Un collettore solare termico raccoglie il calore assorbendo la luce solare. Il termine “collettore solare” si riferisce comunemente ai pannelli solari per l’acqua calda, ma può riferirsi a installazioni come vasche solari paraboliche e torri solari; o installazioni di base come riscaldatori ad aria solare. Le centrali solari a concentrazione utilizzano solitamente i collettori più complessi per generare elettricità riscaldando un fluido per azionare una turbina collegata a un generatore elettrico. I collettori semplici sono tipicamente utilizzati negli edifici residenziali e commerciali per il riscaldamento degli ambienti. Il primo collettore solare termico progettato per la costruzione di tetti è stato brevettato da William H. Goettl e chiamato “Collettore di calore solare e radiatore per il tetto dell’edificio”.

Collettori solari termici che riscaldano il liquido
I collettori solari sono non concentrati o concentrati. Nel tipo non concentrante, l’area del collettore (cioè l’area che intercetta la radiazione solare) è la stessa dell’area assorbente (cioè l’area che assorbe la radiazione). In questi tipi l’intero pannello solare assorbe la luce. I collettori di concentrazione hanno un intercettore più grande dell’assorbitore.

I collettori solari a piastre piatte e a tubi sottovuoto vengono utilizzati per raccogliere calore per il riscaldamento degli ambienti, l’acqua calda sanitaria o il raffreddamento con un refrigeratore ad assorbimento.

Collettori piani
I collettori a piastre piatte rappresentano la tecnologia solare termica più diffusa. Sono costituiti da un (1) involucro contenente (2) una piastra assorbente di colore scuro con passaggi di circolazione del fluido e (3) una copertura trasparente per consentire la trasmissione di energia solare nel contenitore. I lati e il retro della custodia sono in genere isolati per ridurre la dispersione di calore verso l’esterno. Un fluido viene fatto circolare attraverso i passaggi del fluido dell’assorbitore per rimuovere il calore dal collettore solare. Il fluido di circolazione nei climi tropicali e sub-tropicali è tipicamente acqua. Nei climi dove è probabile il congelamento, è possibile utilizzare un fluido termovettore simile a una soluzione antigelo per autoveicoli al posto dell’acqua o in una miscela con acqua. Se viene utilizzato un fluido termovettore, viene tipicamente utilizzato uno scambiatore di calore per trasferire il calore dal fluido del collettore solare a un serbatoio di acqua calda. Il disegno dell’assorbitore più comune è costituito da tubi di rame collegati a alette termicamente conduttive in rame o alluminio. Un rivestimento scuro viene applicato al lato rivolto verso il sole dell’assieme dell’assorbitore per aumentarne l’assorbimento di energia solare. Un comune rivestimento assorbente è una vernice smaltata nera.

Nei modelli di collettori solari con prestazioni più elevate, la copertura trasparente è in vetro temperato con contenuto ridotto di ossido di ferro (il colore verde è visibile quando si osserva una lastra di vetro della finestra dal lato). Il vetro può anche avere un disegno a puntini un rivestimento antiriflesso per intrappolare più energia solare riducendo la riflessione. Il rivestimento dell’assorbitore è tipicamente un rivestimento selettivo. I rivestimenti selettivi hanno proprietà ottiche speciali per migliorare l’efficienza riducendo l’emissione di energia infrarossa dall’assorbitore.

Alcuni produttori hanno introdotto collettori solari economici a piastre piatte che impiegano coperture trasparenti in policarbonato e gruppi assorbitori in polipropilene.

La maggior parte dei produttori di calore ad aria e alcuni produttori di acqua calda hanno un assorbitore completamente allagato costituito da due fogli di metallo attraverso cui passa il fluido. Poiché l’area di scambio termico è maggiore, possono essere leggermente più efficienti rispetto agli assorbitori tradizionali.

In luoghi con energia solare media disponibile, i collettori piani sono dimensionati da circa mezzo piede a un piede quadrato per gallone di un giorno di utilizzo di acqua calda. Le configurazioni delle tubazioni degli assorbitori includono:

arpa – design tradizionale con riser tubolari e tubo di raccolta superiore, utilizzato in sistemi a bassa pressione con termosifone e pompati;
serpentina – una S continua che massimizza la temperatura ma non la resa totale di energia nei sistemi a portata variabile, utilizzata nei sistemi solari compatti per l’acqua calda sanitaria (nessun ruolo di riscaldamento);
assorbitore allagato costituito da due fogli di metallo stampati per produrre una zona di circolazione;
collettori assorbitori a strato limite costituiti da diversi strati di fogli trasparenti e opachi che consentono l’assorbimento in uno strato limite. Poiché l’energia viene assorbita nello strato limite, la conversione del calore può essere più efficiente rispetto ai collettori in cui il calore assorbito viene condotto attraverso un materiale prima che il calore si accumuli in un liquido circolante.

I collettori a piastre piatte in polimero rappresentano un’alternativa ai collettori in metallo e vengono ora prodotti in Europa. Questi possono essere interamente polimerici, oppure possono includere piastre metalliche davanti a canali d’acqua tolleranti al congelamento in gomma siliconica. I polimeri sono flessibili e quindi tolleranti al congelamento e possono impiegare acqua semplice anziché antigelo, in modo che possano essere convogliati direttamente in serbatoi d’acqua esistenti invece di richiedere scambiatori di calore che riducano l’efficienza. Distribuendo con uno scambiatore di calore, le temperature non devono essere così elevate per l’accensione del sistema di circolazione, quindi tali pannelli a circolazione diretta, sia polimeri o meno, possono essere più efficienti, in particolare a livelli di luce bassi. Alcuni dei primi collettori polimerici rivestiti in modo selettivo hanno sofferto di surriscaldamento quando isolati, poiché le temperature di ristagno possono superare il punto di fusione del polimero. Ad esempio, il punto di fusione del polipropilene è 160 ° C (320 ° F), mentre la temperatura di ristagno dei collettori termici isolati può superare i 180 ° C (356 ° F) se non si utilizzano strategie di controllo. Per questo motivo il polipropilene non viene spesso utilizzato in collettori solari smaltati con rivestimento selettivo. Sempre più polimeri come siliconi ad alta temperatura (che fondono a oltre 250 ° C (482 ° F)) vengono utilizzati. Alcuni collettori solari smaltati a base di polimeri non polipropilenici sono rivestiti di nero opaco anziché rivestiti in modo selettivo per ridurre la temperatura di ristagno a 150 ° C (302 ° F) o meno.

Collettori a tubi sottovuoto
La maggior parte dei collettori a tubi sottovuoto sono usati in Europa centrale, usano tubi di calore per il loro nucleo invece di passare il liquido direttamente attraverso di essi. Il flusso diretto è più popolare in Cina. I tubi a tubi di calore evacuati (EHPT) sono composti da più tubi di vetro evacuati contenenti ciascuno una piastra assorbente fusa a un tubo di calore. Il calore viene trasferito al fluido di trasferimento (acqua o miscela di antigelo – tipicamente glicole propilenico) di un sistema di riscaldamento di acqua calda sanitaria o di spazio idrico in uno scambiatore di calore chiamato “collettore”. Il collettore è avvolto nell’isolamento e coperto da una lamiera protettiva o una custodia di plastica. Il vuoto all’interno dei collettori a tubi sottovuoto ha dimostrato di durare più di 25 anni, il rivestimento riflettente per il design è incapsulato nel vuoto all’interno del tubo, che non si degrada fino a quando non si perde il vuoto. Il vuoto che circonda l’esterno del tubo riduce notevolmente la convezione e la perdita di calore di conduzione, ottenendo quindi una maggiore efficienza rispetto ai collettori a piastre piatte, specialmente nelle condizioni più fredde. Questo vantaggio è in gran parte perso nei climi più caldi, tranne nei casi in cui è desiderabile l’acqua molto calda, ad esempio per i processi commerciali. Le alte temperature che possono verificarsi possono richiedere un design speciale per evitare il surriscaldamento.

Alcuni tubi sottovuoto (vetro-metallo) sono fatti con uno strato di vetro che si fonde con il tubo di calore all’estremità superiore e racchiude il tubo di calore e l’assorbitore nel vuoto. Altri (vetro-vetro) sono realizzati con un doppio strato di vetro fuso insieme a una o entrambe le estremità con un vuoto tra gli strati (come una bottiglia o un flacone di vuoto), con l’assorbitore e il tubo di calore contenuti alla normale pressione atmosferica. I tubi di vetro-vetro hanno una tenuta sottovuoto altamente affidabile, ma i due strati di vetro riducono la luce che raggiunge l’assorbitore. L’umidità può entrare nell’area non evacuata del tubo e causare la corrosione dell’assorbitore. I tubi in vetro-metallo consentono a più luce di raggiungere l’assorbitore e proteggono l’assorbitore e il tubo di calore dalla corrosione anche se sono realizzati con materiali diversi (vedere corrosione galvanica).

Gli spazi tra i tubi possono consentire alla neve di cadere attraverso il collettore, riducendo al minimo la perdita di produzione in alcune condizioni nevose, anche se la mancanza di calore irradiato dai tubi può anche impedire un efficace spargimento della neve accumulata.

Confronto tra collettori piani e tubi sottovuoto
Esiste un argomento di vecchia data tra i sostenitori di queste due tecnologie. Alcuni di questi possono essere correlati alla struttura fisica dei collettori a tubi sottovuoto che hanno un’area di assorbanza discontinua. Una serie di tubi sottovuoto su un tetto presenta uno spazio aperto tra i tubi del collettore e il vuoto tra i due tubi di vetro concentrici di ciascun collettore. I tubi collettori coprono solo una frazione di un’area unitaria su un tetto. Se i tubi evacuati vengono confrontati con i collettori a piastre piatte sulla base dell’area del tetto occupato, è possibile raggiungere una conclusione diversa rispetto a quando le aree di assorbimento sono state confrontate. Inoltre, lo standard ISO 9806 è ambiguo nel descrivere il modo in cui misurare l’efficienza dei collettori solari termici, poiché questi potrebbero essere misurati in termini di superficie lorda o in termini di area di assorbimento. Sfortunatamente, la potenza non viene fornita per i collettori termici come per i pannelli fotovoltaici. Ciò rende difficile per gli acquirenti e gli ingegneri prendere decisioni informate.

I collettori a piastre piatte di solito perdono più calore nell’ambiente rispetto ai tubi sottovuoto, come funzione crescente della temperatura. Sono inappropriati per applicazioni ad alta temperatura come la produzione di vapore di processo. I collettori a tubi sottovuoto hanno un’area della piastra dell’assorbitore inferiore al rapporto area lorda (in genere il 60-80% dell’area lorda) rispetto alle piastre piane. In base all’area della piastra di assorbimento, la maggior parte dei sistemi di tubi sottovuoto è più efficiente per metro quadro rispetto ai sistemi a piastra piana equivalenti. Ciò li rende adatti laddove lo spazio sul tetto è limitato, ad esempio dove il numero di occupanti di un edificio è superiore al numero di metri quadri di spazio sul tetto adatto e disponibile. In generale, per metro quadro installato, i tubi evacuati forniscono leggermente più energia quando la temperatura ambiente è bassa (ad esempio durante l’inverno) o quando il cielo è coperto. Tuttavia, anche in aree senza molto sole e calore solare, alcuni collettori piani a basso costo possono essere più efficienti rispetto ai collettori a tubi sottovuoto. Sebbene diverse società europee fabbrichino collettori a tubi sottovuoto, il mercato dei tubi sottovuoto è dominato dai produttori dell’Est. Diverse compagnie cinesi hanno un track record di 15-30 anni. Non vi è alcuna prova inequivocabile che i due design differiscano nell’affidabilità a lungo termine. Tuttavia, la tecnologia dei tubi sottovuoto è più giovane e (soprattutto per le varianti più recenti con condotti termici sigillati) deve ancora dimostrare la durata della competizione. La modularità dei tubi sottovuoto può essere vantaggiosa in termini di estensibilità e manutenzione, ad esempio se il vuoto in un tubo diminuisce.

applicazioni
L’uso principale di questa tecnologia è negli edifici residenziali dove la richiesta di acqua calda ha un grande impatto sulle bollette energetiche. Questo generalmente indica una situazione con una famiglia numerosa o una situazione in cui la richiesta di acqua calda è eccessiva a causa del frequente lavaggio della biancheria. Le applicazioni commerciali includono lavanderie automatiche, autolavaggi, lavanderia militare e stabilimenti alimentari. La tecnologia può essere utilizzata anche per il riscaldamento degli ambienti se l’edificio si trova fuori dalla rete o se l’alimentazione è soggetta a frequenti interruzioni. I sistemi di riscaldamento ad acqua solare hanno maggiori probabilità di essere convenienti per le strutture con sistemi di riscaldamento ad acqua che sono costosi da utilizzare, o con operazioni come lavanderie o cucine che richiedono grandi quantità di acqua calda. I collettori di liquidi non smaltati sono comunemente usati per riscaldare l’acqua per le piscine, ma possono anche essere applicati al preriscaldamento dell’acqua su larga scala. Quando i carichi sono grandi rispetto alla superficie disponibile del collettore, la maggior parte del riscaldamento dell’acqua può essere fatto a bassa temperatura, inferiore alle temperature della piscina dove i collettori non smaltati sono ben stabiliti nel mercato come la scelta giusta. Poiché questi collettori non devono resistere alle alte temperature, possono utilizzare materiali meno costosi come la plastica o la gomma. Molti collettori non smaltati sono in polipropilene e devono essere completamente svuotati per evitare danni dovuti al gelo quando la temperatura dell’aria scende sotto i 44F nelle notti limpide.

Ciotola
Una bacinella solare è un tipo di collettore solare termico che funziona in modo simile a un piatto parabolico, ma invece di utilizzare uno specchio parabolico di tracciamento con un ricevitore fisso, ha uno specchio sferico fisso con un ricevitore di localizzazione. Ciò riduce l’efficienza, ma rende meno costosi da costruire e gestire. I progettisti lo chiamano un sistema di energia solare a fuoco distribuito a specchio fisso. La ragione principale del suo sviluppo era di eliminare il costo di spostare un grande specchio per tracciare il sole come con i sistemi parabolici.

Uno specchio parabolico fisso crea un’immagine variamente modellata del sole mentre si muove attraverso il cielo. Solo quando lo specchio è puntato direttamente verso il sole, la luce si focalizza su un punto. Questo è il motivo per cui i sistemi di parabole seguono il sole. Uno specchio sferico fisso focalizza la luce nello stesso luogo indipendentemente dalla posizione del sole. La luce, tuttavia, non è diretta a un punto ma è distribuita su una linea dalla superficie dello specchio a un mezzo raggio (lungo una linea che attraversa il centro della sfera e il sole).

Mentre il sole si muove attraverso il cielo, l’apertura di ogni collettore fisso cambia. Ciò provoca cambiamenti nella quantità di luce solare catturata, producendo quello che viene chiamato effetto sinusale della potenza. I fautori del design della vasca solare sostengono che la riduzione della potenza complessiva rispetto agli specchi parabolici di tracciamento è compensata da costi di sistema inferiori.

La luce solare concentrata sulla linea focale di un riflettore sferico viene raccolta utilizzando un ricevitore di localizzazione. Questo ricevitore è ruotato attorno alla linea focale e di solito è controbilanciato. Il ricevitore può essere costituito da tubi che trasportano il fluido per il trasferimento termico o celle fotovoltaiche per la conversione diretta della luce in elettricità.

Il design della vasca solare è il risultato di un progetto del dipartimento di ingegneria elettrica della Texas Technical University, diretto da Edwin O’Hair, per lo sviluppo di una centrale elettrica da 5 MWe. Una vasca solare è stata costruita per la città di Crosbyton, in Texas, come struttura pilota. La ciotola aveva un diametro di 65 piedi (20 m), inclinata con un angolo di 15 ° per ottimizzare il rapporto costo / resa (33 ° avrebbe resa massimizzata). Il bordo dell’emisfero è stato “ritagliato” a 60 °, creando un’apertura massima di 3.318 piedi quadrati (308,3 m2). Questa tazza pilota produceva elettricità a una velocità di picco di 10 kW.

Una ciotola solare Auroville di 15 metri di diametro è stata sviluppata da un precedente test di una vasca da 3,5 metri nel 1979-1982 dal Tata Energy Research Institute. Quel test ha mostrato l’uso della ciotola solare nella produzione di vapore per cucinare. Il progetto su vasta scala per costruire una ciotola e una cucina solare è stato lanciato nel 1996 ed è stato pienamente operativo entro il 2001.

Collettori solari termici che riscaldano l’aria
Un semplice collettore di aria solare consiste in un materiale assorbente, a volte con una superficie selettiva, per catturare le radiazioni dal sole e trasferire questa energia termica nell’aria tramite il trasferimento di calore di conduzione. L’aria riscaldata viene quindi canalizzata nello spazio dell’edificio o nell’area di processo in cui l’aria riscaldata viene utilizzata per il riscaldamento dell’ambiente o per il riscaldamento di processo. Funzionando in modo simile a un forno ad aria forzata convenzionale, i sistemi solare-aria-aria forniscono calore facendo circolare l’aria su una superficie di raccolta dell’energia, assorbendo l’energia termica del sole e convogliando l’aria che viene a contatto con essa. I collettori semplici ed efficaci possono essere realizzati per una varietà di applicazioni di condizionamento e processo.

Una varietà di applicazioni può utilizzare le tecnologie di riscaldamento ad aria solare per ridurre l’impronta di carbonio dall’uso di fonti di calore convenzionali, come i combustibili fossili, per creare un mezzo sostenibile per la produzione di energia termica. Applicazioni come il riscaldamento degli ambienti, l’estensione della stagione delle serre, l’aria di preriscaldo della ventilazione o il calore di processo possono essere indirizzate da dispositivi di riscaldamento ad aria solare. Nel campo della “cogenerazione solare”, le tecnologie solari termiche sono abbinate al fotovoltaico (PV) per aumentare l’efficienza del sistema allontanando il calore dai collettori fotovoltaici, raffreddando i pannelli fotovoltaici per migliorare le loro prestazioni elettriche e contemporaneamente riscaldando l’aria per il riscaldamento dell’ambiente.

Riscaldamento dell’ambiente e ventilazione
Il riscaldamento degli ambienti per applicazioni residenziali e commerciali può essere fatto attraverso l’uso di pannelli solari termici. Questa configurazione opera aspirando aria dall’involucro dell’edificio o dall’ambiente esterno e facendola passare attraverso il collettore dove l’aria si riscalda per conduzione dall’assorbitore e viene quindi fornita allo spazio di vita o di lavoro con mezzi passivi o con l’assistenza di un fan. Una figura pioneristica di questo tipo di sistema fu George Löf, che nel 1945 costruì un impianto di riscaldamento solare per una casa a Boulder, in Colorado. In seguito ha incluso un letto di ghiaia per il deposito di calore.

Nella maggior parte degli edifici commerciali, industriali e istituzionali sono richiesti ventilazione, aria fresca o aria di trucco per soddisfare i requisiti del codice. Attingendo l’aria attraverso un collettore d’aria traspirante non smaltato correttamente progettato o un riscaldatore d’aria, l’aria fresca riscaldata dal sole può ridurre il carico di riscaldamento durante il funzionamento diurno. Molte applicazioni vengono ora installate dove il collettore traspirante preriscalda l’aria fresca entrando in un ventilatore di recupero del calore per ridurre il tempo di scongelamento di HRV. Maggiore è la ventilazione e la temperatura, migliore sarà il tempo di ritorno dell’investimento.

Processo di riscaldamento
Il calore dell’aria solare viene utilizzato anche nelle applicazioni di processo come asciugatura di bucato, colture (ad esempio tè, mais, caffè) e altre applicazioni di essiccazione. L’aria riscaldata attraverso un collettore solare e quindi passata su un mezzo da essiccare può fornire un mezzo efficace per ridurre il contenuto di umidità del materiale.

Tipi di collettori di riscaldamento ad aria solare
I collezionisti sono comunemente classificati dai loro metodi di conduzione dell’aria come uno dei tre tipi:

collezionisti passanti
-Pass fronte
passo indietro
collettori frontali e back pass combinati

I collezionisti possono anche essere classificati per la loro superficie esterna:

smaltato
non smaltato

Collettore di aria passante
Offrendo la massima efficienza di qualsiasi tecnologia solare nella configurazione passante, l’aria convogliata su un lato dell’assorbitore passa attraverso un materiale perforato e viene riscaldata dalle proprietà conduttive del materiale e dalle proprietà convettive dell’aria in movimento. Gli assorbitori passanti hanno la maggior area superficiale che consente velocità di trasferimento del calore relativamente elevate, ma una significativa caduta di pressione può richiedere una maggiore potenza della ventola e il deterioramento di alcuni materiali assorbenti dopo molti anni di esposizione alla radiazione solare può inoltre creare problemi con la qualità dell’aria e le prestazioni .

Raccoglitore aria passaggio posteriore, anteriore e combinato
Nelle configurazioni back-pass, front-pass e combinate l’aria è diretta sul retro, sul davanti o su entrambi i lati dell’assorbitore da riscaldare dal ritorno alle intestazioni delle canalizzazioni di alimentazione. Sebbene il passaggio dell’aria su entrambi i lati dell’ammortizzatore fornisca una superficie maggiore per il trasferimento di calore conduttivo, i problemi con la polvere (incrostazioni) possono derivare dal passaggio dell’aria sul lato anteriore dell’assorbitore che riduce l’efficienza dell’assorbitore limitando la quantità di luce solare ricevuta . Nei climi freddi, l’aria che passa accanto alla vetratura causerà inoltre una maggiore perdita di calore, con conseguente riduzione delle prestazioni generali del collettore.

Sistemi smaltati
I sistemi smaltati di solito hanno un foglio superiore trasparente e pannelli laterali e posteriori isolati per ridurre al minimo la dispersione di calore nell’aria ambiente. Le lastre assorbenti in pannelli moderni possono avere assorbimenti superiori al 93%. Collettori solari smaltati (tipi a ricircolo che vengono solitamente usati per il riscaldamento dell’ambiente). L’aria passa in genere lungo la parte anteriore o posteriore della piastra dell’assorbitore mentre si sfrega il calore direttamente da esso. L’aria riscaldata può quindi essere distribuita direttamente per applicazioni come il riscaldamento e l’essiccazione dello spazio o può essere conservata per un uso successivo. Il rimborso per i pannelli di riscaldamento ad aria solare vetrati può durare meno di 9-15 anni a seconda del combustibile da sostituire.

Sistemi non smaltati
I sistemi non smaltati o i sistemi ad aria traspirante sono stati utilizzati per riscaldare il make-up o l’aria di ventilazione nelle applicazioni commerciali, industriali, di agricoltura e di processo. Sono costituiti da una piastra assorbente che l’aria attraversa o attraversa mentre rimuove il calore dall’assorbitore. I materiali per vetrature non trasparenti sono meno costosi e riducono i tempi di recupero previsti. I collettori trapiantati sono considerati “non smaltati” perché le loro superfici del collettore sono esposte agli elementi, spesso non trasparenti e non ermeticamente sigillati.

Collettori solari trasparenti non smaltati

sfondo
Il termine “collettore d’aria non smaltato” si riferisce ad un sistema di riscaldamento ad aria solare costituito da un assorbitore di metallo senza vetri o vetri. Il tipo più comune di collettore non smaltato sul mercato è il collettore solare traspirante. La tecnologia è stata ampiamente monitorata da queste agenzie governative e Natural Resources Canada ha sviluppato lo strumento di fattibilità RETScreen ™ per modellare il risparmio energetico dei collettori solari trapiantati. Da quel momento, diverse migliaia di sistemi di collettori solari sono stati installati in una varietà di applicazioni commerciali, industriali, istituzionali, agricole e di processo in paesi di tutto il mondo. Questa tecnologia era originariamente utilizzata principalmente in applicazioni industriali come gli impianti di produzione e assemblaggio dove c’erano elevati requisiti di ventilazione, il calore del soffitto stratificato e spesso la pressione negativa nell’edificio. Con la crescente spinta all’installazione di sistemi di energia rinnovabile sugli edifici, i collettori solari traspiranti vengono ora utilizzati in tutto l’intero stock di edifici a causa della produzione di energia elevata (fino a 750 Watt / m2 quadrati), alta conversione solare (fino al 90%) e minori costi di capitale rispetto al solare fotovoltaico e solare termico.

Il riscaldamento ad aria solare è una tecnologia di riscaldamento a energia rinnovabile utilizzata per riscaldare o condizionare l’aria per edifici o applicazioni di calore di processo. Solitamente è la più economica di tutte le tecnologie solari, in particolare nelle applicazioni su larga scala, e affronta il più grande utilizzo di energia degli edifici nei climi di riscaldamento, che è il riscaldamento degli ambienti e il riscaldamento dei processi industriali. Sono smaltati o non smaltati.

Metodo di operazione
I collettori d’aria non smaltati riscaldano l’aria ambiente (esterna) al posto dell’aria di ricircolo. I collettori solari traspiranti sono solitamente montati a parete per catturare l’angolo del sole più basso nei mesi invernali di riscaldamento così come il riflesso del sole sulla neve e ottenere le prestazioni ottimali e il ritorno sull’investimento quando si opera a portate tra 4 e 8 CFM per piede quadrato (Da 72 a 144 m3 / h.m2) di area del collettore.

La superficie esterna di un collettore solare traspirante consiste di migliaia di minuscole micro-perforazioni che consentono di catturare lo strato limite di calore e di disegnarlo uniformemente in una cavità aerea dietro i pannelli esterni. Questa aria di ventilazione riscaldata viene aspirata sotto pressione negativa nel sistema di ventilazione dell’edificio, dove viene quindi distribuita tramite mezzi convenzionali o utilizzando un sistema di canalizzazione solare.

Aria calda che può entrare in un sistema HVAC collegato a un collettore traspirante dotato di prese d’aria posizionate lungo la parte superiore del collettore, in particolare se il collettore è rivolto a ovest. Per ovviare a questo problema, Matrix Energy ha brevettato un collettore transpired con una posizione di uscita dell’aria inferiore e una struttura a cavità perforata per perpetrare una maggiore turbolenza dell’aria dietro l’assorbitore perforato per aumentare le prestazioni.

Questa vista in sezione mostra i componenti del collettore solare traspirato MatrixAir e il flusso d’aria. L’ingresso dell’aria inferiore riduce l’immissione di aria riscaldata nel sistema HVAC durante il funzionamento estivo.

L’ampio monitoraggio di Natural Resources Canada e NREL ha dimostrato che i sistemi di collettori solari traspirati riducono tra il 10-50% del carico di riscaldamento convenzionale e che RETScreen è un accurato predittore delle prestazioni del sistema. I collettori solari traspiranti fungono da parabrezza e catturano anche la perdita di calore che fuoriesce dall’involucro dell’edificio che viene raccolto nella cavità dell’aria del collettore e riportato nel sistema di ventilazione. Non è necessaria alcuna manutenzione con gli impianti di riscaldamento ad aria solare e la durata prevista è di oltre 30 anni.

Variazioni di collettori solari traspirati
I collettori trapianti non smaltati possono anche essere montati sul tetto per applicazioni in cui non esiste un’adeguata parete a sud o per altre considerazioni architettoniche. Matrix Energy Inc. ha brevettato un prodotto montato sul tetto chiamato “Delta” un sistema di riscaldamento solare modulare montato sul tetto, dove le facciate rivolte a sud, est o ovest non sono semplicemente disponibili.

Ogni 30 piedi (3,05 m) di modulo erogherà 250 CFM (425 m3 / h) di aria fresca preriscaldata, fornendo in genere un risparmio energetico annuale di 1100 kWh (4 GJ) all’anno. Questo esclusivo collettore transponder montato su tetto modulare a due stadi garantisce un’efficienza di quasi il 90% per ogni modulo, erogando oltre 118 l / s di aria preriscaldata per un collettore di due metri quadrati. Fino a sette collettori possono essere collegati in serie in una riga, senza limite al numero di file collegate in parallelo lungo un condotto centrale che di solito produce 4 CFM di aria preriscaldata per piede quadrato dell’area del tetto disponibile. +

I collettori traspiranti possono essere configurati per riscaldare l’aria due volte per aumentare la temperatura dell’aria erogata rendendola idonea per applicazioni di riscaldamento dell’ambiente e per il riscaldamento dell’aria di ventilazione. In un sistema a 2 stadi, il primo stadio è il tipico collettore non smaltato e il secondo stadio ha una copertura che ricopre il collettore traspirante. La vetratura consente a tutta l’aria riscaldata dal primo stadio di essere diretta attraverso una seconda serie di collettori traspiranti per un secondo stadio di riscaldamento solare.

Collettori solari termici che generano elettricità
Abbeveratoi parabolici, piatti e torri descritti in questa sezione sono usati quasi esclusivamente in centrali elettriche a energia solare o per scopi di ricerca. Le depressioni paraboliche sono state utilizzate per alcuni sistemi di condizionamento solare per uso commerciale. Sebbene semplici, questi concentratori solari sono piuttosto lontani dalla concentrazione massima teorica. Ad esempio, la concentrazione parabolica della depressione è circa 1/3 del massimo teorico per lo stesso angolo di accettazione, cioè per le stesse tolleranze globali per il sistema. L’avvicinamento al massimo teorico può essere ottenuto utilizzando concentratori più elaborati basati sull’ottica non di stimolazione. I collettori solari termici possono anche essere utilizzati in congiunzione con i collettori fotovoltaici per ottenere calore e potenza combinati.

Trogolo parabolico
Questo tipo di collettore viene generalmente utilizzato negli impianti solari. Un riflettore parabolico a forma di trogolo viene utilizzato per concentrare la luce solare su un tubo isolato (tubo di Dewar) o un tubo di calore, collocato nel punto focale, contenente refrigerante che trasferisce il calore dai collettori alle caldaie nella centrale elettrica.

Piatto parabolico
Con un collettore parabolico, uno o più piatti parabolici concentrano l’energia solare in un singolo punto focale, in modo simile al modo in cui un telescopio riflettono la luce delle stelle, oppure un’antenna parabolica focalizza le onde radio. Questa geometria può essere utilizzata in forni solari e centrali solari.

La forma di una parabola significa che i raggi di luce in arrivo che sono paralleli all’asse del piatto saranno riflessi verso il fuoco, non importa dove sul piatto arrivano. La luce proveniente dal sole arriva alla superficie terrestre quasi completamente parallela, e il piatto è allineato con il suo asse puntato verso il sole, permettendo a quasi tutta la radiazione in arrivo di essere riflessa verso il punto focale del piatto. La maggior parte delle perdite in questi collezionisti sono dovute a imperfezioni nella forma parabolica e riflessione imperfetta.

Le perdite dovute alla dispersione atmosferica sono generalmente minime. Tuttavia, in un giorno nebbioso o nebbioso, la luce è diffusa in tutte le direzioni attraverso l’atmosfera, il che riduce significativamente l’efficienza di un piatto parabolico.

Nel progetto di una centrale elettrica stirling, un motore stirling accoppiato a una dinamo viene posizionato al centro del piatto. Questo assorbe l’energia focalizzata su di esso e lo converte in energia elettrica.

Torre di potere
Una torre di potenza è una grande torre circondata da specchi di tracciamento chiamati eliostati. Questi specchi si allineano e focalizzano la luce del sole sul ricevitore nella parte superiore della torre, il calore raccolto viene trasferito in una centrale elettrica sottostante. Questo design raggiunge temperature molto elevate. Le alte temperature sono adatte per la produzione di energia elettrica usando metodi convenzionali come la turbina a vapore o una reazione chimica diretta ad alta temperatura come il sale liquido. Concentrando la luce solare, i sistemi attuali possono ottenere una migliore efficienza rispetto alle semplici celle solari. Un’area più ampia può essere coperta utilizzando specchi relativamente poco costosi anziché utilizzare costose celle solari. La luce concentrata può essere reindirizzata in una posizione adatta tramite cavo in fibra ottica per tali usi come edifici illuminanti. Lo stoccaggio di calore per la produzione di energia durante le condizioni nuvolose e durante la notte può essere realizzato, spesso mediante stoccaggio sotterraneo di liquidi riscaldati. I sali fusi sono stati usati con buoni risultati. Altri fluidi di lavoro, come i metalli liquidi, sono stati proposti anche per le loro superiori proprietà termiche.

Tuttavia, i sistemi di concentrazione richiedono il rilevamento del sole per mantenere la messa a fuoco della luce solare sul collettore. Non sono in grado di fornire una potenza significativa in condizioni di luce diffusa. Le celle solari sono in grado di fornire un po ‘di output anche se il cielo diventa torbido, ma la potenza erogata dai sistemi di concentrazione scende drasticamente in condizioni nuvolose poiché la luce diffusa non può essere concentrata.