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ENERGIA SOLARE CHE GIUNGE SULLA TERRA

La radiazione solare che giunge sulla terra è caratterizzata da onde di lunghezza compresa tra circa 0,2 e 3 µm (micrometri, cioè milionesimi di metro). l'occhio umano percepisce come luce solo le radiazioni con lunghezza d'onda compresa mediamente tra 0,38 e 0,76 µm.
Le onde di lunghezza inferiore a 0,38 µm sono denominate ultraviolette, quelle di lunghezza superiore a 0,76 µm sono dette infrarosse.
La potenza della radiazione solare incide su una superficie ad essa perpendicolare, posta al di fuori dell'atmosfera terrestre, è praticamente costante ed è pari a 1,35 KW/m² (chilowatt al m²); detta potenza è chiamata costante solare. L'entità di energia solare che giunge sulla terra varia principalmente in funzione della latitudine del luogo (massima all'equatore, minima ai poli) a causa della differente inclinazione con cui giungono al suolo i raggi solari.
A maggiore inclinazione corrisponde uno spessore maggiore di atmosfera attraversata e quindi una minore intensità solare al suolo. L'entità di energia solare (KW/m²) che giunge sulla terra varia anche in funzione delle condizioni atmosferiche (nuvolosità).

L'ATMOSFERA TERRESTRE

L'atmosfera terrestre funge da filtro ai raggi solari e ne riduce in modo apprezzabile l'intensità con cui giungono al suolo. Si considera pari a 1 KW/m² la potenza solare massima captabile da una superficie al livello del suolo, perpendicolare ai raggi solari, per sole allo zenit ed in condizioni di atmosfera perfettamente limpida.
Fuori dall'atmosfera la radiazione solare su una superficie perpendicolare alla radiazione è di circa 1,4 KW/m².
Sulla superficie terrestre la radiazione solare su una superficie perpendicolare alla radiazione minore o uguale a 1KW/m².

CONVERSIONE DELL'ENERGIA SOLARE IN CALORE

Vi sono vari sistemi di captazione che permettono di ottenere tale trasformazione a differenti valori di temperatura.
Alte temperature (oltre 500 °C) si ottengono concentrando con eliostati i raggi solari su una caldaia. Gli eliostati sono specchi che, a mezzo di un sofisticato sistema, inseguono automaticamente il sole nel suo moto apparente intorno alla terra. Questo sistema, molto complesso, viene oggi impiegato esclusivamente nelle centrali eliotermoelettriche.
Medie termperature (100 - 300 °C) si possono ottenere facendo riicorso ad un sistema più semplice che utilizza specchi del tipo cilindrico parabolico che ruotano intorno ad un solo asse. Tali temperature permettono il funzionamento di motori solari con un soddisfacente rendimento; vengono impiegati per azionare compressori, pompe per il sollevamento dell'acqua e simili.
Il calore a bassa temperatura (inferiore a 100 °C), del cui impiego intendiamo essenzialmente parlare, si ottiene con i collettori piani, denominati anche collettori senza concentrazione. Il loro impiego è indirizzato prevalentemente alla produzione di acqua calda (per uso civile, agricolo, industriale) o di aria calda (per riscaldamento di ambienti).
Oltre alla radiazione diretta, i collettori piani convertono in calore anche la radiazione diffusa. Quest'ultima non è trascurabile raggiungendo anche il 20 % di quella diretta in giornate serene (quindi con un massimo teorico di 200 W/m²), ed arrivando a valori anche superiori in una giornata di cielo coperto.

TIPI DI CIRCUITO IDRAULICO

I circuiti possono essere del tipo diretto o indiretto. Nel circuito diretto il fluido vettore è lo stesso di quello di utilizzazione. Il circuito è unico. Si tratta di impianto semplice ed economico.
Nel circuito indiretto il fluido vettore cede calore a quello di utilizzazione in uno scambiatore. Vi sono così due distinti circuiti idraulici. Nelle località dove esiste la possibilità di congelamento dell'acqua circolante nel collettore la scelta è limitata al circuito indiretto, che è il solo a consentire il ricorso a miscele anticongelanti oltre che atte ad evitare incrostazioni. Il circuito indiretto si presta inoltre ad una più precisa regolazione al fine della migliore utilizzazione dell'energia solare captata.
Per tali motivi si sceglie, nella maggior parte dei casi, la soluzione del circuito indiretto, benché risulti più complessa e costosa. Per quanto concerne la circolazione del fluido vettore, essa può essere:

SCHEMI DI PRINCIPIO DELL'IMPIANTO

Gli impianti a circuito idraulico indiretto possono essere realizzati secondo due schemi fondamentali.
Nello schema (a) lo scambiatore è posto nel serbatoio di accumulo dal quale si preleva l'acqua calda per l'utilizzazione.
Nello schema (b) lo scambiatore è invece collocato in un contenitore distinto, dove l'acqua viene preriscaldata prima di essere immessa nello scaldacqua tradizionale.
Il primo sistema è più semplice e meno costoso del secondo, il quale però consente l'utilizzazione di una quota maggiore dell'energia solare captata. Infatti la trasmissione del calore dal fluido vettore all'acqua avviene soltanto se la temperatura di quest'ultima è inferiore: tale circostanza si verifica più frequentemente nel sistema (b), dato che l'acqua preriscaldata può avere anche una temperatura di poco superiore a quella dell'acquedotto e non vincolata alla temperatura richiesta dall'utilizzazione (35-50 °C). Si comprende pertanto come lo schema (b) consenta di fruire anche dell'energia termica captata dal collettore nelle condizioni atmosferiche meno favorevoli (cielo nuvoloso, ore meno calde del giorno).

REGOLE PRATICHE PER L'INSTALLAZIONE

INDIVIDUAZIONE DELLA TAGLIA

Il dimensionamento ottimale di un impianto si effettua in base a:

Sulla base dell'esperienza acquisita in questi anni e del numero di impianti installati in tutta l'Europa, le ditte costruttrici hanno ormai individuato le dimensioni di più largo impiego per collettori e serbatoi d'accumulo e gli installatori sono in grado di adattare al meglio gli impianti alle esigenze dell'utenza.
Per una prima individuazione della taglia dell'impianto e quindi dei costi, si è ritenuto utile riportare nella tabella che segue alcuni valori indicativi che possono aiutare nella scelta del sistema compatto adatto alle nostre esigenze. I dati sono stati calcolati sulla base di un consumo giornaliero stimato di 60 - 70 litri d'acqua calda a 45 °C per persona.

Per l'individuazione della capacità del serbatoio d'accumulo si possono prevedere dai 50 a 60 litri per persona.

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