Perchè un pannello solare termico

Nel 2022 diversi eventi hanno messo in discussione il nostro approvvigionamento energetico
L’Europa si è trovata impreparata e incapace di dare risposta e sostegno in tempi rapidi ai cittadini che si sono trovati aumenti sproporzionati delle proprie bollette
A livello nazionale gli incentivi sugli impianti solari hanno causato, insieme all’aumento della domanda un incremento dei prezzi di vendita dei materiali e dell’installazione

I costi di un impianto solare con o senza accumulo presenta dei calcoli complessi per definire i tempi di rientro le approssimazioni che ho trovato non facevano al mio caso. Chi ha avuto la pazienza di fare dei calcoli mi ha fatto capire che in un caso simile al mio non conveniva o aveva dei tempi di rientro pari o di poco inferiori al tempo di vita dell’impianto

Inoltre, un impianto solare non avrebbe risolto i problemi dei costi del riscaldamento che nel mio caso è a metano
La fortuna ha voluto che mi imbattessi su pannelli solari termici o convettori solari
Il secondo colpo di fortuna è stato che nello stesso periodo mio figlio li ha studiati a scuola
Il terzo colpo di fortuna è stato avere mia moglie che mi assecondato

 

Raffrescamento, riscaldamento e acqua calda

Oltre a riscaldare d’inverno dovete pensare anche al funzionamento estivo

Quando la vostra casa ha una temperatura maggiore dell’esterno potete utilizzarlo per raffreddare l’aria che ci passa attraverso. Avrà una resa bassa ma è inclusa nella funzionalità

D’estate se sul fondo del pannello disponete dei tubi a serpentina potete scaldare l’acqua che accumulata può farvi fare docce calde gratuite, purtroppo questa funzionalità non è inclusa in questo progetto, devo dirlo con pentimento perché con pochi costi aggiuntivi avrei tranquillamente raggiunto ulteriore resa

 

Prima della costruzione

I falsi miti e il rendimento reale

Su internet ci si può perdere in svariati esempi

Ma pochi si cimentano in maniera strutturale, bisogna evitare i falsi miti, molti video vi propongono temperature tra i 60 e 80 C all’uscita di un pannello

Sono mezze verità quello che serve è trasferire calore all’interno di un edificio, il flusso d’aria richiesto deve essere notevole se volete scaldare un locale

Vedo spesso ventole per PC che soffiano o aspirano aria, diametro di 10 cm. Qual è la reale resa di questi pannelli? mi servono davvero a ottenere un beneficio?

Quindi occhio agli scienziati improvvisati e ai venditori di aria calda!

Più avanti andremo a vedere quali sono i parametri da tenere in considerazione per calcolare la resa di un pannello e quali sono i suoi limiti

Il progetto che segue ha una resa di 1,4 Kw nei capitoli finali vi spiegano come calcolarli

Riferimenti esterni 

“siamo nani sulle spalle dei giganti”

Prima di affrontare il tema di come progettare un pannello solare è consigliabile farsi un po’ di cultura due persone in particolare mi hanno colpito per l’impegno. Più di 10 anni fa hanno decisamente posto le basi sulla progettazione di questi pannelli. In caso voleste approfondire:

G. Scott Davis;

Gary

Considerazione per la costruzione

Se volete ottenere il meglio dal vostro pannello avrete da considerare tutti questi punti

Vi consiglio inoltre di pensare a materiali ed un assemblaggio che mi garantissero un servizio di 20 anni con bassissima manutenzione, tenete presente che il pannello sarà esposto alle intemperie e ai raggi solari di tutte le stagioni

• spazio a disposizione per l’installazione e ingombri
• costi
• peso
• trasporto sul luogo di installazione
• longevità e resistenza agli agenti atmosferici
• eventuali riflettori
• come isolare il vostro ambiente dal pannello
• miglior design(vedi riferimenti esterni)
• estetica
• rumorosità

Come costruirlo

Quale design

Come consigliato dai link esterni che ho riportato ho deciso di costruire il modello a zanzariera in tre strati le principali ragioni sono la resa, la semplicità e i costi

Costi e materiali

Tra i costi tenete presente i costi di installazione non elencati in questa pagina! possono tranquillamente raddoppiare il costo del vostro progetto

Questi sono rappresentano una lista di costi non esaustiva ma indicativa, molto materiale era di risulta di altri lavori e lo avevo in casa

item	costo	unità	Totale
Viti autofilettanti con rondella impermeabile	2,3	1	2,3
Lastra policarbonato 200x100x1	25,9	1	25,9
Plexiglass vetro sintetico 200x100x2,5	38	1	38
Profilo L per bordi 12 metri (30x30x300)	2,2	4	8,8
EPS 100x50x4 CM	3,5	4	14
Latta vernice acqua nero opaco	9	1	9
Asse 400x120x22	6,2	2	12,4
Silicone	1,5	3	4,5
Zanzariera 100X10 M A ROTOLO ALLUMINIO	46,9	1	46,9
Ventilatore aria mm 16w 135mq	80	1	80
		Totale	241,8

La costruzione il telaio

La dimensione del pannello che ho costruito è di 200x1oo cm una profondità di 13 cm

Iniziamo con il telaio fatto di abete grezzo con assi da 400x200x12 cm che ho levigato sulla parte esterna

Ho tagliato le assi e le ho posizionate sulla lastra di policarbonato dello spessore di un cm per riuscire a mettere in squadra gli angoli del telaio. Questo passaggio è piuttosto delicato perché c’è il rischio che il telaio non vi venga perfettamente con angoli retti, attenzione a tutti gli effetti disastrosi che conseguirebbero con pochi gradi di errore

Dopo aver posizionato correttamente le assi ho fatto i fori guida con il trapano, dopo aver messo la colla vinilica ho avvitato il telaio agli angoli per garantire un minimo di stabilità

Ho posizionato la lastra di policarbonato sopra il telaio e ho preso le misure per tagliare gli angolari di alluminio che fisseranno la lastra di policarbonato al telaio

A questo punto ho dipinto l’esterno del telaio prima con impregnante bianco e poi con vernice per barche 5 o 6 strati

Una volta tagliati gli angolari ho messo del silicone prima di fissarli con delle viti autofilettanti per dare la forma definitiva e stabilità al telaio

Isolamento, fori e zanzariera

Ora che il telaio è pronto ho isolato e dipinto l’interno, per l’isolamento interno ho utilizzato del polistirolo (EPS) anche se è estremamente raccomandato il polistirene è sicuramente più facile da dipingere

Le lastre le ho fissate con del silicone sul fondo, ai lati e tra le giunture. Inoltre, ho fissato il tutto con dei pannelli di osb da 1 cm di spessore in alto in basso e al centro. I pannelli alle estremità serviranno anche da guida per i tubi dell’aria

Poi ho iniziato la verniciatura con vernice opaca nera all’acqua. Fate particolare attenzione a scegliere un prodotto all’acqua che abbia pochi odori al momento dell’accensione

Ora è il momento di fare i fori, consiglio comunque di farli prima della verniciatura. Trapano e seghetto alternativo.

I fori avranno una distanza diversa dal fondo di polistirolo. Il foro di uscita dell’aria è in linea con pannello osb ed è sotto la zanzariera. Il foro di ingresso dell’aria è sopra la zanzariera. La zanzariera quindi non è verticale ma è inclinata per garantire che l’aria l’attravesti. Trovate un’immagine esplicativa tra le foto.

Il foro inferiore ha bisogno di un telaio dallo spessore di 1 cm per distanziare la zanzariera dal fondo

La zanzariera è di alluminio nera comprata su amazon rotolo da 10 metri

La zanzariera viene costruita su un telaio di legno in questo ordine:

• zanzariera
• telaio legno 1 cm
• zanzariera
• telaio legno 1 cm
• zanzariera

Consiglio di utilizzare una traversa al centro del telaio per mantenere la forma rettangolare, nel mio caso tirando la zanzariera i lati più lunghi si sono flessi verso il centro. Questo mi ha costretto ad usare della schiuma poliuretanica sui bordi tra telaio zanzariera e telaio del pannello

La zanzariera la potete appoggiare a delle viti fissate sul telaio del pannello una volta appoggiata potete mettere altre viti per fermarla. Importante che non ci siano spazi tra i due telai in caso riempiteli con silicone o schiuma poliuretanica

il mio errore è stato non verniciare di nero la schiuma, non è un problema funzionale ma esteticamente è orribile

E’ il momento di infilare i tubi, particolare è l’operazione per il tubo inferiore. Bisogna forare i tre strati di zanzariera con un taglierino o forbice. Una volta passato il tubo ripiegare le alette ed avvitarle sui listelli  posizionati intorno al foro schiacciando la zanzariera

Ultimo passaggio è sigillare i tubi e fissarli solidamente al telaio, per questo ho usato della schiuma poliuretanica

Una considerazione sui tubi, i tubi di alluminio sono molto versatili ed economici ma potrebbero non essere la soluzione migliore. Una volta costruito il pannello risultano ingombranti. La loro versatilità è nella flessibilità, quando farete i fori sul muro vi garantiscono di poter essere inclinati per raggiungere il foro

A questo punto il pannello è pronto per essere ospitare il vetro sintetico, pexiglass o vetro

 

Il vetro sintetico frontale

Ero abituato a chiamarlo pexiglass, dello spesso di 0,25 cm risulta sufficiente al nostro scopo.

Consiglio volto al risparmio usate una lastra grecata trasparente, io per motivi estetici ho deciso di usare il pexiglass

Prima di fissare definitivamente il vetro frontale potete testare il vostro pannello, altro consiglio mettete un deflettore davanti al foro di ingresso

In questo modo l’aria che entra non disperderà calore sul vetro frontale, io ho utilizzato un pannello osb verniciato rigorosamente di nero opaco

Il posizionamento del vetro sintetico è un’operazione delicata. Il vetro tende a flettersi fate in modo che sia più possibile teso. Dovete tenere conto delle dilatazioni che subirà con le escursioni termiche a cui è sottoposto

Senza ventilazione il mio pannello a dicembre ha raggiunto gli 80 C!

Per ottenere il miglior fissaggio possibile ho utilizzato dei profili d’alluminio, evitate quelli per cartongesso sono troppo flessibili nel reparto ferramenta troverete qualcosa di più rigido. Io ho utilizzato 3×3 cm con lunghezza 200 cm quindi quattro profilati in tutto solo per il frontale.

Anche in questo caso abbondante silicone e usate dei fori guida per forare alluminio e vetro sintetico che potrebbe creparsi

Il pannello è pronto per il servizio è impermeabile sigillato e opportunamente isolato

 

Interruttore termostatico

per far partire la ventola che soffierà l’aria all’interno del pannello solare è necessario un interruttore termostatico posizionato sulla parte superiore del pannello

Personalmente l’ho posizionato all’interno del tubo di uscita al riparo dai raggi del sole per avere una misura dell’aria non influenzata dall’irradiazione solare

Nella foto potete vedere il foro opportunamente siliconato con il cavo che fa un giro verso l’alto per aumentare la resistenza meccanica

Nel mio caso ho utilizzato una soluzione più complessa di fatto ho un sensore di temperatura collegato ad un interruttore wifi Sonoff TH10. Lo stesso sonoff è collegato con la mia centralina di domotica che controlla la temperatura della casa. L’interruttore è programmato per partire ad una temperatura superiore di 24 gradi.

La temperature di partenza dipende dalla dispersione del tubo di ritorno e quindi a che temperatura volete che vi arriva in casa. Nel mio caso la dispersione è di 6 C con una temperatura di partenza di 51 C

In foto anche le regole che ho impostato per lo spegnimento e accensione

L’integrazione con la centralina mi permette quindi di misurare e salvare i dati della stanza, del pannello e dell’aria esterna ma è un plus

 

 

 

Isolamento dei tubi

i tubi che portano aria al pannello sono disperdono un enorme quantità di calore per un metro rischiate di perdere anche 10 C per metro. Io ho agito con lana di roccia 4 cm con un giro di isolante da idraulico seguito da isolante di alluminio a bolle per l’isolamento finale e dare impermeabilità

Fissaggio a parete

il fissaggio a parete l’ho fatto con delle staffe di alluminio con portata massima 40 KG l’una due per la base e una per il lato superiore

I fori passanti nel muro sono stati fatti da muratori diametro 120 ci hanno impiegato circa tre ore, il foro più alto ha dovuto attraversare cemento armato e la loro lunghezza è di 30 cm

La chiave del successo: la ventilazione e la resa

La ventilazione, portata d’aria e dispersioni

Come accennato all’inizio scaldare il pannello non è il nostro scopo.

Anche la vostra auto al sole si scalda notevolmente ma fare un forno non ci interessa, questo quindi è un punto chiave: qual è la portata del flusso d’aria da utilizzare?

Più sarà forte il flusso d’aria e minore sarà la temperatura di uscita, al contrario con poca aria otterremo una maggiore temperatura in uscita

Tenete presente che più è alta la temperatura e maggiore sarà la dispersione che avviene maggiormente in due punti: sul pexiglass frontale e sui tubi

il riferimento ottimale è di avere una portata 45-55 m3/h per m2 di superficie ed avere una temperatura massima del pannello di 50 C

Quindi in questo caso abbiamo un pannello di due m2 e abbiamo bisogno di una portata tra i 90 e 110 m3/h

Il dimensionamento della ventola

Se non volete fare un dimensionamento alla cieca avrete bisogno di un anemometro che su amazon ho pagato 17 euro e funziona egregiamente, inoltre durante le sessioni di prova ha misurato anche la temperatura quindi niente male (vedi foto)

Partendo dal presupposto del precedente paragrafo possiamo cercare la ventola che fa al nostro caso, chiaro che l’attraversamento del pannello comporta una perdita di portata

Nel mio caso la perdita di portatata è di circa 45 m3/h solo per l’attraversamento del pannello quindi una ventola da 135 m3/h con diametro 120 fa al mio caso per l’ambiente di test

Ho preso quindi una ventola in linea da posizionare nel tubo di mandata in modo che non subisca il calore dell’aria calda sul tubo in uscita. Essendo infilata nel muro è abbastanza silenziosa

Atttenzione: la perdita di portata non è data solo dall’attraversamento del pannello ma anche dalle griglie di ventilazione e dalle valvole di non ritorno che dovrete mettere per evitare scambi di calore. Al momento sto montando una ventola da 280 m3/h

Inoltre, è molto importante posizionare un filtro per cappe quelle in spugna sulla mandata. Se pensate di avere una vita del pannello di 20 anni dovete pensare che il pulviscolo potrebbe intasare la zanzariera e diminuirne la resa. Per questo il filtro di ingresso deve essere lavabile e più fine della zanzariera. Io ne ho preso uno di spugna lavabile che purtroppo riduce notevolmente la portarta d’aria

Le dispersioni di calore ad impianto spento

D’inverno l’aria calda tende a salire e purtroppo si infila nel tubo superiore del pannello facendo uscire un notevole flusso d’aria dal foro di mandata

Per questo ho utilizzato una valvola di non ritorno sia in mandata che in ritorno

 

Calcoliamo portata e resa del nostro pannello

Se avete dimensionato correttamente il vostro pannello è ora di divertirvi a calcolare quanto è la sua resa espressa in watt

I passi per calcolarlo sono più o meno questi:

1. misurare velocità e temperatura di uscita dell’aria
2. dal diametro della condotta misurare la portata dell’aria
3. calcolare la differenza tra temperatura di ingresso e temperatura di uscita
4. Calcolare le Kcal necessarie ad aumentare la temperatura
5. Trasformare le Kcal in watt
6. togliere il consumo della ventola

Nel mio caso quindi con velocità di 2,7 m/s con una condotta di 125 mm una temperatura di ingresso di 18 C una di uscita di 54 C

Per una resa totale di 1,4 Kw

Ma se volete calcolare la resa del vostro pannello potete farlo da qui

 

Considerazioni finali

Pannello solare termico vs Pannelli solari fotovoltaici

Sono due applicazioni diverse la prima fornisce calore il secondo elettricità

Se i miei calcoli sono giusti a parità di dimensioni la resa di un pannello solare termico è molto più elevato di uno fotovoltaico.

Nel 2022 il migliore pannello fotovoltaico a parità di dimensioni 2×1 m produce 450 w di picco il mio pannello solare termico 1,4 Kw

I pannelli solari nel 2022 hanno dei costi decisamente alti il panello termico ha un costo decisamente ridotto, inclusa la foratura di un muro dovreste stare tra le 400 e 500 euro

Di contro, se come nel mio caso non avete installato una serpentina per l’acqua calda d’estate, il pannello termico lo mandate a riposo per la maggior parte del tempo

Ma queste sono solo chiacchiere alla fine quello che conta è la velocità del rientro dei costi e solo questo può fare la differenza tra soluzioni diverse

Affermazioni senza conti alla mano sono deduzioni, opinioni o prese di posizione che non sono parte di questo progetto

Ritorno dei costi

Devo essere sincero se non affrontate questo tema non posso dire se questo progetto è una buona idea.

Al momento non ho fatto i calcoli

Considerazioni finali e grafici sulla resa

Con un pannello di queste dimensioni sto riscaldando una stanza ultimo piano 5×4 con un’altezza di 3 metri in ultimo piano esposta su due lati nord e sud/est in bassa classe energetica (Portafinestra doppio vetro e solaio con pavimento coibentato con schiuma poliuretanica)

Chiaro che la temperatura segue il picco solare e la massima resa la si avrebbe in edifici con classe energetica alta.

Vi lascio i grafici in foto per avere un’idea della temperatura della stanza a confronto con la temperatura esterna e del pannello

Per calcolare l’effettivo dimensionamento del pannello dovreste calcolare anche il fabbisogno energetico della stanza

Nel mio caso il fabbisogno energetico della stanza è superiore rispetto a quello fornito dal pannello

 

Conclusioni finali e dedica

Sono contento del mio progetto tra novembre e dicembre 2022 quando è entrato in funzione mi ha permesso di lavorare senza utilizzare il riscaldamento e la sera quando è partito il riscaldamento per la notte ha raggiunto in pochi minuti la temperatura della stanza. Diciamo che quando fuori ci sono 10 C e un buon irraggiamento lavoro a 19-20 C mentre le altre stanze scendono a 17 C. Quindi un buon risultato

per concludere diciamo mi scaldo, mi sono divertito e ho insegnato ai miei figli che il green non è solo un business che passa da politiche europee a rivenditori e installatori strozzini ma soprattutto si basa sul buon senso e dall’impegno di volerlo. Dedico quindi a loro questo lavoro con l’augurio di un futuro migliore