Curiosità
Il problema del contenimento energetico e quello della ricerca di fonti energetiche rinnovabili e pulite sono da qualche anno al centro dell'attenzione di enti e realtà produttive e toccano in maniera rilevante l'edilizia, dalle nuove costruzioni alla ristrutturazione.
Anche il design architettonico e l'arredo non sono indifferenti al tema energetico e l'integrazione di tecnologie per la produzione di elettricità e calore da fonti rinnovabili si affiancano costantemente alla ricerca di materiali ecosostenibili.
Ci sono indubbiamente innumerevoli fonti energetiche alternative e modi di sfruttarle, tuttavia quelle più vicine all'immaginario collettivo e maggiormente industrializzate su larga scala sono il fotovoltaico e il solare termico. Entrambe sono ormai perfettamente integrate, sul piano funzionale, negli edifici e in molti casi sono parte indispensabile per poter classificare una casa nei più alti livelli di classe energetica.
Come tutti i sistemi e gli impianti tecnici, quelli ad energia rinnovabile sono più accettati dal pubblico se si coniuga l'efficienza all'estetica, con soluzioni che li integrino il più possibile nell'aspetto esterno e nell'arredo della casa.
Allo stesso tempo, come tutte le innovazioni, lo stimolo al loro utilizzo e al superamento dei costi che la loro installazione comporta viene da incentivi cui si può accedere a seguito degli interventi legislativi che si sono succeduti negli anni.
La soluzione principe in fatto di energie rinnovabili per la casa è indubbiamente il fotovoltaico che ha ricevuto una fortissima spinta dal cosiddetto "Conto Energia", ossia un intervento legislativo finalizzato a rendere conveniente l'installazione di pannelli solari fotovoltaici (e non solo) attraverso il duplice meccanismo della detrazione fiscale come intervento per il contenimento energetico e della remunerazione da parte dei gestori del servizio elettrico agli utenti disposti a vendere (mediante lo scambio sul posto) l'elettricità prodotta dal proprio impianto, misurata da un contatore bidirezionale in grado di conteggiare quando si attinge alla rete elettrica e quando, invece, la si alimenta.
Senza scendere sul terreno del successo del Conto Energia, il cui accesso è stato ridimensionato per via del costo eccessivo e le cui aspettative sulla crescita del settore industriale del fotovoltaico sono state in parte disattese, è interessante conoscere da vicino la relativa tecnologia che è molto articolata e capace di trovare applicazione in settori diversificati. Tra l'altro, questa non si limita ai pannelli solari fotovoltaici.
Quando si parla di "fotovoltaico" si intende la produzione diretta di elettricità da parte di dispositivi che convertono la luce del sole – e in generale la luce nell'ambiente – in corrente elettrica, ma anche l'accumulo e la conversione in corrente alternata da utilizzare per alimentare la casa o per la rivendita.
Un impianto fotovoltaico può quindi essere composto da:
• pannelli solari fotovoltaici collegati a un regolatore di carica che provvede a caricare delle batterie; in questo caso fornisce tensione continua che si può utilizzare per far funzionare dispositivi elettrici ed elettronici a bassa tensione;
• pannelli solari fotovoltaici collegati a un inverter grid-connected: un tale sistema genera una tensione come quella della rete elettrica (220 Vca) e oltre ad alimentare autonomamente gli elettrodomestici, può sovrapporsi alla rete elettrica domestica per fornirle elettricità in luogo di quella prelevata dal contatore; tale soluzione contempla lo scambio sul posto;
• la stessa struttura del punto precedente ma con un regolatore di carica che provvede a caricare, con l'energia fornita dai pannelli solari fotovoltaici, delle batterie, le quali alimentano l'inverter nei momenti in cui l'irraggiamento solare è scarso (cielo nuvoloso) o assente (notte).
Le soluzioni dotate di batterie costituiscono sistemi di accumulo dell'elettricità ed offrono il vantaggio di utilizzare la corrente elettrica prodotta dal fotovoltaico nel momento desiderato; ad esempio, stoccandola e utilizzandola nelle fasce orarie più onerose, è possibile risparmiare notevolmente sulla bolletta.
Il cuore di qualsiasi impianto sono i pannelli solari fotovoltaici, perché materialmente producono l'elettricità quando ricevono la luce del sole; dai primi dispositivi, realizzati in silicio mono e policristallino (amorfo), l'evoluzione non si è mai arrestata e oggi sono disponibili numerose varianti caratterizzate da costi, rendimenti e proprie peculiarità.
I tipi di pannello sono:
- monocristallino: si tratta del più pregiato (e costoso) ed è formato da giunzioni PN di silicio monocristallino opportunamente drogato, allo scopo di raggiungere efficienze (ossia percentuali di conversione dell'irraggiamento solare, inteso come potenza ceduta dalla luce al suolo) anche del 20% (cioè un quindi dell'energia ricevuta diventa elettricità;
- policristallino: sempre composto da giunzioni in silicio che però non ha la struttura cristallina orientata come nel monocristallino e quindi non garantisce lo stesso rendimento, pur rimanendo in valori di tutto rispetto, intorno al 17%;
- amorfo (a-Si): è formato da giunzioni in silicio ed è privo di orientamento cristallino, a basso rendimento (sul 14%) ma molto economico;
- film sottile: è il più economico (perché basato su leghe economiche che richiedono pochissimo silicio o su tellururo di cadmio) e rispetto ai precedenti consente di realizzare strutture flessibili e quindi capaci di aderire a strutture architettoniche come cupole, volte ed altro ancora; il rendimento (intorno al 14%) è meno influenzato dall'angolo con cui la luce incide sulla superficie e quindi nell'arco della giornata ha un rendimento più omogeneo rispetto a quello dei pannelli cristallini che rendono molto quando il sole è perpendicolare o quasi, ma che poi calano vistosamente al mattino e verso il tramonto.
Il rendimento è importante perché individua quanta superficie serve occupare con i pannelli solari fotovoltaici per ottenere una certa potenza.
I prezzi dei pannelli solari fotovoltaici vanno a scendere dalla cima al fondo di questo elenco e sono correlati all'efficienza. Oggi esistono anche pannelli solari fotovoltaici quasi trasparenti da applicare alle vetrate degli edifici, che rappresentano un'eccellente integrazione tra produzione di elettricità e design; si trovano anche soluzioni fotovoltaiche a concentrazione, dove le celle solari in semiconduttore sono precedute da lenti in grado di concentrare la luce incidente per elevare l'efficienza anche al 30%.
Il tipo più adatto alle proprie esigenze si sceglie sia sulla base di valutazioni economiche, sia sull'irraggiamento solare disponibile nella propria zona, sia di picco che medio. Va poi considerato il rapporto tra l'area disponibile all'applicazione dei pannelli e la potenza elettrica che ci si aspetta di produrre e quindi il rendimento del pannello; a riguardo, va considerato che le soluzioni cristalline offrono densità di potenza dell'ordine di 200÷250 W/mq, mentre il film sottile rende una volta e mezza meno.
Un'altra forma di sfruttamento dell'energia del sole è quella permessa dai pannelli solari termici (pannelli solari per acqua calda), che si basano sull'effetto serra e sono composti da serpentine esternamente nere, eventualmente applicate a piastre per estendere la superficie esposta al sole, chiusi in contenitori parallelepipedi isolati sul fondo con lana di vetro o di roccia (o altro isolante termico) e chiusi superiormente da vetro molto trasparente, resistente e atermico.
Quando la luce colpisce il pannello solare attraversa il vetro e colpisce la serpentina e le sue estremità metalliche, facendole riscaldare per effetto dell'energia contenuta nei fotoni della radiazione luminosa; il calore che si sviluppa non può, tuttavia, uscire dal vetro né dal contenitore e si concentra sulla serpentina, venendo ceduto al liquido che scorre all'interno e che nel caso più semplice è acqua e negli impianti più sofisticati è glicole etilenico (il liquido del radiatore delle auto) o altro fluido vettore energetico capace di lavorare ad alte temperature.
I pannelli solari per acqua calda possono essere attraversati dall'acqua fredda dell'impianto di casa e collegati in uscita all'impianto dell'acqua calda sanitaria, fornendo così acqua calda istantanea, come farebbe un boiler a gas; oppure possono essere parte di un circuito di accumulo e in tal caso vengono collegati con l'uscita all'ingresso di un serbatoio (posto vicino ad essi nei climi caldi e al riparo, in soffitta o in cantina, nei climi rigidi) e l'ingresso all'uscita del serbatoio stesso.
L'acqua calda può spostarsi nel circuito così creato per convezione o mediante una pompa.
I sistemi più completi vedono il circuito dei pannelli collegato a una serpentina posta all'interno di un serbatoio d'accumulo d'acqua, la quale funziona da scambiatore di calore e cede il calore all'acqua del serbatoio stesso, poi destinata al sanitario o al riscaldamento.
L'installazione dei pannelli solari può avvenire in vari luoghi: sul tetto (sopra la copertura o integrati nelle tegole) oppure a terra, in base alla disponibilità di superficie e al livello e alla costanza dell'irraggiamento solare disponibile.
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