Impianto solare termico: orientamento, dimensionamento e regolazione

I pannelli solari devono essere installati su superfici in grado di garantire una buona insolazione, un ancoraggio sicuro e un’adeguata manutenzione. Per ottenere una buona insolazione gli aspetti da considerare sono:
 

• la formazione di possibili zone d’ombra: l’ambiente circostante può indurre ombre sui pannelli, riducendo in tal modo la loro resa. Pertanto, prima di decidere dove installare i pannelli, è necessario verificare la presenza di ostacoli in grado di impedire o limitare l’irraggiamento diretto (ad esempio edifici, vegetazione d’alto fusto, ecc.); in ogni caso, l’ombra indotta da tali ostacoli deve essere molto limitata o di breve durata per non penalizzare troppo la resa dei pannelli. Oltre alle ombre indotte dall’ambiente circostante, vanno considerate anche quelle che i pannelli possono proiettare su loro stessi qualora siano disposti a schiera;

 

• l’angolo di orientamento dei pannelli: l’orientamento ideale dei collettori è quello rivolto a Sud, tuttavia anche orientamenti diversi non sono particolarmente penalizzanti. Variazioni d’orientamento di 30° rispetto al Sud faranno diminuire l’energia solare termica annua prodotta del 3%, con variazioni di 45° tale diminuzione può arrivare al 5%;

 

• l’angolo di inclinazione dei pannelli solari (α) rispetto al piano orizzontale: se i pannelli sono posti su un tetto inclinato, in genere si mantiene la medesima inclinazione del tetto. Per pannelli posti su superfici piane, alle nostre latitudini conviene assumere i seguenti angoli di inclinazione:
  • α= 20/40° per impianti a funzionamento estivo, o comunque circa 15° inferiore rispetto alla latitudine del sito;
  • α = 50/65° per impianti a funzionamento invernale;
  • α = 40/60° per impianti a funzionamento annuo, o comunque pari alla latitudine del sito.

Le grandezze utili al dimensionamento di un impianto solare termico, di base, sono:
 

• la superficie dei pannelli, da ipotizzare secondo le tipologie e necessità d’utilizzo;

 

• la potenza specifica di progetto ossia la potenza captabile e trasferibile al fluido vettore da un metro quadrato di pannello con insolazione massima; essa serve a determinare la portata del circuito solare e a dimensionare il relativo scambiatore di calore. Il valore di questa grandezza dipende da molteplici fattori quali:
  • l’insolazione massima del luogo;
  • la tipologia e le caratteristiche costruttive dei pannelli;
  • gli angoli di orientamento e inclinazione;
  • le temperature dell’aria esterna e di funzionamento dell’impianto;

 

• il salto termico del fluido vettore fra la mandata e il ritorno dai pannelli, il cui valore serve a determinare la portata del circuito solare e a dimensionare il relativo scambiatore di calore;

 

• il volume dei serbatoi d’accumulo che si può determinare in base a valori variabili tra i 50 e i 60 litri per metro quadrato di pannelli.

 
La regolazione del circuito solare si basa sull’uso di termoregolatori differenziali, ossia strumenti costituiti da un regolatore che consente di impostare la differenza di temperatura Δt voluta e due sonde atte a rilevare la temperatura dei pannelli e del serbatoio d’accumulo. Qualora, tra i pannelli e il serbatoio, le sonde registrino differenze di temperatura superiori al Δt di taratura del regolatore, la pompa del circuito solare viene attivata, in caso contrario resta disattivata. Generalmente la taratura dei termoregolatori differenziali è impostata su valori di Δt tra i 5°C e gli 8 °C; tale intervallo di temperatura è necessario per tener adeguatamente conto:
 

• delle perdite di calore che si verificano lungo i tubi del circuito solare;

 

• della necessità di avere (affinché avvenga uno scambio di calore significativo) un salto termico di qualche grado agli attacchi dello scambiatore;

 

• del fatto che l’impianto deve essere messo in funzione solo quando l’energia utile è superiore a quella consumata dalla pompa di circolazione.