I pannelli solari

L’importanza di vivere in ambienti e abitazioni biocompatibili sta uscendo dalla ristretta cerchia di committenti particolarmente attenti alle problematiche di bioclimatica e bioarchitettura: la tecnologia diventa parte integrante del patrimonio di chi desidera progettare

“per l’ambiente”.

Biocompatible homes and settings are becoming increasingly important for a certain type of clientele that is particularly watchful of so-called ‘green’ architecture. Technology is becoming a key feature for anyone seeking an eco-friendly home.

Testo dell’ ing.Rosella Tongini Folli

Che cosa sono i pannelli solari

I pannelli solari (pannelli termici o pannelli fotovoltaici a seconda dell’uso) trasformano l’ energia solare in energia termica (pannelli termici: per produrre acqua calda per il bagno, la lavastoviglie e la lavatrice, ma anche per il riscaldamento) oppure trasformano energia solare in energia elettrica (pannelli fotovoltaici: hanno diverse applicazioni come l’illuminazione o l’alimentazione di elettrodomestici o anche per il riscaldamento). Il pannello solare è un dispositivo, sistemato spesso su un tetto, costituito da una superficie piana che contiene un fluido che, riscaldato dal sole, trasferisce calore all’ acqua contenuta in un serbatoio isolato termicamente.

La bioedilizia come premessa ai pannelli solari La bioedilizia è un modo di costruire mediante l’uso dei moderni materiali e della tecnologia attuale per realizzare edifici sani e vivibili e avere perseguire al tempo stesso il rispetto per la salvaguardia dell’ ambiente, il consumo di energia, la produzione dei rifiuti. Il termine “bio” è entrato ormai a far parte del lessico comune: all’ inizio usato per definire i prodotti di origine biologica, siè poi diffuso anche ad altri settori del vivere, compresi quelli che riguardano le nostre abitazioni, con i mobili costruiti con materiali non tossici e ora anche con la cosiddetta “bioedilizia”.

	A lato, la casa REHAU; il generatore fotovoltaico è costituito da moduli che producono energia elettrica e acqua calda. In basso, installazione di pannelli sul tetto di un’abitazione. Shown here, the REHAU home. The photovoltaic generator has modules for producing electricity and hot water. Below, panels installed on the roof of a home.
Schema di installazione di pannelli solari sul tetto di una abitazione e della rete di distribuzione dell’energia prodotta.

What are solar panels?

Solar panels (thermal or photovoltaic panels depending on use) convert solar energy into heat energy (thermal panels for producing hot water for the bath, dishwasher, washing machine, and heating) or electric energy (photovoltaic panels can be used for lighting, supplying electricity to household appliances, and for heating). The solar panel is often placed on top of a roof; it has a flat surfacecontaining fluid which, when heated by the sun, transfers the heat to the water contained in a heat-insulated tank.

Pannelli solari termici

I pannelli solari funzionano secondo un principio molto semplice: catturare l’energia che giunge dal Sole sulla Terra e utilizzarla per produrre acqua calda a una temperatura che può arrivare fino ai 70°C (l’acqua utilizzata per fare la doccia è normalmente intorno ai 40-45°C).Il tipico sistema solare è composto dalle seguenti parti:
– il pannello solare vero e proprio, simile ad un radiatore, che permette di trasferire il calore assorbito dal sole all’acqua del serbatoio e di produrre quindi acqua calda;
– il serbatoio di accumulo dell’acqua calda ed – eventualmente – una pompa per la circolazione forzata dell’acqua;
– i collegamenti idraulici ed elettrici.
I pannelli solari termici permettono di riscaldare l’acqua sanitaria per l’uso quotidiano senza utilizzare gas o elettricità. Sono pertanto un valido ed efficace sostituto dello scaldabagno elettrico o della caldaia a gas per generare acqua calda per lavare piatti, fare la doccia, il bagno ecc. Le principali domande di chi si interessa per la prima volta ai pannelli solari termici sono del tipo: “e quando piove? quando è nuvoloso? di notte?”. La risposta è che l’acqua sanitaria riscaldata viene mantenuta in serbatoi coibentati da 150 a 500 litri per garantire un’autonomia per molte ore. Dalla qualità e dalla coibentazione del serbatoio
dipenderà gran parte del comfort di utilizzo.

Nelle foto: Una villa dotata di pannelli solari posti sulla copertura simmetricamente rispetto al corpo centrale; questi da un punto di vista architettonico non risultano invasivi, in quanto richiamano le superfici vetrate delle finestre a nastro del sottotetto e le ampie svecchiature dei serramenti. Oltre ai vantaggi di tipo energetico, un impianto fotovoltaico è facilmente manutenibile, poiché è riconducibile a quella di un impianto elettrico. In basso, dettaglio di installazione su una copertura di una serie di moduli fotovoltaici.

Shown here, a villa with solar panels symmetrically arranged with respects to the central body. Architecturally speaking
they are not invasive, given that they look like roof windows. In addition to energy savings, a photovoltaic installation is easy to maintain because it is similar to an electrical installation. Below, detail of the installation of a series of photovoltaic modules on a roof.

Le dimensioni giuste dei pannelli

Per calcolare le dimensioni del pannello solare da installare non si deve tener conto dei mq. della casa, ma del numero dei membri della famiglia: si valuta, infatti, che mediamente il consumo di acqua calda sia pari a 30-50 litri al giorno per persona. Per fare una rapida stima approssimativa ogni persona in casa consuma acqua calda (ogni metro quadro di pannello installato serve per produrre 50-80 litri al giorno) equivalente ad un pannello di 2 metri quadri. Quindi per una famiglia di 3 persone sono necessari all’incirca 6 metri quadri di pannelli solari termici. Bisogna comunque tener presente che esistono diversi fattori peculiari come la posizione geografica, l’esposizione sud-sudest e l’inclinazione del tetto, il proprio consumo medio di acqua sanitaria, le fasce orarie di consumo dell’acqua e l’assenza di zone d’ombra che possono influire sul calcolo della quantità di pannelli solari da installare sul tetto.

	Schema di impianto collegato alla rete (tratto da Sviluppo sostenibile n°22 edito da Enea)

Nelle foto: Vediamo uno schema che dimostra come l’energia prodotta da un impianto può essere utilizzata nell’abitazione. Sotto, un esempio di applicazione e di montaggio di pannelli su una copertura. In basso, moduli fotovoltaici REHAU installati su un tetto.

Above, solar modules installed on a support structure placed on the roof of a home (Citrin Solar Energie). Picture below, example of how modules directly installed on the pitch of a roof can supply the home with hot water and electricity.

I tipi di pannelli solari termici

I pannelli solari possono essere raggruppati in tre tipi principali: vetrati sottovuoto e scoperti.
1) Pannelli solari vetrati: sono quelli classici composti dal pannello e da un serbatoio di accumulo dell’acqua: insieme costituiscono un sistema solare completo. Il vetro è trasparente alla luce del sole che entra, ma è opaco ai raggi infrarossi che sono così trattenuti all’interno. I raggi del sole, che raggiungono la parte interna del pannello, lo scaldano e il calore viene trattenuto all’interno.
2) Pannelli solari sottovuoto: sono più sofisticati, costosi ma sono in grado di fornire prestazioni assai elevate. Sono infatti, come dice il loro nome, sottovuoto. Essi si presentano come tubi di vetro, contenenti all’interno un elemento assorbitore di calore, al cui interno la pressione dell’aria è ridottissima, per impedire la cessione del calore da parte dell’assorbitore. I pannelli solari sottovuoto hanno un ottimo rendimento in tutti i mesi dell’anno e sono particolarmente adatti ad essere installati negli edifici residenziali, anche in condizioni climatiche molto rigide.
3) Pannelli solari scoperti: sono adatti per il riscaldamento di piscine scoperte, acqua calda per le docce negli stabilimenti balneari, nei campeggi, negli alberghi stagionali, ecc. Sono privi di vetro e l’acqua passa direttamente all’interno dei tubi del pannello, dove viene riscaldata dai raggi solari ed è pronta per essere usata. Il limite di questi pannelli è che, non essendo coibentati, funzionano con una temperatura ambiente di almeno 20°C. Il loro costo è però ovviamente più basso dei pannelli vetrati e l’installazione è davvero semplice.

Thermal solar panels

Solar panels work according to a very simple concept: capture the sun’s energy and use it to produce hot water at a temperature of up to 70°C (a hot shower is usually around 40- 45°C). The typical solar system is made of the following parts:
– the solar panel itself, similar to a radiator, that transfers heat absorbed from the sun to water in a tank, thus producing hot water;
– the hot water accumulation tank and possibly a pump for forced water circulation;
– plumbing and electricity connections.
Thermal solar panels let you heat water for everyday use without the need for gas or electricity. They are therefore a valid and effective alternative to the electric or gas boiler for generating hot water for the dishes, shower, bath, and so on. The main question is what happens when it rains, or when there is cloud cover, and what about at night? The
answer is that the water heated is stored in insulated 150 to 500 litre tanks that ensure autonomy for many hours.
The quality of the tank insulation will determine the level of user comfort.

Nelle foto: Qui sopra, una valida realizzazione di moduli solari installati su una struttura di sostegno posta sulla tetto di un’abitazione. (Citrin Solar Energie)
Un esempio di come molti moduli installati direttamente sulle falde del tetto possano fornire energia e acqua calda all’abitazione.

The correct panel size

To calculate the size of solar panel to be installed one should not consider the square metres of the home but the number of family members, considering that the average consumption of hot water per person per day is between 30 and 50 litres per day. In order to make a rapid approximation, each member of the house consumes in hot water the equivalent of a two-square-metre panel (each square metre of solar panels produces between 50 and 80 litres per day). So for a family of three, approximately 6 square metres of thermal solar panels are required. One also needs to consider other factors such as geographic location, south/south-east exposure, slope of roof, personal consumption of water, time frames in which water is consumed, and the absence of shaded areas, all of which can influence the calculation of the quantity of solar panels to install on the roof.

I pannelli solari fotovoltaici Il silicio, costituente i pannelli, produce energia elettrica se irragiato dalla luce solare. Una caratteristica fisica che ha consentito negli anni ’50 di realizzare la prima cella fotovoltaica della storia dell’uomo. Lo stesso nome “fotovoltaico” esprime il significato della scoperta, foto = luce e voltaico = Alessandro Volta (inventore della batteria). 1) I pannelli fotovoltaici sono installati sul tetto della propria abitazione o ovunque ci sia un’esposizione diretta ai raggi solari (es. terrazze, cortili, terreni ecc.). 2) La luce solare è trasformata in energia elettrica alternata, usufruibile per tutte le normali attività domestiche. 3) L’energia elettrica prodotta dai pannelli in eccesso, rispetto ai consumi, viene venduta alla società elettrica come credito da applicare sulla bolletta elettrica. Le celle fotovoltaiche collegate tra loro formano un modulo fotovoltaico in grado di trasformare la luce solare direttamente in energia elettrica. I moduli, costituiti da 36 celle poste in serie e consente di produrre una potenza di circa 50 Watt, sono collocati in serie nei pannelli da installare sui tetti delle abitazioni o in qualsiasi spazio esposto alla luce solare (terrazze, terreni, ecc.). La modularità dei pannelli fotovoltaici consente una vasta flessibilità di impiego. Le celle possono essere combinate in serie sulla base delle reali esigenze energetiche dell’utenza o sulle caratteristiche della superficie destinata all’impianto. L’energia elettrica in uscita dal modulo viene passa per dispositivi la cui funzione è di adattare la corrente e trasformarla in corrente alternata tramite il sistema di inverter. L’energia così modificata è introdotta nella rete elettrica per alimentare il consumo di elettricità locale.

Perchè installare i pannelli solari fotovoltaici?

Installare sul proprio tetto 8 metri quadri di pannelli fotovoltaici consente di abbattere per almeno 25 anni la propria spesa per l’energia elettrica. Il costo dell’installazione oscilla intorno ai 9-10.000 euro. Il rapporto prezzo/rendimento dei pannelli solari è in trend discendente da anni. I pannelli fotovoltaici non hanno solo vantaggi economici per il singolo acquirente, aspetto fondamentale per una grande diffusione, ma anche aspetti sociali. Gli impianti fotovoltaici riducono la domanda di energia da altre fonti tradizionali contribuendo alla riduzione dell’inquinamento atmosferico. Dal punto di vista dell’impatto sul paesaggio, la modularità dei pannelli solari consente di integrare i moduli sulle superfici esistenti delle abitazioni, normalmente sui tetti. L’impatto ambientale e paesaggistico è pertanto nullo.

	L’impianto fotovoltaico ha la luce solare come elemento fondamentale (tratto da Sviluppo sostenibile n°22 edito da Enea)

Nelle foto: Schema di trasferimento dell’energia dal sistema fotovoltaico all’utenza mediante dispositivi. Pannelli UNIMETAL costituiti da un profilo metallico su cui sono posate le lamine Uni-solar.

Shown here, diagram of the transference of energy from the photovoltaic system to the user. Below, UNIMETAL panels made with metal mouldings with Uni-solar sheets placed on top.

Una applicazione dei pannelli fotovoltaici: i tetti “fotovoltaici”

I tetti fotovoltaico (o meglio tetti fotovoltaici) sono tetti dove l’ impianto fotovoltaico consiste in un sistema con installazione di pannelli solari dedicati ed integrati nel tetto in grado di trasformare direttamente la luce solare in energia elettrica. I dispositivi fotovoltaici trasformano l’ energia solare in energia elettrica e operano senza l’ ausilio di
parti meccaniche e pertanto sono silenziosi e non richiedono molta manutenzione. Naturalmente il vantaggio principale di questi sistemi è nell’ utilizzo di una fonte energetica inesauribile e gratuita e pulita. L’ energia prodotta dai pannelli viene inserita nell’ impianto elettrico esistente e collegato al fornitore di energia elettrica, consentendo cosi l’ utilizzo di ogni apparecchiatura anche di notte o quando le condizioni atmosferiche non sono favorevoli. Quando il sole colpisce il sottile strato di silicio, i fotoni (energia dei raggi solari), trasferiscono la loro energia agli elettroni del materiale e producono corrente elettrica continua. Le celle fotovoltaiche solitamente sono disposte in strati sottili collegati tra loro oppure ottenute distribuendo il materiale polverizzato direttamente su un supporto ricavando una pellicola sottile ed uniforme. Il materiale di cui sono composte le celle fotovoltaiche è molto delicato e quindi viene poi ricoperto da una superficie di vetro o altro materiale trasparente specificatamente trattato. Un pannello solare di nuova generazione è al silicio monocristallino con celle ad alta efficienza. Dal 2002 l’ Italia si è dotata di una legislazione innovativa volta ad incrementare la produzione di elettricità da energie rinnovabili: gli impianti eolici, idroelettrici, geotermici, solari, a biomassa dovranno sempre più sostenere il carico dell’energia richiesta, anche grazie a politiche di incentivazione, come quella relativa ai “Certificati verdi”. Alcune tecnologie a costi più elevati godono e sempre più godranno di programmi di finanziamento specifici da parte del Ministero dell’Ambiente per il fotovoltaico. Anche per il solare termico sono previsti programmi di incentivazione che dovrebbero consentire di raddoppiare la superficie annualmente installata. Stanno, insomma, creandosi le condizioni per uno sviluppo reale ed accelerato di tecnologie che, puntando sulle fonti rinnovabili e associate ad una seria politica di risparmio energetico e di razionalizzazione dei consumi, possano ridurre gli effetti nocivi sull’ecosistema, traducendo gradatamente in realtà le raccomandazioni del Protocollo di Kyoto.

The types of thermal solar panel

Solar panels come in three main groups: glazed, vacuum, and exposed.
1) Glazed solar panels are the classic panel made of a panel and a water accumulation tank. Together they create a complete solar system. The glass is transparent for the light of the sun to enter, but it is opaque for the infrared rays, which are withheld. The sun’s rays reach the internal part of the panel; the heat produced is stored within.
2) Vacuum solar panels are more sophisticated and expensive, but they have high performance levels. As their name suggests, they are in a vacuum. They are tubes of glass held within a heat absorption element, inside which air pressure has been greatly reduced to prevent the dispersion of heat by the absorption element.