• Articolo , 20 ottobre 2009
  • Solare a concentrazione piana: siamo già nel futuro

  • Innovazione tecnologica ed integrazione architettonica emergono da un’interessante progetto sviluppato nell’ambito del DocUP in cooperazione tra la Radiance © e l’Università degli Studi “G. d’Annunzio” di Chieti-Pescara

Uno dei maggiori problemi dei collettori solari piani è certamente legato al loro notevole ingombro che ne impedisce l’agevole installazione in mancanza delle superfici necessarie e ne rende difficoltosa l’integrazione nella progettazione degli involucri architettonici.
Il rendimento di tali collettori è relativamente basso, per cui risulta elevata la superficie necessaria per coprire il fabbisogno termico. Il vantaggio dell’impiego dei collettori solari piani è comunque legato all’economicità e ai costi contenuti di produzione e di manutenzione.
Al contrario, i collettori con tubi sottovuoto hanno certamente un alto rendimento e una superficie di ingombro minore rispetto a quelli piani, ma i loro costi di produzione e di manutenzione sono ancora troppo elevati per una commercializzazione diffusa.
Il collettore solare a concentrazione piana ad alto rendimento – studiato e sviluppato attraverso un Progetto di ricerca cofinanziato nell’ambito del DocUP 2000-2006 e grazie alla cooperazione tra la Radionica® e l’Università degli Studi “G. d’Annunzio” di Chieti-Pescara – sfrutta gli effetti della concentrazione piana, ottimizzandoli al fine di incrementare l’efficienza.
Si è scelto di perseguire la strada della concentrazione piana per coniugare il massimo rendimento possibile con la riduzione degli spazi impegnati, ottenendo una maggiore quantità di acqua riscaldata a parità di superficie, garantendo contenuti costi di produzione e di manutenzione e configurando in tal modo un prodotto che può essere impiegato in tutti quegli ambiti dove la disponibilità di superfici con caratteristiche ottimali di esposizione risulta notevolmente limitata (fig.1).

I vantaggi del prodotto

Il collettore a concentrazione piana garantisce rendimenti elevati grazie all’isolamento sottovuoto dei tubi assorbitori. Il pannello permette il mantenimento di temperature di esercizio elevate e alta inerzia termica anche in condizioni atmosferiche non ottimali.
L’alto rendimento è garantito anche con basse temperature esterne di esercizio. I rendimenti elevati del collettore sono ottenuti mediante lo sfruttamento dell’irradiazione diretta e diffusa grazie al riflettore in acciaio inox.
Le operazioni di manutenzione risultano semplici poiché i tubi possono essere sostituiti senza svuotare il circuito e senza smontare i collettori. I costi di montaggio sono ridotti grazie alla modularità del collettore e al suo peso contenuto. L’aspetto sobrio e le ridotte dimensioni ne agevolano l’integrazione architettonica (fig. 2).

Le caratteristiche e il dimensionamento del sistema

Il collettore solare a concentrazione piana ad alto rendimento è caratterizzato da una struttura scatolare rigida, con coperchi laterali dotati delle connessioni di collegamento agli elementi di completamento del sistema. La struttura scatolare è stata studiata per garantire resistenza agli agenti atmosferici, durata nel tempo e leggerezza.
Il collettore è dotato di superfici piane speculari poste al di sopra e al di sotto dei tubi evacuati. La riflessione della luce, ottenuta attraverso le superfici speculari così posizionate, permette di far arrivare ai tubi assorbitori un quantitativo di radiazione diretta superiore a quello che arriverebbe normalmente. In questo modo si raddoppia l’esposizione degli elementi assorbitori. Le inclinazioni delle superfici riflettenti sono state determinate in modo tale da massimizzare l’afflusso di radiazione riflessa sui tubi evacuati, mantenendo costante l’inclinazione del pannello (fig. 3).

La geometria della struttura scatolare permette il posizionamento del collettore senza l’ausilio di sottostrutture di supporto, garantendo la versatilità del prodotto al variare delle condizioni di applicazione (fig.4).
I test effettuati durante le fasi di studio e sviluppo dei prototipi hanno registrato un rendimento del pannello pari a circa l’80%, riferito alla superficie lorda, a differenza di quelli tradizionali in cui è pari a circa il 50-65%.
Le prove per le certificazioni di prodotto, secondo quanto previsto dalle norme EN 12975, sono state effettuate presso il Centro Ricerche ENEA di Trisaia (Certificazione ENEA n° 144 SINAL – n° 0473 del 7 agosto 2009).
Il dimensionamento minimo del sistema prevede:

  • per la produzione di acqua calda per uso sanitario, il montaggio di un kit di base costituito da quattro collettori con accumulo di 200 litri;
  • per la produzione integrativa di acqua calda per il riscaldamento, il montaggio di elementi aggiuntivi che permettono un accumulo di 150 litri per ogni mq di collettore aggiunto al kit di base.

L’integrabilità architettonica del prodotto

Il collettore solare a concentrazione piana ad alto rendimento si presta a essere integrato nella realizzazione di elementi di chiusura e di partizione esterna del sistema edilizio o anche nei sistemi costruttivi leggeri per l’attrezzatura degli spazi aperti (fig.5).
L’integrabilità del collettore può essere riferita, a un primo livello, alle caratteristiche morfologiche, per cui le dimensioni ridotte e la geometria della struttura scatolare a profilo poligonale asimmetrico, permettono ampie possibilità di impiego compatibili anche con le tecniche costruttive tradizionali.
Un secondo livello di integrabilità si identifica con le caratteristiche tipologiche del collettore stesso. Negli edifici, può essere utilizzato per sostituire elementi parziali delle coperture piane, inclinate e con geometrie complesse, o anche per costituire intere superfici solarizzate, nel caso di un’elevata domanda di produttività termica. In copertura, grazie alle proprie dimensioni compatte e alle caratteristiche di modularità, il collettore si presta a essere facilmente integrato con eventuali sistemi fotovoltaici.
Ancor più interessante appare la possibilità di intervenire sui sistemi di copertura curvilinei sugli spazi pubblici, quali gallerie urbane e passaggi, con l’opportunità di ottenere una complementarità tra le soluzioni per l’illuminazione naturale, eventuali tecnologie fotovoltaiche per la produzione energetica e i dispositivi per la schermatura e l’ombreggiamento degli spazi.
Nelle chiusure verticali o inclinate l’impiego è agevolato dalla possibilità di posizionamento lungo le pareti perimetrali per sostituzione di singoli elementi costruttivi, fino ad arrivare ad applicazioni più estensive che possono interessare intere porzioni di facciata.
Per quanto riguarda le partizioni esterne degli edifici, come balaustre, parapetti, fioriere e recinzioni, le dimensioni contenute del collettore permettono l’inserimento nelle opere edilizie, garantendo posizionamenti ottimali per sfruttare al meglio l’irraggiamento solare e per facilitare l’accessibilità a fini manutentivi (fig. 6 a/b). Analoghe possibilità di integrazione si presentano per le applicazioni riferite al singolo componente, come elemento tecnico su supporto indipendente, o anche inserito negli elementi di completamento dell’edificio (frangisole fissi e tettoie) e per l’arredo degli spazi urbani come pensiline e coperture.

di Filippo Angelucci – Università degli Studi G. d’Annunzio Chieti-Pescara