Collettori Solari Termici BTE di Grado Commerciale – Massima Resa per Sistemi di Acqua Calda Industriale

Componenti di base per l'utilizzo solare termico a bassa temperatura

I collettori solari piani sono componenti essenziali per l'utilizzo solare termico a bassa temperatura. Si tratta di componenti non concentratori nei sistemi solari termici che ricevono la radiazione solare e trasferiscono il calore a un mezzo di trasferimento termico. I collettori solari piani sono costituiti principalmente da un assorbitore di calore, un coperchio trasparente, uno strato isolante e un involucro esterno. L'assorbitore di calore è essenzialmente una lastra piana. Quando un collettore solare piano è in funzione, la radiazione solare attraversa il coperchio trasparente e viene proiettata sull'assorbitore, dove viene assorbita e convertita in energia termica. Questo calore viene quindi trasferito al mezzo di trasferimento termico all'interno dell'assorbitore, aumentandone la temperatura e fornendo un'uscita di energia utile dal collettore.

Componenti e caratteristiche

I collettori solari piani sono componenti essenziali per l'utilizzo termico solare a bassa temperatura e sono da tempo un prodotto leader nel mercato globale dell'energia solare. Sono ampiamente utilizzati in una varietà di applicazioni, tra cui il riscaldamento dell'acqua domestica, il riscaldamento delle piscine, il riscaldamento dell'acqua industriale, il riscaldamento degli edifici e la climatizzazione. I collettori solari piani sono costituiti principalmente da un assorbitore di calore, una copertura trasparente, uno strato isolante e un involucro esterno. Uno scaldacqua solare piano è uno scaldacqua che utilizza un collettore solare piano, e un sistema di riscaldamento dell'acqua solare piano è un sistema di acqua calda che utilizza un collettore solare piano.

Presentano una costruzione semplice, una grande area di assorbimento del calore, un'elevata resistenza alla pressione, una lunga durata, resistenza ai danni e facilità di integrazione architettonica.

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Piastra assorbente di calore

Questo è il componente all'interno di un collettore solare a piastra piana che assorbe la radiazione solare e trasferisce il calore al fluido termovettore. Si tratta essenzialmente di una piastra piana.**…**

Struttura

Una piastra assorbente di calore a piastra piana è tipicamente dotata di tubi e collettori. I tubi sono disposti longitudinalmente sulla piastra assorbente e formano il percorso del flusso del fluido; i collettori sono i componenti che collegano trasversalmente diversi tubi alle estremità superiore e inferiore della piastra assorbente, formando il percorso del flusso del fluido. Le piastre assorbenti possono essere realizzate con vari materiali, tra cui rame, lega di alluminio, composito rame-alluminio, acciaio inossidabile, acciaio zincato, plastica e gomma. I tipi strutturali includono:

1. Tipo a tubo-piastra: I tubi e la piastra piana sono collegati in un modo specifico per formare una striscia assorbente, che viene poi saldata ai collettori superiore e inferiore per formare la piastra assorbente. Questo è il tipo più comunemente utilizzato sia a livello nazionale che internazionale.

2. Tipo a tubo alettato: una striscia assorbente di calore con alette fissate su ciascun lato di un tubo metallico viene formata mediante un processo di estrusione e trafilatura. Questa striscia viene poi saldata ai collettori superiore e inferiore per formare la piastra assorbente di calore.

3. Tipo a scatola piatta: la piastra assorbente di calore è formata da due lamiere metalliche separate mediante stampaggio e poi saldate insieme. Tipo a serpente: il tubo metallico viene piegato a forma di serpente e poi saldato a una piastra piana per formare una piastra assorbente di calore. Questo tipo di struttura è ampiamente utilizzato all'estero.

Rivestimenti solari assorbenti

Per massimizzare l'assorbimento della radiazione solare e convertirla in calore, l'assorbitore deve essere rivestito con un rivestimento scuro, noto come rivestimento solare assorbente.

I rivestimenti assorbenti solari possono essere suddivisi in due categorie: non selettivi e selettivi. I rivestimenti non selettivi sono quelli le cui proprietà ottiche sono indipendenti dalla lunghezza d'onda della radiazione; i rivestimenti selettivi sono quelli le cui proprietà ottiche variano significativamente con la lunghezza d'onda della radiazione.

Rivestimenti assorbenti selettivi possono essere preparati utilizzando vari metodi, tra cui spruzzatura, chimico, elettrochimico, evaporazione sotto vuoto e sputtering magnetronico. La maggior parte dei rivestimenti assorbenti selettivi preparati con questi metodi può raggiungere un rapporto di assorbimento solare (SAR) superiore a 0,90, ma i loro intervalli di emissività ottenibili variano significativamente. Dal punto di vista delle prestazioni di emissività, l'ordine di merito tra questi metodi dovrebbe essere: sputtering magnetronico, evaporazione sotto vuoto, elettrochimico, chimico e spruzzatura. Naturalmente, ogni metodo ha un intervallo specifico di valori di emissività, e l'emissività effettiva di un rivestimento dipende dal grado di ottimizzazione del processo di preparazione del rivestimento.

Materiali

Il rame TP2 viene utilizzato per collettori e tubi di derivazione. Il rame TP2, rame deossidato al fosforo, è una materia prima ad alta purezza prodotta mediante fusione. L'ossigeno generato nel rame fuso viene deossidato con fosforo (P) affine all'ossigeno, riducendo il suo contenuto di ossigeno al di sotto di 100 ppm. Ciò migliora la sua duttilità, resistenza alla corrosione, conducibilità termica, saldabilità e lavorabilità, resistendo anche alla fragilità da idrogeno alle alte temperature. Caratteristiche e applicazioni: vanta un contenuto di ossigeno estremamente basso, elevata purezza, eccellente conducibilità elettrica e termica, eccellente duttilità, bassa permeabilità all'aria e minima o nulla fragilità da idrogeno. Offre anche eccellente lavorabilità, saldabilità, resistenza alla corrosione e resistenza al freddo.

Piastra di copertura trasparente

La piastra di copertura trasparente è un componente a forma di lastra trasparente (o traslucida) che ricopre la piastra assorbente in un collettore solare piano. Ha tre funzioni principali: primo, trasmette la radiazione solare e la dirige sulla piastra assorbente; secondo, protegge la piastra assorbente da polvere, pioggia e neve; terzo, crea un effetto serra, impedendo alla piastra assorbente di dissipare calore verso l'ambiente circostante per convezione e irraggiamento quando la temperatura aumenta.**…**

Materiale

Esistono due tipi principali: vetro piano e fibra di vetro. Il vetro piano è attualmente più utilizzato sia a livello nazionale che internazionale.

Il vetro piano ha una bassa trasmittanza infrarossa, una bassa conducibilità termica e un'eccellente resistenza agli agenti atmosferici. Tuttavia, la trasmittanza solare e la resistenza all'impatto sono due considerazioni chiave per il vetro piano. Attualmente, il materiale di copertura trasparente più comunemente utilizzato è il vetro piano spesso 3-5 mm, il vetro temperato a basso contenuto di ferro ultrachiaro o il vetro temperato testurizzato a basso contenuto di ferro ultrachiaro. Questi vetri hanno un'elevata trasmittanza, sono resistenti alla grandine e agli urti, e sono sicuri e affidabili. Gli spessori comuni del vetro sono 3,2 mm e 4,0 mm. Il vetro ultrachiaro è un tipo di vetro ultra-trasparente a basso contenuto di ferro, noto anche come vetro a basso contenuto di ferro o vetro ad alta trasparenza. I pannelli in FRP (ovvero pannelli in plastica rinforzata con fibra di vetro) hanno un'elevata trasmittanza solare, una bassa conducibilità termica e un'elevata resistenza all'impatto; tuttavia, per i pannelli in FRP, la trasmittanza infrarossa e la resistenza agli agenti atmosferici sono due questioni che richiedono attenzione. La curva della trasmittanza monocromatica in funzione della lunghezza d'onda dei pannelli in FRP mostra che la trasmittanza monocromatica non solo ha un valore elevato entro 2 pm, ma ha anche un valore elevato oltre 2,5 pm. Pertanto, la trasmittanza solare dei pannelli in FRP è generalmente superiore a 0,88, ma la loro trasmittanza infrarossa è anche molto più elevata di quella del vetro piano. I pannelli in FRP possono ridurre il grado di danno causato dai raggi ultravioletti utilizzando resine ad alta energia di legame e gel coat. Tuttavia, la durata di vita dei pannelli in FRP non può in alcun modo essere paragonata a quella del vetro piano, che è un materiale inorganico. I pannelli in FRP sono raramente utilizzati come lastre di copertura per collettori e attualmente sono impiegati solo in alcuni prodotti di fascia bassa.

Strato di Isolamento

Lo strato di isolamento è un componente del collettore che impedisce la dispersione del calore dall'assorbitore verso l'ambiente circostante per conduzione. I materiali utilizzati per lo strato di isolamento includono lana di roccia, lana di vetro, poliuretano e polistirene. Attualmente, la lana di vetro è la più comunemente utilizzata.

Materiali Isolanti ad Alta Efficienza

La schiuma fenolica (PF) è un nuovo tipo di materiale isolante che può migliorare l'efficienza dei collettori solari piani. Viene gradualmente adottata dai produttori. La schiuma fenolica è una plastica rigida a celle chiuse ottenuta dalla schiumatura e polimerizzazione della resina fenolica con una varietà di sostanze, tra cui emulsionanti, agenti schiumogeni, agenti indurenti e altri additivi, attraverso una formula scientifica.

Le caratteristiche della schiuma fenolica sono riassunte come segue:

1. Eccellente prestazione di isolamento termico, con una conducibilità termica <0,03 W/m·K.

2. Elevata temperatura di esercizio. La schiuma fenolica può funzionare per lunghi periodi a temperature comprese tra -200°C e 160°C (con temperature transitorie consentite fino a 250°C) senza restringersi.

3. Eccellente resistenza agli agenti atmosferici. Anche sotto esposizione prolungata a temperature elevate, mantiene eccellenti proprietà di isolamento termico e non rilascia sostanze volatili che potrebbero bloccare la radiazione solare.

4. Non infiammabilità. La schiuma fenolica (spessore 100 mm) resiste alle fiamme per oltre un'ora senza essere penetrata e non emette fumo o gas nocivi. Se esposta a fiamme libere, la schiuma fenolica forma sulla superficie uno strato di carbonio strutturale, prevenendo gocciolamenti, arricciamenti o fusione. Dopo la combustione, si forma sulla superficie uno strato di grafite di carbonio strutturale, proteggendo efficacemente la struttura interna della schiuma.

5. Ecologica. Utilizzando tecnologia di schiumatura senza fluoro e senza fibre, soddisfa gli standard ambientali nazionali e internazionali.

Spessore

Lo spessore dello strato isolante dovrebbe essere determinato in base a fattori come il materiale utilizzato, la temperatura operativa del collettore e le condizioni climatiche dell'area di utilizzo. Come regola generale, maggiore è la conducibilità termica del materiale, più alta è la temperatura operativa del collettore e più bassa è la temperatura nell'area di utilizzo, più spesso dovrebbe essere lo strato isolante. Generalmente, lo strato isolante inferiore ha uno spessore di 30-50 mm, con gli strati isolanti laterali di spessore approssimativamente uguale.

Involucro

L'involucro protegge e fissa l'assorbitore, la copertura trasparente e lo strato isolante all'interno del collettore. A seconda della sua funzione, l'involucro richiede un certo livello di resistenza e rigidità, una buona tenuta e resistenza alla corrosione, e un aspetto esteticamente gradevole.**…**

I materiali utilizzati per l'involucro includono lega di alluminio, acciaio inossidabile, acciaio al carbonio, plastica e fibra di vetro. Per migliorare la tenuta dell'involucro, alcuni prodotti utilizzano un processo di stampaggio a compressione in un unico colpo con acciaio al carbonio. Attualmente, il materiale più comunemente utilizzato per l'involucro (telaio) di un collettore piatto è la lega di alluminio e l'acciaio al carbonio, formati tramite un processo di stampaggio a compressione in un unico colpo.**…**

Lega di alluminio: i profili in lega di alluminio 6063T5 sono comunemente utilizzati. Le leghe di alluminio della serie 6063 sono ampiamente utilizzate nei telai di porte, finestre e pareti continue in alluminio negli edifici. Per garantire un'elevata resistenza al vento, prestazioni di assemblaggio, resistenza alla corrosione e proprietà decorative, i requisiti prestazionali complessivi per i profili in lega di alluminio superano di gran lunga quelli dei profili industriali.

Nel panorama competitivo dell'energia solare termica, ogni punto percentuale di efficienza si traduce in un ROI tangibile. I collettori piani di BTE sono progettati non solo per catturare la luce solare, ma per garantire affidabilità a lungo termine e un LCOE (Costo Livellato dell'Energia) inferiore per la scala specifica del tuo progetto.

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