Gli impianti solari termici:
dove e come collocare i
pannelli solari
Indicazioni pratico-operative per individuare correttamente
l’orientamento e l’inclinazione dei pannelli solari in un
edificio.
L’orientamento e l’inclinazione sono due fattori fondamentali
per determinare il rendimento di un pannello solare. Il
rendimento massimo si ottiene nel momento in cui i raggi
solari irraggiano il pannello in modo diretto e
perpendicolare. Un cattivo orientamento può causare forti
perdite di rendimento energetico. Al pari può accadere con una
cattiva inclinazione.
Partiamo dal presupposto che un pannello solare deve catturare
la maggiore quantità di energia solare possibile. Durante la
giornata la posizione del Sole nel cielo non è mai la stessa.
Inoltre, le zone d’ombra causate dalla presenza di ostacoli
(alberi, palazzi ecc.) sono sempre in agguato (Fig 1). Per
catturare l’irraggiamento solare in modo perpendicolare i
pannelli solari sono sempre rivolti verso il Sole. La nostra
stella percorre il cielo nella zona sud del cielo
nell’emisfero boreale del pianeta (in pratica il nostro). Al
contrario, nell’emisfero australe il percorso del Sole nel
cielo ha luogo a nord. Pertanto nel nostro continente tutti i
pannelli solari sono “teoricamente” orientati verso sud.
L’inclinazione è invece determinata dalla latitudine del luogo
di installazione dei pannelli. Il motivo è molto semplice:
quanto più ci si allontana dall’equatore, tanto più il
percorso del Sole si svolge più in basso nell’orizzonte.
Possono però verificarsi delle eccezioni alla regola teorica
dell’orientamento verso sud. Alcune zone geografiche sono
caratterizzate da alcune regolarità meteorologiche locali nel
corso della giornata, ad esempio, la foschia nelle ore del
mattino o le precipitazioni piovose in quelle pomeridiane. In
questi casi l’orientamento verso sud non è detto sia la
soluzione migliore.
Per ottenere l’orientamento migliore dei pannelli solari
occorre tenere in conto dei fattori meteo e della morfologia
del territorio.
Orientamento verso sud-ovest
Molti progettisti tendono a orientare i pannelli solari verso
sud/sud-ovest (ponente) per massimizzare il rendimento dei
pannelli solari nelle ore pomeridiane, quando i raggi del Sole
sono più caldi.
L’orientamento verso sud-ovest consente di catturare i raggi
solari in modo perpendicolare nelle ore del pomeriggio,
sacrificando quelli della mattina quando la foschia e la
nebbia possono ostacolare l’irraggiamento.
Orientamento verso sud-est
Può accadere che una determinata regione geografica sia
caratterizzata da regolari precipitazioni piovose nelle ore
pomeridiane (ad esempio alcune zone costiere e montane). In
quest’ultimo caso i progettisti tendono a orientare i pannelli
solari verso sud/sud-est (levante) per massimizzare il
rendimento dei pannelli solari nelle ore della mattina,
sacrificando la fascia oraria pomeridiana della giornata.
Fattori morfologici del territorio
Oltre ai fattori meteo l’orientamento dei pannelli solari può
essere determinato anche dalla presenza di ostacoli
all’irraggiamento solare. Ad esempio, l’impianto a pannelli
solari potrebbe subire delle zone d’ombra in alcune ore della
giornata a causa della presenza di ostacoli naturali (alberi,
montagne ecc.) o artificiali (edifici, costruzioni ecc.). In
questi casi il progettista dell’impianto tenderà a valutare
l’orientamento ottimale, in grado di
aumentare il rendimento dei pannelli solari soltanto nelle ore
d’irraggiamento solare.
Inclinazione
Per quanto concerne l’inclinazione, essendo variabile nel
corso dei 365 giorni dell’anno, l’inclinazione dei pannelli
solari dovrebbe essere periodicamente modificata.
Per i piccoli impianti si opta per un’inclinazione fissa, in
grado di massimizzare il rendimento medio del pannello
senza doverne modificare l’inclinazione durante l’anno. Negli
impianti solari più grandi, invece, ogni pannello è integrato
in una struttura automatica che consente di modificare
l’inclinazione dei pannelli nel corso dei mesi.
Questi servomeccanismi sono tuttavia molto
costosi
ed
economicamente poco convenienti per gli impianti solari di
piccole dimensioni. Analizzando l’orientamento dei pannelli
solari abbiamo compreso che essi sono sempre rivolti verso
l’equatore (verso sud nell’emisfero boreale, verso nord
nell’emisfero australe) indipendentemente dalla latitudine
geografica dell’impianto.
Quando si affronta il tema dell’inclinazione, è pertanto
necessario e indispensabile prendere in considerazione due
fattori: latitudine del luogo e periodo dell’anno. L’altezza
del Sole nel cielo varia in base al grado di latitudine. Ad
esempio nell’emisfero boreale il Sole ci appare tanto più
basso nel cielo, quanto più ci spostiamo verso il Polo Nord.
La posizione del Sole nel cielo è determinata anche dal
periodo dell’anno. In una località situata alle medie
latitudini dell’emisfero boreale l’altezza del Sole del cielo
varia sensibilmente nel corso dell’anno. Nel giorno del
solstizio d’inverno (21 dicembre) il Sole ci appare basso,
mentre il Polo Nord è completamente in ombra. Al contrario,
nel giorno del solstizio d’estate (21 giugno) il Sole ci
appare alto nel cielo. Per ottenere un irraggiamento
perpendicolare l’inclinazione dei pannelli solari dovrà
pertanto tenere conto dell’esatta posizione nel cielo.
Generalmente, si tende a inclinare i collettori solari di un
angolo pari alla latitudine del luogo. I pannelli ci appaiono
tanto più verticali quanto più ci si sposta verso nord
nell’emisfero boreale.
Quando modificare l’inclinazione dei pannelli solari
Poiché la produzione di acqua calda sanitaria
e
di
riscaldamento è maggiore nei mesi invernali (e minore in
estate) si tende ad aggiungere all’inclinazione determinata
dalla latitudine altri 10÷15°. Questa maggiore inclinazione
consente di massimizzare il rendimento dei pannelli solari nei
mesi invernali a scapito di quelli estivi.
Al contrario, se l’impianto è destinato
a
soddisfare
maggiormente i bisogni nei mesi estivi (ad esempio acqua
sanitaria negli hotel in zone costiere) sarà necessario
aumentare l’efficienza dei pannelli solari nei mesi estivi
riducendo il loro angolo di inclinazione.
La collocazione di un impianto solare a collettori (pannelli
solari termici) deve, da un lato, soddisfare l’esigenza
dell’esposizione alla radiazione solare, dall’altro deve anche
tenere in conto tutti gli altri aspetti legati allo spazio
disponibile, all’estetica, alla capacità del tetto di
sostenere il peso dell’impianto a pieno carico, alla riduzione
delle dispersioni termiche, alla minimizzazione del rischio di
accumulo della neve ecc.
I pannelli solari devono inoltre essere facilmente
accessibili, tramite corridoi di accesso, per consentire la
manutenzione ordinaria e straordinaria da parte delle ditte
installatrici.
In genere i pannelli solari termici sono installabili sulle
seguenti parti di un edificio, tenendo conto dei diversi
aspetti legati alla struttura dell’edificio e al contesto
architettonico in cui si trova:
• sui tetti piani;
• sui tetti inclinati;
• sul terreno;
• integrati nelle parti dell’edificio.
Gli elementi dell’impianto solare possono anche essere
installati in luoghi separati.
Le soluzioni progettuali più frequenti sono le seguenti:
• collettori solari con serbatoio sul tetto piano o sul
terrazzo dell’edificio;
• collettori solari sul tetto inclinato con serbatoio separato
nel sottotetto;
• collettori solari (con serbatoio integrato o separato) sul
giardino antistante l’edificio;
• collettori solari verticali integrati nell’edificio (ad
esempio finestre)
sottotetto.
con
serbatoio
separato
situato
nel
In alcuni modelli il serbatoio e il collettore solare sono un
corpo unico. Generalmente, in questi casi, il serbatoio è
posto nella parte più alta del pannello solare e si presenta
come un corpo cilindrico. In questi modelli la dispersione
termica è minima in quanto il pannello solare è a diretto
contatto con il serbatoio dell’acqua.
Tuttavia, la presenza del serbatoio d’acqua rende questi
modelli molto pesanti e diventa di fondamentale importanza
l’analisi della capacità del tetto a sostenerlo. Inoltre, la
capacità in litri del serbatoio d’acqua è spesso limitata a
3-4 utenze giornaliere al massimo. Infine, essendo esterno, il
serbatoio è maggiormente esposto allo scambio con le
temperature esterne. Per evitare il problema del peso è
possibile separare nell’impianto il pannello solare (esposto
al Sole) dal serbatoio d’acqua, quest’ultimo situato in
un’altra zona dell’edificio (ad esempio nel sottotetto).
Nei modelli con pannelli solari separati dal serbatoio
dell’acqua, gli elementi separati causano una maggiore
dispersione termica derivante dall’impianto, in compenso
consentono di collocare il serbatoio dell’acqua in un luogo
interno dell’edificio, al riparo delle intemperie e dalle
temperature esterne. È una soluzione particolarmente
utile per installare i pannelli solari sopra tetti poco adatti
a sostenere anche il peso del serbatoio. Questa soluzione può
essere utilizzata anche nel caso dei tetti inclinati. La
circolazione dell’impianto può essere naturale oppure forzata.
Fig. 1 – Orientamento dei pannelli rispetto all’equatore
Tab. 1 – Superficie di pannelli vetrati indicata per zone
geografiche
Tab. 2 – Superficie di pannelli sottovuoto indicata per zone
geografiche
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