Sistemi di riscaldamento solare: analisi delle tecnologie per l'installazione del riscaldamento basato su sistemi solari

La questione della ricerca di fonti di calore alternative diventa sempre più attuale. Ciò è favorito dai prezzi crescenti di gas, carbone, petrolio. Una direzione molto promettente sono i sistemi di riscaldamento solare, in grado di riscaldare efficacemente un ambiente per molti anni.

State pensando di installare un sistema solare termico, ma avete dubbi e domande? Vi aiuteremo a capire quando è opportuno utilizzare l'energia solare per il riscaldamento e descriveremo le possibili opzioni di organizzazione del riscaldamento. Inoltre, forniremo istruzioni per la costruzione di sistemi solari fatti in casa – collettori piani e tubolari.

Energia solare – fonte di calore alternativa

L'idea di utilizzare l'energia solare per il riscaldamento non è nuova. Inoltre, l'opportunità del suo utilizzo è stata dimostrata da americani, cinesi, spagnoli, israeliani e giapponesi.

Il mercato è ricco di offerte di vari impianti per la conversione dell'energia solare e il suo successivo utilizzo per scopi domestici.

I sistemi solari termici sono attivamente utilizzati come fonte di calore principale in molti paesi del mondo. Alle nostre latitudini, per ora vengono utilizzati come integrazione al sistema di riscaldamento.

Il costo dei sistemi dipende dal tipo, dall'area, dal materiale utilizzato nella fabbricazione. Di anno in anno si osserva una tendenza costante alla diminuzione dei prezzi di tutti i tipi di impianti solari – sistemi solari termici.

Ciò li rende più accessibili a grandi fasce della popolazione. Solo che per ora non tutti i desiderosi sono pronti a fare un tale acquisto.

Invece, volendo, si può costruire un efficace sistema di riscaldamento solare da soli, spendendo significativamente meno denaro.

Il sistema di riscaldamento tradizionale, che ha svolto egregiamente le sue funzioni per molti anni, diventa sempre più costoso. La colpa è dell'aumento globale dei prezzi delle fonti energetiche in tutto il mondo. Il desiderio naturale che sorge in un proprietario è di risparmiare sul riscaldamento, che consuma una parte significativa del bilancio familiare.

Così, un sistema di riscaldamento solare può sostituire completamente il tradizionale sistema a combustibile solido, a gas o qualsiasi altro. Tutto dipende dal tipo e dalle dimensioni dell'ambiente in cui verrà utilizzato.

Una soluzione adatta per un granaio non è adatta per una casa residenziale, e un sistema che soddisfa le esigenze di una casa di campagna non è assolutamente in grado di riscaldare una villa a due piani.

La sostituzione completa del riscaldamento tradizionale con quello solare è talvolta problematica. Il proprietario teme che il sistema possa non farcela o che fisicamente non ci sia spazio sufficiente per installare il numero necessario di pannelli.

Pertanto, si utilizza spesso un sistema di riscaldamento combinato, senza rinunciare completamente all'apparecchiatura a gas (elettrica o di altro tipo) già installata. Il livello di sostituzione del riscaldamento tradizionale con quello solare può raggiungere il 90%.

Inoltre, è importante il numero annuo di giorni di sole nella zona in cui si trova l'abitazione. La temperatura media giornaliera non è così rilevante. Molti impianti assorbono efficacemente la luce nei giorni invernali di gelo (i collettori solari che utilizzano l'antigelo come fluido termovettore).

Oltre al riscaldamento, un impianto solare può fornire all'abitazione acqua calda ed energia elettrica.

Dove l'impianto solare sarà più efficace

Per quanto riguarda la sostituzione del riscaldamento con un impianto solare, è necessario considerare una serie di fattori che influenzano la sua efficienza.

In primo luogo, è necessario scegliere correttamente il tipo di sistema solare. In questo caso, bisogna considerare la superficie del locale e la sua destinazione. Il più delle volte si tratta di una casa privata in cui vive una famiglia di 4-5 persone.

In secondo luogo, calcolare attentamente il fabbisogno di calore, basandosi sul consumo massimo durante la stagione fredda. Confrontare questi dati con la quantità di energia prodotta da 1 mq di impianto solare. Resta da calcolare la superficie della struttura solare in grado di riscaldare l'ambiente specifico.

Il valore ottenuto diventerà il fattore principale per determinare la posizione del sistema. Di solito i proprietari di abitazioni preferiscono utilizzare il tetto o il muro della casa. Raramente utilizzano il terreno adiacente o il tetro del garage. Talvolta costruiscono supporti speciali per l'installazione dell'impianto.

La costruzione di supporti speciali per il montaggio di impianti solari consente di posizionarli nel modo più comodo possibile nell'area adiacente alla casa.

È importante che nulla impedisca la libera penetrazione dei raggi solari sulla superficie che assorbe la luce. È necessario scegliere la parete sud, sud-est o sud-ovest o una parte del tetto.

Una volta deciso dove verranno posizionati i pannelli solari, si dovrà effettuare una preparazione preliminare dell'abitazione:

• Liberare spazio. Abbattere le piantagioni in eccesso, se ostacolano.
• Rafforzare il tetto. Qui non bisogna dimenticare quale peso avrà la struttura prevista.
• Isolare ulteriormente l'edificio. Dopotutto, è inutile riscaldare la strada.

In terzo luogo, è necessario decidere se acquistare o costruire autonomamente il sistema di riscaldamento. Tutto dipende dalle possibilità finanziarie e dalla volontà di dedicare tempo alla realizzazione della struttura.

Scegliendo la seconda opzione, è necessario comprendere il principio di funzionamento del sistema necessario per assemblare tutto correttamente.

Possibili opzioni per l'installazione del riscaldamento solare

Le opzioni per la realizzazione del sistema di riscaldamento solare dipendono interamente dai desideri del proprietario dell'abitazione:

• Utilizzo di prodotti di fabbrica. Acquisto di collettori pronti con installazione e montaggio autonomi.
• Realizzazione di un progetto pilota.  Serve per verificare l'effetto dell'utilizzo del sistema al fine di effettuare calcoli precisi in seguito.
• Esecuzione autonoma del ciclo completo dei lavori.  Calcolo, progettazione, realizzazione da zero dell'impianto solare, sua installazione.

Opzione n. 1. Implica la scelta del luogo corretto per il posizionamento degli impianti solari, poiché da ciò dipenderà l'efficacia del loro utilizzo. Per il montaggio saranno necessarie anche competenze specifiche.

Non sarà necessario calcolare il numero di pannelli: basterà esprimere tutti i propri desideri all'azienda fornitrice dell'apparecchiatura. Inoltre, bisognerà rispondere alle domande di chiarimento dei manager: tutto qui, la selezione del numero ottimale di pannelli (collettori) avverrà senza alcuna difficoltà.

Per montare un impianto solare fai-da-te sul tetto, è necessario ottenere il supporto di almeno un assistente. Da soli non si riuscirà a svolgere tale lavoro.

Opzione n. 2 – realizzazione di un progetto pilota. Sarà la soluzione ottimale per le persone indecise. È difficile prendere subito una decisione definitiva sulla sostituzione del sistema di riscaldamento. Realizzare un collettore solare (ad aria o ad acqua) di piccole dimensioni e testarlo «in azione» sarà un'esperienza utile.

Dopo aver valutato i costi reali di produzione, confrontandoli con il prezzo di mercato di sistemi simili e calcolato il risparmio derivante dall'uso in azienda, prendere una decisione responsabile sarà semplice.

Opzione n. 3 – la scelta dei veri maestri.

Per un riscaldamento completo dell'immobile sarà necessario svolgere un lavoro enorme:

• Calcolare la superficie necessaria del sistema solare.
• Determinare il luogo del futuro montaggio e rinforzarlo.
• Isolare ulteriormente l'abitazione.
• Acquistare tutti gli elementi per la costruzione del sistema.
• Costruire un pannello solare.
• Installare il sistema costruito, seguendo i requisiti principali: l'angolo di inclinazione rispetto all'incidenza dei raggi solari.

Eseguire l'intero ciclo di lavori per l'installazione del sistema non può essere definito un compito facile, ma il processo è estremamente affascinante. Inoltre, permette di risparmiare una somma piuttosto considerevole.

Scegliendo il tipo di riscaldamento che utilizza l'energia solare, bisogna decidere se verrà utilizzato anche per riscaldare l'acqua e produrre elettricità (clicca per ingrandire)

Tipi di impianti per la conversione dell'energia solare

In base al principio di funzionamento, si distinguono due tipi di dispositivi che assorbono la luce solare:

• Batterie con convertitori fotovoltaici. Si tratta di sistemi di elementi semiconduttori collegati in serie o in parallelo. Forniscono corrente per alimentare i riscaldatori domestici.
• Collettori solari. Pannelli con un sistema di tubi riempiti di fluido termovettore: aria, miscela antigelo o acqua. Forniscono il fluido riscaldato dal sole al circuito di riscaldamento.

Esaminiamo ciascuna opzione separatamente.

Pannelli solari

Il pannello solare converte la luce assorbita in elettricità. È composto da celle fotovoltaiche (per lo più al silicio), in grado di estrarre immediatamente corrente elettrica continua dalla radiazione solare.

Tale impianto può essere utilizzato per alimentare le apparecchiature elettriche di riscaldamento. Deve essere collegato al sistema di alimentazione elettrica dell'abitazione.

L'efficienza di conversione della radiazione solare di questo impianto va dal 5% al 20% a seconda del tipo di dispositivo che elabora la radiazione solare. La produttività di 1 m² di pannello solare è di 120 W.

Non resta che calcolare quanti metri quadrati di superficie saranno necessari per soddisfare le esigenze di una specifica famiglia, in base alle dimensioni dell'abitazione, ai bisogni individuali di calore e al livello di isolamento delle strutture.

È più comodo posizionare i pannelli solari sul tetto della casa, scegliendo il suo versante meridionale.

Per il riscaldamento, i pannelli solari sono più efficaci nelle regioni meridionali. Il loro principale svantaggio è la riduzione dell'efficienza al crepuscolo e con tempo nuvoloso, e la completa inoperabilità durante la notte.

Per realizzare un pannello solare fai-da-te, sarà necessario prima assemblare il telaio, saldare le celle solari, poi sistemare tutto con cura e usare del sigillante.

Per la realizzazione del telaio si utilizzano listelli di legno e profilati angolari in alluminio. Tutto dipende dalle dimensioni della struttura da assemblare e dal luogo di installazione. Le celle solari – lastre di silicio – sono la parte più costosa della struttura. Possono essere monocristalline o policristalline. Le prime sono leggermente più costose, ma hanno anche una produttività superiore del 5%.

Realizzarle da soli è impossibile. È meglio acquistare i convertitori fotovoltaici già con i conduttori saldati.

Vanno posizionati su una base in pannello di fibra di legno, quindi fissati nel telaio, far uscire i fili dalle celle verso l'esterno e riempire tutti i fori con sigillante. Lasciare asciugare bene la struttura e coprire con un coperchio di vetro o plastica trasparente.

Gli schemi di montaggio e le modalità di collegamento dei pannelli solari sono descritti in questo articolo.

Collettori solari

Un modo fondamentalmente diverso di convertire la luce assorbita è nei collettori. Alla base del loro funzionamento c'è un fluido termovettore che passa attraverso i tubi.

In base alla struttura, si possono distinguere tre principali tipologie di collettori, più spesso utilizzati per la realizzazione di un sistema di riscaldamento solare:

• Piani. Il ricevitore di calore – l'assorbitore – è realizzato in lamiera metallica con superficie esterna annerita. Riscaldandosi, trasferisce l'energia al fluido termovettore del sistema di riscaldamento.
• Vuoto. Il sistema di collettori a vuoto è realizzato secondo lo schema dei thermos, grazie al quale il calore ottenuto dal sole viene conservato quasi il doppio.
• Concentratori. Il dispositivo è dotato di un elemento specchiato concavo con un'ampia superficie, che focalizza la luce solare su una piccola area dell'assorbitore.

Gli impianti solari più comuni in ambito domestico sono dotati di un sistema di tubi, realizzato con elementi collegati in parallelo o a serpentina. I tubi vengono riempiti con acqua tecnica, o con una miscela di acqua e liquido antigelo, oppure con aria.

Visualizzando le parti principali dell'impianto solare, è più facile decidere dove posizionare al meglio i vari componenti (+)

L'impianto ad aria può essere utilizzato come fonte di riscaldamento supplementare. Non è in grado di fornire completamente calore all'abitazione indipendentemente dalla regione in cui si trova. La caratteristica principale di questo tipo di impianto solare è l'aria che funge da fluido termovettore.

I sistemi a tubi sono utilizzati abbastanza attivamente per il riscaldamento tutto l'anno. L'antigelo o la miscela di antigelo si riscalda sotto i raggi solari, poi passa attraverso i tubi interni di scambio termico, quindi viene inviata al serbatoio di accumulo.

Il movimento del fluido è stimolato da una pompa, grazie alla quale il fluido si sposta dal serbatoio al sistema di riscaldamento. Il fluido termovettore riscaldato spinge la parte raffreddata del fluido, che dovrà tornare al collettore e riscaldarsi di nuovo.

Il principio di funzionamento di un impianto solare piano si basa sulla penetrazione della luce solare all'interno del pannello, dove si trova l'assorbitore di calore. Questo si riscalda ed emette calore, che viene trasmesso al fluido che circola attraverso tubi metallici (il più delle volte in rame).

Cosa si può costruire da soli?

Si può realizzare un sistema di riscaldamento solare con un collettore ad aria con le proprie mani. È meglio posizionarlo sulla parete sud dell'edificio.

Maggiore è la superficie dell'ambiente da riscaldare, maggiore sarà la superficie occupata dal collettore – possibilmente l'intera parete della casa. Inoltre, questo impianto solare può essere installato in soffitta.

Quando si intende installare un sistema di riscaldamento ad aria in soffitta, è necessario assicurarsi che il solaio possa sopportare il peso dell'impianto (+)

Il collettore solare che riscalda la massa d'aria svolge le sue funzioni di riscaldamento grazie ai flussi d'aria che passano all'interno del sistema. Il fluido termovettore circola nel circuito, si raffredda e rientra nel sistema. Il movimento dei flussi d'aria può avvenire in modo naturale o con l'uso di un ventilatore.

Per quanto riguarda i materiali per la costruzione del collettore ad aria, qui si possono utilizzare vari mezzi disponibili. Non esiste una regola unica.

Gli artigiani domestici perfezionano questo tipo di sistema solare assemblato in casa. Alcuni cercano di ottenere una versione più economica, sacrificando l'efficienza, altri invece fanno il contrario.

Una volta compresi gli elementi principali del collettore ad aria, è più facile decidere il luogo di installazione – tetto o parete (+)

Vediamo i metodi principali.

Caratteristiche dell'installazione di un sistema solare tubolare

Il sistema solare a tubi per riscaldamento può essere utilizzato in diverse regioni. Non dipende dalla temperatura esterna. L'importante è che l'installazione riceva la massima quantità di raggi solari.

L'antigelo utilizzato come fluido termovettore non congela a basse temperature. Nelle giornate invernali serene, la quantità di luce solare supera quella ricevuta in estate.

Il collettore solare a tubi è composto da un sistema di tubi sottovuoto trasparenti collegati tra loro. Al loro interno contengono una sostanza con un basso punto di ebollizione. Quando bolle, evapora, trasferisce il suo calore alla punta di rame e scorre verso il basso, dove il processo si ripete.

I tubi sottovuoto, realizzati in vetro refrattario, sono riempiti all'interno con una sostanza in grado di bollire a bassa temperatura (+)

I tubi sottovuoto assorbono fino al 90% di tutta la radiazione solare (visibile e infrarossa). L'energia solare, convertita in termica, viene trasferita al fluido termovettore. Questo trasmette l'energia ulteriormente nel sistema – allo scambiatore di calore situato in un apposito serbatoio di accumulo.

Il movimento del fluido termovettore e dell'acqua nel sistema di riscaldamento avviene tramite pompe. È importante che il serbatoio abbia un buon isolamento termico. Di solito ci sono due scambiatori di calore: uno è collegato a un riscaldatore supplementare, l'altro ai collettori.

Nelle case con questo tipo di impianti solari è vantaggioso collegare anche un sistema di riscaldamento a pavimento. Ciò consente di riscaldare l'edificio in modo più efficiente.

Per quanto riguarda l'installazione dei collettori a tubi, è possibile installarli da soli. L'unica cosa da considerare è l'angolo di inclinazione di lavoro – deve essere almeno 20°.

Il collettore solare a tubi viene posizionato sul tetto, scegliendo la direzione più soleggiata. È importante che non ci siano edifici alti vicini che ostacolino la libera penetrazione della luce solare.

Non è possibile costruire un impianto a vuoto con le proprie mani – realizzare tubi sottovuoto in casa è impossibile. Questo viene fatto da fabbriche specializzate nella produzione di sistemi solari a vuoto.

Impianto solare piano

Spesso per il riscaldamento si utilizza un collettore solare piano.

Per la sua costruzione serviranno:

• telaio metallico;
• fondo resistente;
• strato di isolamento termico;
• strato di assorbitore di radiazione solare di colore nero (adsorbitore);
• coperchio trasparente – plastica, vetro;
• tubi per il liquido (rame, alluminio).

La struttura deve essere dotata di bocchette di ingresso e uscita e di una pompa per una circolazione efficiente del liquido.

È possibile assemblare un impianto solare piano con le proprie mani. Per questo spesso si utilizzano mezzi improvvisati, scegliendo materiali più economici come alternativa (+)

È possibile installare un collettore piano con qualsiasi angolazione, condizione obbligatoria è pulirlo da neve e polvere. È particolarmente adatto per climi caldi.

Durante la stagione fredda si osserva una bassa efficienza e elevate perdite di calore. Ciò mette in dubbio l'utilizzo di questo singolo sistema solare per un riscaldamento completo. Sarebbe ottimale utilizzare un impianto solare piano insieme a un sistema di riscaldamento a gas, elettrico o a combustibile solido.

Vi invitiamo a consultare gli articoli sull'assemblaggio fai-da-te di sistemi di riscaldamento solare:

1. Come realizzare un collettore solare per il riscaldamento fai-da-te — guida passo passo
2. Come realizzare un pannello solare fai da te: metodi di assemblaggio e installazione del pannello solare

Ancora una volta sull'opportunità

Utilizzare l'energia solare per il riscaldamento al posto delle tradizionali fonti energetiche è vantaggioso. A seconda del tipo di sistema solare scelto, il risparmio sul consumo di calore a pagamento può arrivare fino al 100%.

L'opzione di sostituzione completa del sistema di riscaldamento è l'uso di collettori a tubi sottovuoto. Si tratta di un progetto piuttosto costoso nella fase iniziale. In seguito può garantire la completa indipendenza energetica, ammortizzandosi in 6-8 anni.

L'ingegnosità degli artigiani domestici non conosce limiti – come labirinto per la circolazione del liquido all'interno del collettore si può adattare un normale tubo flessibile

La durata di vita degli impianti solari è fino a 25 anni. Richiedono una manutenzione minima – pulizia periodica delle superfici da neve, polvere, detriti. Per quanto riguarda le riparazioni, possono essere eseguite con le proprie mani. Un inconveniente significativo – i collettori piani e i pannelli solari «temono» gli uragani.

Tale riscaldamento è sicuro per gli abitanti della casa e per l'ambiente. È completamente gratuito e non dipende dal tasso di cambio, dai prezzi delle fonti energetiche.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video mostrerà il processo di costruzione fai-da-te di un pannello solare:

Guida illustrata per la realizzazione di un sistema di riscaldamento ad aria:

Tecnologia per la costruzione fai-da-te di un impianto solare piatto:

Gli impianti solari termici o i sistemi di riscaldamento solare si sono affermati in tutto il mondo. Permettono di ottenere calore gratuitamente, riducendo le spese per le utenze di riscaldamento dal 30%.

È possibile sostituire completamente le fonti energetiche con l'energia solare nel proprio impianto di riscaldamento. Un altro notevole vantaggio è che si può assemblare un impianto solare termico con le proprie mani.

Avete competenze pratiche nell'assemblaggio o nel funzionamento di sistemi di riscaldamento solare? Condividete le vostre conoscenze, fate domande sull'argomento e partecipate alle discussioni. Il modulo per i commenti si trova in basso.