Pannelli solari termodinamici

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I pannelli solari termodinamici, grazie al principio della pompa di calore, dal punto di vista energetico sono più efficienti dei comuni pannelli solari termici.
10 Giugno 2015 ore 09:13
Arch. Elena Matteuzzi

Pannelli solari termici


Struttura interna di un comune pannello solare termico.Nei paesi soleggiati, e quindi anche in Italia, è possibile risparmiare molta energia destinata soprattutto al riscaldamento domestico e alla produzione di acqua calda sanitaria grazie all'installazione di pannelli solari termici (da non confondere con i pannelli fotovoltaici, destinati invece direttamente alla produzione di energia elettrica): il loro funzionamento è piuttosto semplice, in quanto si basa sul principio del corpo nero.

Come è noto, il nero tende ad attirare il calore del sole, e un corpo di questo colore - a parità di esposizione - in breve tempo sarà molto più caldo di un analogo oggetto di colore bianco.
Perciò, i comuni pannelli solari sono formati da una lastra di vetro di colore scuro (generalmente nero) e un supporto adeguatamente coibentato tra cui si trova una serpentina in cui scorre l'acqua.

L'acqua così riscaldata viene accumulata in un apposito serbatoio e utilizzata al bisogno.

Tuttavia, questo sistema ha il grave inconveniente di non funzionare di notte e nelle giornate fredde, cioè quando il consumo di acqua calda aumenta notevolmente.


Come funziona un impianto solare termodinamico


Per ovviare a questo problema, sono stati ideati i pannelli solari termodinamici, il cui funzionamento si basa (appunto) sui principi della termodinamica, e in particolare costituisce un'applicazione delle pompe di calore.

Pannelli solari termodinamici. Dal catalogo dell'Azienda GC5 Technologies.In pratica, in questi elementi assai più perfezionati l'acqua è sostituita da un liquido refrigerato a una temperatura di circa -10 °C, che quindi è in grado di assorbire calore anche dall'aria a temperatura ambiente, purché superiore allo zero: anzi, è stato calcolato che negli impianti di questo tipo solo il 25% del calore deriva dall'irraggiamento solare diretto, mentre il restante 75% ha origine dalla semplice esposizione a temperature ambientali superiori allo zero.

Inoltre, in questi pannelli la lastra di vetro è comunemente sostituita da uno strato di alluminio (ottimo conduttore di calore) verniciato di nero (o anche di altri colori): sono quindi assai meno vulnerabili alle intemperie, e in particolare alla grandine.

Oltre che dai pannelli, l'impianto è però completato da un compressore, un condensatore, una valvola di espansione e ovviamente un serbatoio per l'accumulo dell'acqua da scaldare con annesso impianto di distribuzione alle varie utenze.

Il funzionamento è simile a quello di un comune frigorifero domestico, ma, anziché raffreddare l'impianto, viene prodotto calore.

Abbiamo perciò il seguente ciclo di funzionamento:

Schema di funzionamento di un impianto a pannelli solari termodinamici. Dal sito dell'Azienda GC5 Technologies.

1) Il liquido refrigerante scorre nei pannelli, dove viene scaldato direttamente dall'irraggiamento solare o semplicemente dalla temperatura ambientale: questo aumento di temperatura ne consente il passaggio di stato da liquido a gas.

2) Successivamente, il compressore aspira il gas e lo comprime, facendone aumentare ulteriormente temperatura e pressione: infatti, secondo un noto principio fisico, più un gas viene compresso, maggiore diventa la sua temperatura.

3) A questo punto, il gas compresso entra nel condensatore, costituito da una serpentina che circonda interamente il serbatoio dell'acqua da scaldare: qui, il gas cede il suo calore all'acqua del serbatoio, che in un secondo momento (o in caso di bisogno) viene fatta circolare in apposite tubazioni.

4) Infine, dopo aver ceduto molto del proprio calore, il refrigerante, ancora ad alta pressione, passa attraverso la valvola di espansione, ritornando allo stato liquido e cominciando un nuovo ciclo: in questo modo, la dispersione di sostanze e componenti - e in particolare di refrigerante - è del tutto nulla, con notevoli vantaggi a livello ambientale.

L'efficienza è molto maggiore rispetto ad esempio a un comune scaldabagno elettrico: infatti, secondo quanto si legge sul sito di un'Azienda del settore, con un consumo elettrico di soli 400 W (necessari per il funzionamento dei macchinari connessi all'impianto) si riesce a ottenere un'energia termica di circa 2000-2400 W.


Applicazioni dei pannelli solari termodinamici


Le migliori applicazioni per un impianto a pannelli solari termodinamici sono tre, come si nota molto bene in questa immagine, tratta dal sito dell'Azienda VP Solar: la produzione di acqua calda sanitaria, il riscaldamento degli ambienti (soprattutto se con un sistema del tipo a pavimento, che per funzionare necessita di acqua a una temperatura inferiore), e il riscaldamento di piscine domestiche.

Le utenze di un impianto solare termodinamico: riscaldamento di ambienti e piscine domestiche, e produzione di acqua calda sanitaria.

Sul mercato, esistono numerose aziende in grado di fornire chiavi in mano un impianto personalizzato: il catalogo della già ricordata azienda VP Solar, specializzata nella commercializzazione dei migliori prodotti nel campo del solare termico, solare termodinamico e fotovoltaico, comprende infatti pannelli termodinamici per ogni esigenza, tra cui ad esempio il kit Energie Eco 250 IX, formato da un pannello termodinamico e un serbatoio in acciaio inox completo di scambiatore con una capacità di 250 litri.

Per la sola produzione di acqua calda sanitaria, l'Azienda GC5 Technologies propone invece il pacchetto Green e-pack, fornito di un pannello termodinamico con dimensioni di cm 196 (altezza) x 92 (larghezza) x 2 (spessore). L'installazione è molto veloce (secondo le indicazioni del produttore, meno di quattro ore) e il nuovo impianto può essere collegato direttamente al boiler preesistente, minimizzando i costi e ovviamente i disagi.

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