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Energia solareL’energia solare

Il sole è fonte di luce e calore, necessari per la vita sulla terra. Uomini, piante ed animali non potrebbero esistere senza il sole, la cui energia è quasi inesauribile, se prendiamo come riferimento il tempo e lo spazio dell’essere umano. Il sole risplende ormai da più di 4 miliardi di anni e continuerà a farlo per un lasso di tempo altrettanto lungo.

  • Il sole: fonte d’energia
  • Sfruttamento termico passivo dell’energia solare
  • Sistema a corrente elettrica solare
  • Sfruttamento termico attivo dell’energia solare
  • Contributo dell’energia solare al riscaldamento degli ambienti
  • Riscaldamento delle piscine

Il sole: fonte d’energia

In un anno il sole invia alla superficie terrestre 795.000 * 1012 kWh. Nel 1989 il consumo d’energia primaria di tutto il pianeta si aggirava intorno ai 82,83*1012 kWh. Da ciò si evince che il sole invia alla terra un’energia 10.000 volte superiore a quella necessaria. Se questo calcolo viene effettuato solo sulle terre emerse, ossia a circa il 29 % della superficie terrestre, l’energia inviata sarebbe comunque superiore di 2.900 volte a quella necessaria; persino una regione molto popolosa avrebbe a disposizione sufficiente energia solare.
Lo sfruttamento dell’energia solare ha dimostrato già da tempo la sua affidabilità in numerosi settori. Lo sviluppo tecnico ed il costo sempre crescente dell’energia vanno a favore dell’energia solare che offre i seguenti vantaggi:

  • è inesauribile
  • non presenta emissioni di sostanze nocive
  • è versatile ed utilizzabile in molti settori

Sfruttamento termico passivo dell’energia solare

Attraverso accorgimenti strutturali (per es. finestre e giardini d’inverno) è possibile sfruttare l’energia solare in modo passivo, per es. riscaldando parzialmente un edificio. Questo sistema viene definito “passivo” perché non necessità di nessun’altra forma di energia alternativa. (come l’azionamento di pompe) e la funzione di accumulatore d’energia viene assunta da ampi elementi strutturali (come mura, soffitti e pavimenti).
Gli edifici a basso consumo energetico presentano un ottimo isolamento termico di tutti gli elementi esterni che riduce notevolmente la dispersione di calore e ottimizza lo sfruttamento passivo dell’energia solare. Questi edifici consentono una riduzione dei consumi fino al 50%.

Sistemi solari ad aria

Il sole non è solo utile per riscaldare l’acqua per la doccia: particolarmente efficaci, infatti, sono i sistemi solari ad aria. L’aria viene riscaldata all’interno di un collettore e introdotta nell’ambiente. Questi sistemi sono in grado di funzionare a temperature molto basse ed hanno dimostrato un elevato rendimento durante tutto l’anno, producendo energia sotto forma di aria calda persino in presenza di scarso irraggiamento solare e rivelandosi, quindi, ideali soprattutto nelle mezze stagioni e in inverno. In estate un sistema solare ad aria è particolarmente adatto a riscaldare l’acqua per uso domestico.
Questo sistema consente di risparmiare energia e, proporzionalmente al ricambio d’aria, migliora le condizioni igieniche all’interno dell’edificio. L’aerazione dei locali, infatti, assicura un’aria più sana e riduce notevolmente la proliferazione di acari e muffe (vedi capitolo aerazione).

Ecco tutti i vantaggi di un sistema solare ad aria:

  • un sistema utilizzabile tutto l’anno
  • sensibile riduzione dell’utilizzo del riscaldamento convenzionale
  • aerazione efficace
  • migliore qualità dell’aria nell’ambiente

Sistema a corrente elettrica solare

È ormai un luogo comune affermare che per un’abitazione la corrente elettrica solare è molto più costosa di quella convenzionale. Tra i fattori di costo però dovrebbero essere contemplate le spese di infrastrutturazione del terreno e di allacciamento alla rete di fornitura dell’energia elettrica, troppo spesso dimenticate nell’ambito di un calcolo più generale dei costi energetici. Il sistema fotovoltaico (FV), invece, può essere una vera alternativa qualora un edificio venga adeguatamente progettato e dimensionato. Tuttavia anche per chi desidera cambiare il sistema d’alimentazione esistono delle alternative economiche. Un impianto fotovoltaico per l’utilizzo dell’energia solare consente di ricavare energia dalla luce del sole attraverso l’installazione di celle solari che trasformano in corrente elettrica fino al 17% dell’energia solare catturata. Nel caso in cui fosse necessaria una potenza maggiore, svariate celle vengono accorpate in un unico modulo. Gli impianti fotovoltaici sono molto resistenti e non necessitano di manutenzione.
Gli utenti lontani dalla rete d’alimentazione elettrica (per es. serre o case per le vacanze) possono ricavare energia elettrica da un impianto FV utilizzando batterie a piombo come accumulatori d’energia. Per alimentare una casa per le vacanze o una piccola baita sono sufficienti i sistemi a corrente continua e bassa tensione (12 V o 24 V). Gli impianti FV possono essere collegati alla rete elettrica pubblica tramite invertitori adeguati. In questo caso non è necessario l’accumulatore.

Energia solare

Sfruttamento termico attivo dell’energia solare

Per trasformare l’energia solare in calore vengono utilizzati i collettori solari. Un assorbitore solare nero all’interno del collettore cattura i raggi solari e li trasforma in calore. Un termovettore passa attraverso l’assorbitore, si riscalda e trasporta l’energia solare laddove è richiesta. Nel settore privato il riscaldamento dell’acqua ad uso domestico è uno degli utilizzi più comuni dell’energia solare. Un buon impianto solare può coprire 2/3 del fabbisogno domestico annuo di energia necessaria alla fornitura di acqua calda. I sistemi più diffusi sono gli impianti solari a due elementi combinati con una pompa di circolazione. I collettori più comuni sono quelli piatti (involucro termicamente isolato, coperto da una lastra di vetro) ed i collettori con tubi a vuoto (tubi in vetro a vuoto con rendimento maggiore rispetto ai collettori piatti).
Quasi tutti i collettori vengono installati sul tetto anche se talvolta possono essere montati in giardino o su un muro. I collettori sono formati da tubi collegati ad un accumulatore solare solitamente collocato in cantina. Un sistema di comando mette in funzione la pompa di circolazione che trasporta il calore dal collettore all’accumulatore. Sul mercato però esistono anche sistemi più semplici, i cosiddetti collettori ad accumulatore nei quali collettore e accumulatore sono riuniti in un unico componente: sistema di comando, pompa e tubi di collegamento non sono più necessari. Le dimensioni di un impianto solare devono essere proporzionali al fabbisogno di acqua calda. Per una famiglia di 4 persone si calcola un fabbisogno giornaliero di 200 lt. Per garantire la fornitura di 2/3 di questo fabbisogno sono necessari ca. 6 m² di collettori piatti o 4,5 m² di collettori con tubi a vuoto. Il volume dell’accumulatore solare dovrebbe essere pari al doppio del fabbisogno giornaliero di acqua calda.

Il montaggio dei collettori può essere eseguito in tre modi diversi:

Sul tetto: in montaggio viene effettuato sulle tegole mantenendo il tetto intatto.
Nel tetto: le tegole vengono spostate o eliminate ed il collettore viene integrato a tenuta stagna nel rivestimento del tetto. A questo scopo esistono sistemi di montaggio prefabbricati.
Posizionamento libero: con l’ausilio di apposite strutture di montaggio collocate sul suolo o su un tetto piatto. In questo caso è necessario rispettare un determinato grado d’inclinazione.
Con i collettori piatti si possono adottare tutte e 3 le tecniche di montaggio, i collettori con tubi a vuoto richiedono un montaggio sul tetto o il posizionamento libero. Questa tecnica è indicata anche per i collettori ad accumulatore che, in caso di montaggio sul tetto, devono essere integrati a tenuta stagna nel rivestimento.

Costo dei collettori solari

I costi variano molto, perciò desideriamo darvi solo alcune indicazioni:

  • gli impianti a collettori piatti con accumulatore e sistema di comando vanno da 3.000 a 4.500 Euro; comprensivi di montaggio, i costi si aggirano tra i 5.000 ed i 7.000 Euro.
  • per i collettori con tubi a vuoto il costo aumenta di ca. 1.000 - 1.500 Euro.
  • i collettori con accumulatore hanno un costo, comprensivo di montaggio, che si aggira tra i 4.500 ed i 7.000 Euro.

In rapporto alla superficie del collettore, gli impianti termici solari di grosse dimensioni sono più economici rispetto a piccoli sistemi per case mono o bi-familiari.
Qualora si proceda ad una nuova installazione di un impianto di riscaldamento in edifici vecchi sarebbe consigliabile integrarvi un impianto solare.

Contributo dell’energia solare al riscaldamento degli ambienti

Per contribuire efficacemente al riscaldamento di un ambiente con l’energia solare si possono abbinare ampi collettori solari ad un accumulatore a tampone, consigliabile in particolar modo quando quest’ultimo è un elemento di un altro sistema di riscaldamento (per es. riscaldamento a legna).

Riscaldamento delle piscine con energia solare

Nel riscaldamento delle piscine l’offerta d’energia solare ed il fabbisogno di calore sono conformi. In questo caso come collettore vengono usati assorbitori in plastica solitamente privi di vetro, molto economici, efficaci e tecnicamente semplici. A seconda della zona in cui si trovano, le piscine all’aperto possono essere riscaldate con pannelli solari per quasi tutta la stagione balneare. Spesso non è necessario un impianto di riscaldamento aggiuntivo ad olio combustibile o gas, molto costosi.