

Prendiamo l’esempio di quanto richiesto dall’impianto più comune, cioè quello per produrre acqua calda. Per garantire la costante disponibilità di acqua alla giusta temperatura (qualunque siano il consumo e le condizioni climatiche):
-il sistema solare va integrato con una caldaia di accumulo tradizionale. In caso di maltempo, allo scendere della temperatura dell’acqua sotto i 40 °C, un termostato fa scattare automaticamente l’alimentazione a gas e il serbatoio funziona come un normale boiler fino al ritorno del sole;
-oltre a disporre di impianti integrativi, che intervengano quando fa troppo freddo, è necessario poter immagazzinare l’energia termica raccolta, per utilizzarla quando serve
-è necessario ottimizzare il trasferimento di calore dai collettori all’accumulatore e da questo all’utilizzatore
-il sistema deve essere regolato per sfruttare al meglio l’energia solare tramite l’uso di energia alla minima temperatura possibile.

Può succedere che i sistemi solari lavorino al di sotto delle proprie capacità. In questi casi il funzionamento dell’impianto integrativo (che si attiva come sistema di emergenza) può nascondere il loro malfunzionamento, che diviene evidente solo con il lievitare delle bollette. Invece, durante la sua vita, l’impianto deve ammortizzare il proprio costo e garantire un risparmio. Di conseguenza, è importante, da un lato, rivolgersi a un buon progettista/fornitore, dall’altro, che il tecnico scelto si assuma la responsabilità del buon funzionamento dell’impianto e della sua manutenzione.

Installazione e manutenzione

L’impianto solare termico va realizzato da specialisti, in grado di progettare attentamente le dimensioni. Per calcolarle, non si deve tener conto dei metri quadrati della casa, ma del prevedibile consumo di acqua calda: perciò quello che interessa è il numero dei membri della famiglia, ciascuno dei quali consuma, mediamente, dai 30 ai 50 litri al giorno. Per fornire acqua calda a una famiglia di 3-5 persone, in genere, è necessario installare una superficie di 3-4 m2 di pannelli solari. Siccome il pannello solare ha una resa minore se il clima è nuvoloso, per poter disporre sempre di acqua calda, è indispensabile che nel serbatoio sia inserita anche una resistenza elettrica con termostato tarato a circa 40 °C.

Se nella casa esiste già una caldaia istantanea a gas a controllo elettronico per la produzione dell’acqua calda sanitaria, si può collegare il sistema solare all’impianto termico esistente, al quale fornirà acqua preriscaldata. Con questa soluzione si risparmia sul consumo di gas e si dispone di acqua calda senza limiti, utilizzando al massimo le capacità del pannello solare. Per ottimizzarne la resa, quando si installano i pannelli bisogna rispettare alcune condizioni:
-orientare i pannelli verso sud (oppure con deviazioni fino a 15° da sud, con inclinazioni maggiori di queste si possono comunque ottenere buoni rendimenti, ma inferiori)
-assenza di elementi che oscurino il sole (per esempio alberi alti e frondosi o edifici);
-massima vicinanza possibile fra i pannelli e il punto dell’utenza
-giuste distanze fra i collettori per evitare che si ombreggino a vicenda.

Nelle case di nuova costruzione si può anche realizzare un impianto solare verticale sulla parete esposta a sud, costituito di un circuito chiuso e protetto dal gelo. Le operazioni di manutenzione saranno differenti a seconda che l’impianto sia del tipo a circolazione naturale o a circolazione forzata.

Tipi di impianto

I sistemi solari per la produzione di acqua calda a bassa temperatura si suddividono in impianti a circolazione forzata e a circolazione naturale; inoltre possono essere individuali o centralizzati. Centralizzare gli impianti è la scelta energeticamente migliore.

Per dimensionare bene i sistemi termici solari centralizzati, la progettazione deve considerare vari fattori:
-condizioni climatiche nel corso dell’anno e radiazione solare disponibile
-consumo previsto di energia o di acqua calda
-tipo di impianto ed efficienza dei collettori, rischi di dispersioni termiche
-costi e previsioni di resa (anche in rapporto ai prezzi dei carburanti)
-durata prevista del sistema.
Gli elementi da studiare sono quindi diversi.