VADEMECUM | COLLETTORE SOLARE TERMICO PIANO O SOTTOVUOTO, QUALE SCEGLIERE
VADEMECUM | COLLETTORE SOLARE TERMICO PIANO O SOTTOVUOTO, QUALE SCEGLIERE
Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore contraddiguendosi così da un pannello fotovoltaico, che trasforma la luce del sole in corrente elettrica. I Collettori Solari Termici presenti oggi sul mercato si possono dividere in due categorie principali:
Collettori Vetrati Piani
Collettori a Tubi Sottovuoto tipo Heat-Pipe
L’elemento principale di tutti i collettori solari termici è l’assorbitore ovvero, l’elemento che ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente per trasformarla in calore. L’assorbitore è solitamente composto da un metallo con buona conducibilità termica (rame o alluminio) poichè dovrebbe riuscire a convertire in calore il più possibile della frazione di radiazione solare incidente.
Oggi giorno sia i collettori solari piani che quelli a tubi sottovuoto sono dotati di assorbitori rivestiti con uno speciale strato selettivo in grado di massimizzare l’assorbimento ed al contempo di minimizzare la dissipazione del calore per emissione. Gli strati selettivi possono essere ottenuti con procedimento galvanico (cromo, alluminio con pigmentazione al nickel) oppure applicati sotto vuoto.
Una volta catturata la radiazione solare, l’assobitore cederà il calore assorbito ad un fluido termovettore (acqua e glicole) attraverso uno scambiatore per poi trasportarlo ad un apposito serbatoio di accumulo termico (bollitore o termoaccumulatore) rendendo l’energia assorbita disponibile in forma di acqua calda.
Per ridurre le dispersioni termiche e per migliorare il rendimento del collettore solare termico, l’assorbitore viene isolato termicamente dall’ambiente esterno.
Le principali differenze tra i collettori solari termici ed i collettori solari a tubi sottovuoto tipo Heat- Pipe sono:
La modalità di assorbimento della radiazione solare
La modalità di realizzazione dell’isolamento termico dell’assorbitore con l’ambinete esterno
ASSORBITORE E TRATTAMENTO SELETTIVO
L’Assorbitore con il suo Trattamento Selettivo è il cuore di ogni Collettore Solare Termico poichè consente al Collettore Solare di massimizzare la captazione della radiazione solare incidente raggiungendo percentuali di captazione fino al 80-95% minimizzando al contempo le perdite per riflessione fino ad un 10-15%
COLLETTORE VETRATO PIANO
 | COME FUNZIONA Il Collettore Solare Vetrato Piano sfrutta il cosiddetto effetto serra ovvero, la radiazione solare (di bassa lunghezza d’onda) passa attraverso il vetro (1) arrivando all’assorbitore (2) mentre la radiazione termica emessa dalla piastra captatrice (di alta lunghezza d’onda superiore) resta imprigionata all’interno del collettore stesso grazie alla lastra di vetro ed al materiale coibente sia posteriore che laterale presenti all’interno della struttura (3). Una volta imprigionato nel collettore solare, il calore captato dall’assorbitore viene trasferito al fluido termovettore per mezzo dello scambiatore (4) saldato posteriormente all’assorbitore stesso |
Nel caso in cui il calore non dovesse essere asportato dal collettore sotto forma di energia utile, la temperatura continuerebbe a salire fino ad arivare al punto di equilibrio tra calore captato e disperso. Questa temperatura viene anche chiamata temperatura di stagnazione.
COLLETTORE A TUBI SOTTOVUOTO TIPO HEAT-PIPE
| COME FUNZIONA Il Collettore Solare a Tubi Sottovoto tipo Heat Pipe sfrutta in modo efficace la quantità totale di radiazione solare prodotta dal collettore ogni giorno. In un collettore tipo “Heat Pipe” l’energia captata dall’assorbitore (1) provoca il passaggio da liquido a vapore del fluido contenuto nell’Heat-Pipe, vapore che poi sale all’interno del tubo in rame fino a raggiungere il bulbo condensatore (2) ove, per effetto della condensazione, torna allo stato liquido cedendo al fluido termo-vettore che scorre in un apposito scambiatore di calore accuratamente coibentato (3) il calore precedentemente assorbito. Una volta condensato il fluido contenuto nell’heat pipe ricade in basso per ripetere nuovamente il ciclo. Ogni tubo sottovuoto è strutturato con 2 tubi di vetro: un tubo esterno in vetro borosilicato molto rigido, capace di resistere ad una grandine maggiore di 30mm di diametroed un tubo interno anch’esso realizzato di vetro borosilicato ma coperto con uno speciale rivestimento selettivo ( AL – N AL) con eccellenti caratteristiche di assorbimento e proprietà minima di riflessione di calore |
Questo collettore è la soluzione ideale per ottimizzare a pieno le prestazioni del pannello solare in quanto sfrutta in modo efficace la quantità totale di radiazione solare prodotta dal collettore ogni giorno. Inoltre i raggi solari attraversa-no i tubi ad un angolo che è perpendicolare alla loro superficie riducendo così le perdite per riflessione. L’aria aspirata tra i due vetri forma il sottovuoto grazie al quale vengono minimizzate le perdite di calore conduttivo e convettivo. Per ottenere il sottovuoto tra i due strati di vetro,è utilizzato un anello di bario (lo stesso dei tubi catodici delle televi-sioni). Durante la produzione questo anello è esposto ad alte temperature che causano nel fondo del tubo una copertura con uno strato puro di bario.
RENDIMENTI A CONFRONTO
Il rendimento di un collettore solare esprime la sua capacità di captare la radiazione solare trasferendola al fluido termo-vettore. I test elencati negli standard EN 12975-1 ed EN 12975-2 2006 necessari per il conseguimento del certificato “Solar Keymark”, permettono di effettuare un confronto reale del rendimento tra i vari collettori commercializzati in territorio Europeo. Tale rendimento “normalizzato” vene confrontato mediante la seguente formula:
Dove:
tm = Temperatura media nel collettore (°C)
ta = Temperatura aria ambiente (°C)
G = Intensità radiazione solare (W/m2)
h(Tm) = Rendimento
h0 = Efficienza ottica caratteristica del collettore
a1 = Coefficiente angolare caratteristico dell’assorbitore (W / K m2)
a2 = Off-set caratteristico dell’assorbitore (W / K2 m2)
Grafico sottostante mette a confronto le curve di rendimento del pannello solare piano con quello del pannello solare tipo heat pipe evidenziando come quest’ultimo sia in grado di mantenere una maggiore costanza prestazionale in ogni condizione climatica.
Proprio questa maggiore costanza prestazionale rende il collettore solare tipo heat pipe più idoneo ad un utilizzo nei sistemi che prevedono non solo la produzione di ACS, bensì anche una integrazione al riscaldamento.
QUALE TECNOLOGIA SCEGLIERE
Nonostante il consistente calo di rendimento inevitabile nei periodi più rigidi dell’anno, i Collettori Solari Vetrati Piani sono ancora oggi la tipologia più diffusa ed affermata sul mercato poichè adatti a tutte le località e a tutti i periodi dell’anno e possono essere utilizzati efficacemente per:
Riscaldamento ACS
Riscaldamento e raffrescamento degli ambienti
Riscaldamento dell’acqua per processi industriali a bassa temperatura
I collettori a tubi sottovuoto offrono alti risultati in termini di efficienza e di prestazioni in giornate di tempo nuvoloso, ove il sole non irradia in modo particolare. Questo perché i tubi assorbono la frazione di raggi infrarossi che attraversano le nuvole. In presenza di vento e di basse temperature i collettori solari sottovuoto offrono prestazioni migliori se comparati ai collettori solari vetrati piani con rendimenti medi annui di circa il 10-20% superiori al collettore solare piano. Il tutto grazie alle proprietà d'isolamento del sottovuoto. Questi collettori solari sono particolarmente indicati per località con clima rigido.
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