L'energia solare può essere utilizzata per svolgere ogni tipo di lavoro in casa, dalla fornitura di elettricità per luci ed elettrodomestici al riscaldamento di una piscina, una spa, una doccia o una stanza. Ma quanto bene funzioni un sistema solare per te dipenderà da dozzine di fattori, tra cui dove vivi, la tua esposizione al sole, la tua tariffa elettrica, quanto paghi per il combustibile per il riscaldamento, il tuo budget e il tuo impegno ad attingere all'energia del sole piuttosto rispetto ai tuoi attuali fornitori.
Il cuore di qualsiasi sistema solare attivo, indipendentemente dal fatto che fornisca elettricità o calore, è il collettore (a volte chiamato pannello o modulo). I sistemi passivi si basano su forze naturali per funzionare, come il movimento del calore dal freddo al caldo e il fatto che i fluidi caldi salgono. Al contrario, un sistema attivo richiede altre apparecchiature, come ventilatori, pompe e inverter, per utilizzare l'energia catturata dal sole.
TIPI COMUNI DI COLLEZIONISTI
Esistono essenzialmente due tipi di collettori solari, elettrici (quelli che convertono i raggi del sole in elettricità) e termici (quelli che lo convertono in calore). Entrambi si trovano in genere sui tetti, sebbene gli array possano essere montati anche a terra o su palo.
Pannelli solari elettrici (a volte indicati come moduli fotovoltaici o fotovoltaici) sono tipicamente composti da wafer di silicone delle dimensioni di una piastrella solare, cablati e assemblati in un pannello o modulo. Hanno spesso una dominante blu o verde, ma possono anche essere nere. I tipi più comuni di collettori solari elettrici residenziali sono:
• Moduli fotovoltaici cristallini
costituiscono la stragrande maggioranza dei collettori solari elettrici sul mercato. Sono realizzati affettando lingotti di cristallo di silicio artificiali, o pani, in wafer, ciascuno con un elettrone positivo e uno negativo. I wafer sono collegati insieme per formare moduli e i moduli sono collegati insieme per formare array. Quando i wafer vengono colpiti dalla luce solare, una corrente elettrica scorre dai contatti anteriori ai contatti posteriori, distribuendo la carica da modulo a modulo.
• Moduli e laminati a film sottile sono realizzati depositando vari materiali semiconduttori in strati molto sottili su vari substrati, inclusi vetro e supporti flessibili. Anche loro producono elettricità. Se il materiale semiconduttore è protetto da vetro, i collettori solari a film sottile sono indicati come moduli. Quando il materiale semiconduttore ha una copertura protettiva flessibile, vengono chiamati laminati.
I moduli a film sottile e i laminati rappresentano una piccola frazione delle vendite totali di moduli solari, tuttavia, in parte a causa del fatto che richiedono fino a quattro volte più spazio sul tetto per produrre la stessa potenza kWh/anno. L'applicazione residenziale che ha suscitato il maggior interesse per il fotovoltaico a film sottile è sui tetti metallici aggraffati (tra le giunture verticali) e come tegole solari.
Collettori solari termici sono utilizzati per applicazioni di riscaldamento, sono generalmente più ingombranti e si distinguono un po' di più dal tetto. Ci sono molte eccezioni, però. Alcuni collettori termici sembrano grandi scatole piatte o hanno serbatoi cilindrici attaccati ad essi. Altri sono costituiti da una serie di grandi tubi di vetro. I tipi più comuni di collettori solari termici includono:
• Collettori termici piani, progettati per il riscaldamento, sono in genere involucri rettangolari di spessore compreso tra 4" e 5" con coperture in vetro sulla parte superiore. All'interno della custodia è presente un foglio assorbente annerito con passaggi integrali attraverso i quali scorre un liquido per dissipare il calore del sole. Il liquido riscaldato può quindi essere utilizzato per l'acqua sanitaria o per il riscaldamento degli ambienti. Il tubo viaggia attraverso l'involucro del collettore, quindi può essere collegato a collettori aggiuntivi e alla rete di alimentazione e ritorno. Il liquido che circola attraverso il collettore è solitamente acqua o antigelo (glicole), o una combinazione dei due.
• Collettori a tubi evacuati, un nuovo tipo di collettore termico, è costituito da una fila di tubi evacuati, ciascuno con la propria piastra e tubi assorbenti. Il liquido rimuove il calore dalla piastra assorbente, proprio come fa con un collettore termico convenzionale. L'uso di collettori a tubi sottovuoto è aumentato negli ultimi anni, ma rappresentano ancora una piccola percentuale del mercato odierno.
• Collettori termici non smaltati sono tipicamente estrusi da un polimero nero e comprendono una serie di tubi attraverso i quali può essere pompato il liquido da riscaldare. I collettori termici non smaltati sono adatti per applicazioni a bassa temperatura, come quelle utilizzate per riscaldare piscine e spa.
• Collettori d'aria calda tendono ad essere più grandi dei collettori che riscaldano il liquido, a volte coprendo un'intera parete esterna di un edificio. Di conseguenza sono più spesso utilizzati in applicazioni commerciali. Alcuni collettori di aria calda, detti anche collettori “raffreddati ad aria”, sono vetrati. Tali collettori sono utilizzati per il riscaldamento degli ambienti. Non c'è molto che possa andare storto con loro, perché il congelamento e il surriscaldamento non sono problemi.
COME FUNZIONANO I SISTEMI SOLARI
I collettori solari elettrici convertono la radiazione solare direttamente in energia elettrica, che può essere utilizzata immediatamente, immagazzinata in batterie o inviata alla rete elettrica. In quest'ultimo caso, il proprietario della casa riceve credito per ciò che viene prodotto, abbassando così la sua bolletta elettrica. In effetti, la società di servizi pubblici funge da deposito per l'elettricità prodotta durante i periodi della giornata in cui non ne hai bisogno. La rete è anche lì come backup per i periodi nuvolosi, quando non si produce molta elettricità solare.
I collettori termici convertono l'energia solare in calore. La radiazione colpisce la piastra assorbente e il calore viene sottratto dal liquido o dall'aria. Devono essere presi provvedimenti per far fronte al surriscaldamento dei sistemi raffreddati a liquido, quando non c'è richiesta di calore. Se si utilizza acqua, è necessario prevedere il congelamento. Il calore può essere utilizzato immediatamente o conservato per un uso successivo. Negli impianti di riscaldamento ad acqua calda solare, un serbatoio immagazzina l'acqua calda. Nel caso delle piscine, la piscina funge da serbatoio di accumulo.
Nel riscaldamento solare degli ambienti, il calore può essere immagazzinato in grandi serbatoi d'acqua o in qualche tipo di muratura, compresi i bidoni pieni di pietra. L'aria riscaldata può essere distribuita ai vari ambienti tramite condotti o tubi in modo molto simile ai sistemi di riscaldamento convenzionali.
MIGLIOR RENDIMENTO DELL'INVESTIMENTO
Vari incentivi federali e statali possono essere disponibili per i proprietari di case che desiderano installare un sistema solare. Puoi scoprire cosa è disponibile nella tua zona andando al Database degli incentivi statali per le energie rinnovabili e l'efficienza (DSIRE).
In generale, le applicazioni di riscaldamento dell'acqua calda sanitaria e delle piscine hanno i ritorni più brevi (da 5 a 7 anni) e richiedono gli investimenti più piccoli (da $ 3.000 a $ 10.000 prima degli incentivi). Le installazioni costano meno in climi in cui le temperature di congelamento non sono un problema. Le installazioni di elettricità solare che soddisferebbero una parte significativa delle vostre esigenze elettriche richiedono investimenti molto più grandi, sebbene i costi dei componenti siano diminuiti negli ultimi anni. Se fatto durante la costruzione, i costi sono notevolmente inferiori.
I programmi di leasing, se disponibili nella tua zona, riducono drasticamente anche i costi di installazione di un sistema. Anche il riscaldamento solare degli ambienti richiede un grande investimento, a meno che non si desideri semplicemente riscaldare una o due stanze sul lato sud della casa.
Indipendentemente dal tipo di sistema solare che stai contemplando, inizia subito a risparmiare energia. Spegnere le luci, fare docce più brevi e isolare l'attico e le pareti costa molto meno che installare una serie di collettori solari!
Stai considerando il solare per la tua casa? Trova un appaltatore professionista nella tua zona, qui.
Nota dell'autore: oltre ad essere un collaboratore frequente di BobVila.com, Joe Provey è co-autore, con Everett M. Barber, di Convert Your Home To Solar Energy (The Taunton Press, 2010)