Come funziona un impianto solare Termico
Il cuore del sistema è costituito dal collettore solare (pannello) che converte in calore l’energia della luce che penetra al suo interno.
Il collettore solare vetrato piano, caratterizzato dalla presenza di un’intercapedine tra una superficie trasparente ed una piastra assorbente, è di gran lunga il più utilizzato per riscaldare l’acqua a temperature medie di utilizzo comprese tra 45-65 C°.
Sul mercato esistono anche altre tipologie con le seguenti caratteristiche:
• Collettori non vetrati scoperti, semplicemente realizzati con tubi in materiale plastico; sono molto economici, ma forniscono prestazioni accettabili solo se utilizzati durante la stagione estiva.
• Collettori sottovuoto; sono realizzati eliminando l’aria nell’intercapedine. In tal modo, si riducono le perdite ed è possibile operare in ambiente più freddo e con temperatura del fluido riscaldato più elevate (70-80 C°). Essi raggiungono un’alta efficienza, pagata con un maggior costo dei componenti.
La radiazione solare attraversa la copertura trasparente, giunge alla piastra assorbente, e trasmette calore sia all’acqua (energia utile) che all’ambiente esterno (perdite).
Un collettore ben progettato, minimizza l’assorbimento della radiazione incidente mediante il trattamento della piastra con vernici selettive, e riducendo le perdite, realizzando un “effetto serra”
all’intercapedine del collettore stesso ed isolando le superfici laterali ed inferiore.
Il fluido scaldante è generalmente acqua oppure una miscela di acqua e sostanza antigelo.
Un sistema solare termico, oltre che i collettori, necessita di tubazioni e altri componenti per rendere il fluido riscaldato disponibile agli utilizzatori.
Attualmente, la quasi totalità degli impianti esistenti realizzano un circuito chiuso, nel quale il fluido scorre isolato, cedendo il calore destinato all’utenza attraverso lo scambiatore.
Configurazioni d’impianto
La configurazione d’impianto fin’ora più utilizzata in Italia è stata quella a circolazione naturale o a “termosifone” nella quale, un serbatoio di accumulo, dotato al suo interno di uno scambiatore, viene posto al disopra del collettore stesso. La circolazione del fluido è garantita dalla differenza di pressione tra il ramo freddo e caldo del circuito. E’ una soluzione impiantistica, interamente installata in esterno, semplice, compatta ed economica, adatta per piccoli impianti situati in località con caratteristiche climatiche miti o per un utilizzo prevalentemente estivo.
Per impianti di taglia medio grande e in previsione di utilizzo durante tutto l’anno, è senz’altro da preferire lo schema a circolazione forzata con pompa di ricircolo del fluido, che permette completamente di svincolare completamente il posizionamento dei collettori e del sistema di accumulo. Naturalmente un sistema energetico, basato su una fonte rinnovabile aleatoria e non costante nel tempo come il sole, necessita di un sistema integrativo di tipo convenzionale per garantire la continuità nella produzione del calore. A tale fine, possono essere integrati nell’impianto i sistemi tradizionali di produzione del calore, quali:
• Resistenze elettriche, installate direttamente nel boiler;
• Caldaie istantanee a gas che riscaldano l’acqua in uscita dal boiler;
• Caldaie tradizionali che tengono in temperatura l’acqua nel serbatoio mediante uno scambiatore di calore posto nella parte superiore del serbatoio stesso.
In definitiva, un impianto, oltre ai collettori, comprende:
• Un serbatoio di accumulo
• Uno o più scambiatori di calore
• Una pompa di ricircolo e relativa centralina di comando (se l’impianto non è a circolazione naturale)
• Un sistema integrativo del calore di tipo tradizionale (gas, elettricità, biomasse)
• Valvole ed altri componenti per la sicurezza
Principali applicazioni
Le applicazioni di sistemi solari termici in ambito civile sono:
• Produzione di acqua calda sanitaria (ACS) ad uso domestico e nel terziario (alberghi, palestre, uffici etc.)
• Riscaldamento piscine (coperte e scoperte)
• Riscaldamento degli ambienti d’inverno
• Raffrescamento degli ambienti in estate (quest’ultima applicazione è attualmente in fase di ricerca e sviluppo)
La produzione di acqua calda sanitaria tramite collettori vetrati piani è senza dubbio l’applicazione più comune e diffusa: normalmente con l’energia solare, si riesce a coprire circa il 60-80% del fabbisogno del bisogno domestico annuo.
L’impiego di collettori non vetrati scoperti è particolarmente indicato per gli impianti utilizzati soprattutto d’estate, come le piscine scoperte (il 70-90% del fabbisogno termico può essere fornito dal sole). Interessanti risultati si ottengono con il riscaldamento degli impianti, soprattutto in zone con un esteso periodo di utilizzo del riscaldamento e in edifici con buone caratteristiche d’isolamento termico. In ogni caso, a causa dello sfasamento tra disponibilità del sole e periodo della richiesta, non è conveniente spingersi oltre il 25-30% di copertura del fabbisogno termico.
Luoghi di Installazione
I collettori solari possono esser collocati su qualsiasi pertinenza dell’immobile di proprietà dell’utente. La decisione in merito alla fattibilità tecnica si basa sull’esistenza nel sito d’installazione dei seguenti requisiti, che dovranno essere verificati dal progettista/installatore in sede di sopralluogo:
• Disponibilità dello spazio necessario ad installare i pannelli
• Corretta esposizione ed inclinazione della suddetta superficie
Le condizioni ottimali per l’Italia sono:
• Esposizione SUD, accettata anche SUD-EST, SUD OVEST con limitata perdita di produzione.
• In caso di uso costante durante l’inverno, inclinazione pari alla latitudine del luogo +/-5°
• In caso di uso prevalentemente estivo, inclinazione pari alla latitudine del luogo diminuita di 10-15°
• In caso di uso prevalentemente invernale, inclinazione peri alla latitudine del luogo aumentata di 10-15°
• Assenza di ostacoli in grado di creare ombreggiamento
Criteri di dimensionamento
Il dimensionamento di un impianto solare termico è il risultato del bilanciamento tra la produttività dell’impianto e i fabbisogni termici dell’utenza. La produzione termica utile annua di un impianto solare, caratterizzato da una determinata superficie captante, può essere stimata abbastanza accuratamente attraverso il calcolo che tiene conto di:
• La radiazione solare annuale del luogo, che può essere correttamente valutata in tutto il mondo
• Fattore di correzione calcolato sulla base dell’orientamento, dell’angolo d’inclinazione dell’impianto ed eventuali ombre temporanee
• Le prestazioni tecniche dei pannelli solari, dei boiler, degli altri componenti dell’impianto e dell’efficienza del sistema di distribuzione
• Il grado di contemporaneità tra produzione del calore e fabbisogno dello stesso dalla parte dell’utenza
I fabbisogni termici dell’utenza devono essere attentamente calcolati in relazione al tipo di applicazione: produzione di acqua calda sanitaria, integrazione al riscaldamento ambiente, riscaldamento piscina
Ciclo vitale dell’impianto
Nelle analisi tecniche ed economiche, si usa accreditare l’impianto di una vita complessiva di 20 anni. Nella pratica è opportuno considerare separatamente i componenti economicamente più significativi. I collettori vetrati piani, che sono attualmente i più venduti al mondo, hanno una durata di vita superiore a 20 anni. Generalmente la garanzia, fornita dai produttori sul mantenimento delle prestazioni energetiche, è di 5 anni, in alcuni casi può, eccezionalmente arrivare fino a 10 anni. Anche per i serbatoi, che rappresentano l’altro componente economicamente rilevante dell’impianto, la garanzia si estende normalmente a 5 anni. Per gli altri componenti la durata della garanzia è 2 anni. Un impianto correttamente dimensionato, installato e gestito può tranquillamente superare la vita “tecnica” sopra ricordata. A tal fine è fondamentale prevedere un programma di manutenzione ordinaria e straordinaria, che, mediante interventi periodici con cadenza annuale o biennale, tenga sotto controllo lo stato dell’impianto e le prestazioni
Autorizzazioni Necessarie per l’installazione
In linea di principio, un impianto solare termico può essere installato senza lacuna autorizzazione: è semplice dichiarazione d’attività (D.I.A.), che costituisce di fatto un’autorizzazione automatica, come richiesto per qualsiasi lavoro di manutenzione straordinaria. Se ritratta di un edificio in costruzione è preferibile integrare il tetto solare nella licenza stessa dell’edificio in costruzione. E’ sempre consigliato d’informarsi presso gli uffici del comune per verificare che non ci siano ulteriori problemi riguardanti, ad esempio, la tinteggiatura dell’intonaco o l’aspetto esteriore dell’immobile
Nel caso in cui l’impianto ricada in un’area protetta, (incluse le aree immediatamente esterne alle aree protette) o con vincoli storici od artistici, bisogna prendere tutte le necessarie precauzioni in anticipo. L’autorità competente sul territorio (l’ente locale, l’ente parco, la sovrintendenza dei beni culturali,..) dovrà seguire la situazione nella sua particolarità e rilasciare un “nulla osta”. Recentemente, allo scopo di favorire la diffusione di questa tipologia d’impianti, alcuni leggi regionali (Toscana) o regolamenti edilizi di singoli comuni, considerano come attività libera, l’installazione d’impianti solari termici con superficie dei collettori inferiore ad un limite prefissato, purché non ricadenti in aree sottoposte a particolari vincoli
Incentivi per installazione
In Italia, dal 2001, con decreto del Ministro dell’Ambiente sono state destinate risorse per finanziare bandi regionali destinate a concedere incentivi in conto capitale per l’installazione d’impianti solari termici. Il programma, regolato da autonomi bandi regionali con una finestra temporale per la presentazione delle domande , prevede sovvenzioni fino al 30% del costo dell’impianto. Anche le singole Province, autonomamente emanano bandi a valere sulla legge 10/91 che prevedono incentivi per impianti solari termici. Infine, alcune Regioni inseriscono regolarmente gli impianti solari termici tra quelli ammissibili a finanziamenti in conto capitale nell’ambito dei Programmi Operativi Plurifondo (POR), con incentivi che in alcuni casi raggiungono il 50% del costo d’impianto
Inoltre è possibile, fino al 31/12/2006, detrarre per le sole persone fisiche in sede di dichiarazione IRPEF, il 41% del costo dell’impianto effettivamente sostenuto (IVA esclusa) in dieci rate annuali. Infine è da ricordare che per gli impianti solari termici, si applica l’aliquota del 10%
Per maggiori informazioni ed aggiornamenti visita la sezione: AGEVOLAZIONI
Quanto Costa Realizzare un Impianto Solare Termico
Parallelamente al miglioramento delle prestazioni, negli ultimi anni, si è avuto anche un sensibile calo del costo dei componenti. Il costo d’installazione può variare, a seconda della situazione locale: fabbricati nuovi, già esistenti posa in sovrapposizione o integrazione della copertura, regolamentazioni specifiche per i permessi di costruzione, collegamento al sistema di distribuzione e all’impianto termico integrativo, utilizzo di attrezzature durante il montaggio (gru, impalacature)
A inizio 2005, il costo standard “chiavi in mano” per un sistema unifamiliare (3-5 persone) da 5mq a circolazione forzata per la produzione di acqua calda sanitaria si situa intorno ai 3500-4000 Euro (Iva al 10% esclusa). Per un impianto a circolazione naturale con le stesse caratteristiche, il costo si riduce a 2000-3000 Euro. La maggior parte del costo, è dovuta all’acquisto dei materiali, di cui i collettori rappresentano la percentuale più alta. Naturalmente una corretta attenzione ai preventivi, non può fare a meno di un sopralluogo che valuti accuratamente gli aspetti dipendenti dal sito d’istallazione. Il costo annuo di manutenzione è generalmente abbastanza basso: normalmente nelle analisi economiche si stima circa il 2,5% del costo d’impianto, da conteggiare sull’intera vita minima, convenzionalmente fissata in 20 anni. In tale stima sono compresi anche gli eventuali costi di manutenzione straordinaria, dovuti alla sostituzione di qualche componente secondario dell’impianto
Il recupero del capitale investito
Per una corretta analisi del ritorno economico del capitale investito nella realizzazione di un impianto solare termico, è necessario definire una configurazione d’impianto e ipotizzare i valori dei principali parametri coinvolti
Impianto di riferimento:
• Impianto da 5 mq a circolazione forzata con boiler da 300 l per produzione ACS
• Installazione su falda del tetto esistente
• Non richiesta attrezzatura speciale per il montaggio (gru, impalcature)
• Collegamento tra campo collettori e boiler non particolarmente complesso
• Producibilità annua 400kWh termici (installazione ottimale in zona soleggiata dell’Italia centro meridionale)
• Vita tecnica dell’impianto: 20 anni
Costi:
• Investimento per impianto “chiavi in mano” Euro 4.000
• IVA Euro 400
• Manutenzione annuale 2,5% investimento
Valorizzazione energia prodotta:
• Scenario A (Fonte sostitutiva: energia elettrica) 0,18 Euro/kWht
(rendimento boiler = 90%)
• Scenario B (Fonte sostitutiva: metano) 0,065 Euro/kWht
(rendimento impianto = 65%)
Copertura finanziaria:
• 30% Investimento da contributo in conto capitale
• 70% Investimento +IVA da capitale proprio
Altri Incentivi:
• Scenario A – Fonte sostitutiva: Energia Elettrica
- Tempo di ritorno semplice del capitale investito 4 anni
- Tempo di ritorno attualizzato al 2,5% 5 anni
- Rendimento del capitale investito 25%
• Scenario B – Fonte sostitutiva: Metano
- Tempo di ritorno semplice del capitale investito 8 anni
- Tempo di ritorno attualizzato al 2,5% 9 anni
- Rendimento del capitale investito 10%