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Sistemi Solari Termici - I parte

Pubblicato da in Efficienza Energetica ·
Tags: SistemiSolariTermici



L’energia solare è una fonte energetica rinnovabile e accessibile tramite tecnologie oggi ampiamente diffuse, quali i sistemi solari termici e i sistemi solari fotovoltaici. I primi rendono disponibile l’energia solare sotto forma di acqua (o talvolta aria) calda, mentre i secondi sotto forma di elettricità. Nel presente articolo verranno illustrati gli elementi essenziali della tecnologia solare termica, con particolare riferimento alle applicazioni nel settore residenziale.

L’energia solare non è solo una fonte energetica rinnovabile ma è anche la sorgente da cui derivano, direttamente o indirettamente, la maggior parte di fonti energetiche rinnovabili di cui disponiamo:
- l’energia idroelettrica deriva dal sole tramite il “ciclo dell’acqua”;
- le biomasse derivano dal sole tramite il fenomeno della “fotosintesi clorofilliana”;
- il vento deriva dal sole tramite il meccanismo del “gradiente termico tra poli e equatore”.
Non sono invece di origine solare la geotermia, originata dal calore endogeno della Terra, e le maree, originate dall’interazione gravitazionale Terra-Luna.

Come ogni risorsa, l’energia solare presenta vantaggi e svantaggi, che ne rendono non sempre conveniente l’utilizzo. Tra i vantaggi il principale è la disponibilità sulla superficie terrestre, con intensità variabile in funzione della latitudine. Tra gli svantaggi il principale è la discontinuità su base giornaliera (alternanza giorno/notte) e la variabilità su base annuale (ciclo delle stagioni), oltre all’effetto penalizzante dovuto ai fenomeni meteorologici.

Da queste considerazioni si deduce che in generale la convenienza ad utilizzare l’energia solare è più elevata dove è maggiore la disponibilità della risorsa. Si deduce inoltre che per accoppiare vantaggiosamente una produzione energetica “discontinua” con un consumo energetico “variabile” è indispensabile utilizzare un dispositivo di stoccaggio in cui accumulare energia quando la produzione è più elevata del consumo e viceversa da cui prelevare energia quando il consumo è più elevato della produzione. I dispositivi di stoccaggio maggiormente diffusi sono i serbatoi di acqua, per i sistemi solari termici, e le batterie elettriche, per i sistemi solari fotovoltaici. Se un sistema fotovoltaico è connesso alla rete elettrica, è la rete stessa a funzionare come dispositivo di stoccaggio.

I pannelli solari termici possono essere ricondotti a due categorie di riferimento: i pannelli a piastra piana e i pannelli a tubi sottovuoto. In linea di principio i pannelli a piastra piana sono più economici ma meno efficienti, mentre quelli a tubi sottovuoto sono più costosi ma più efficienti. Per applicazioni nel settore residenziale l’analisi costi-benefici porta generalmente a preferire la tipologia a piastra piana.

La posizione di un qualunque pannello solare termico può essere descritta geometricamente tramite due angoli: l’angolo di azimuth, ovvero lo scostamento dell’asse mediano del pannello rispetto alla direzione nord-sud, e l’angolo di tilt, ovvero l’inclinazione del piano del pannello rispetto al piano orizzontale.

Convenzionalmente l’angolo di azimuth ha valore 0° se il pannello è rivolto verso sud e ha valore 180° se il pannello è rivolto verso nord. Similmente l’angolo di tilt ha valore 0° se il pannello è in posizione verticale e ha valore 90° se il pannello è in posizione orizzontale.

Con riferimento all’emisfero settentrionale, il posizionamento orizzontale ottimale di un pannello è con angolo di azimuth 0°, ovvero verso sud. Ciò è logico, se si considera il moto apparente del Sole rispetto alla Terra. Sempre con riferimento all’emisfero settentrionale, il posizionamento verticale ottimale di un pannello è con angolo di tilt funzione del periodo prevalente di utilizzo:
- inclinazione circa 30° per utilizzo prevalente durante il periodo estivo, quando il sole durante le ore centrali della giornata è “alto sull’orizzonte”;
- inclinazione circa 60° per utilizzo prevalente durante il periodo invernale, quando il sole durante le ore centrali della giornata è “basso sull’orizzonte”;
- inclinazione circa 45° (o altrimenti pari alla latitudine della località) per utilizzo durante l’intero arco dell’anno.
Anche ciò è logico, se si considera il moto apparente del Sole rispetto alla Terra.

I criteri descritti sono validi per contesti privi di ostruzioni, quali edifici o alberi circostanti. E’ comunque sempre opportuno verificare, specie in contesti urbani ad alta densità, che la superficie di installazione dei sistemi solari termici non risenta eccessivamente delle eventuali ombre portate da questo genere di ostruzioni.



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