Impianti Solari Termici

Come funziona un impianto solare termico?

In un impianto solare termico il fluido termovettore che circola all’interno dei collettori solari trasferisce tutto il calore captato ad un serbatoio di accumulo, dal quale viene prelevata l’acqua calda in funzione delle necessità. La circolazione del fluido è garantita da una elettropompa che viene attivata dalla centralina solo nel caso in cui la temperatura dell’acqua nei collettori è maggiore di quella all’interno dell’accumulo. In questo modo si ha la garanzia che l’impianto funzioni solo quando è in grado di fornire realmente energia termica all’utenza ma, soprattutto, si evita che attraverso i collettori, in mancanza di soleggiamento, venga dissipata l’energia termica accumulata.

I serbatoi di accumulo hanno in genere una doppia serpentina: quella posizionata in basso è collegata al circuito solare (all’interno del quale circola una miscela di acqua con antigelo), mentre quella posizionata in alto è collegata alla caldaia. Se l’impianto solare non è in grado di portare l’acqua alla temperatura desiderata (circa 40 °C), il calore fornito dalla caldaia attraverso la serpentina (sistema ausiliario) garantisce all’utenza la giusta integrazione.

Il pannello solare termico (detto anche collettore solare) è un dispositivo atto alla conversione della radiazione solare in energia termica e al suo trasferimento, per esempio, verso un accumulatore termico per un uso successivo, tipicamente sotto forma di acqua calda, riscaldamento e in alcuni casi energia elettrica.

Un sistema solare termico normalmente è composto da un pannello che riceve l’energia solare, da uno scambiatore dove circola il fluido utilizzato per trasferirla al serbatoio utilizzato per immagazzinare l’energia accumulata. Il sistema può avere due tipi di circolazione, naturale o forzata.

Tipologie

I pannelli solari termici si possono suddividere in alcune tipologie costruttive:

  • Pannelli solari termici piani
    • non vetrati o scoperti
    • vetrati
      • non selettivi
      • selettivi
    • ad aria
  • Pannelli solari termici sottovuoto
    • tubo a U
    • heat pipe
  • Pannelli solari termici con serbatoio integrato
  • Pannelli solari termici a concentrazione

I pannelli solari termici piani non vetrati o scoperti sono privi di vetro; hanno il vantaggio di essere poco costosi e di avere un ottimo rendimento in condizioni ottimali di irraggiamento quando la temperatura esterna è alta. A causa della mancanza dell’isolamento il loro rendimento diminuisce rapidamente all’allontanarsi dalle condizioni ottimali. L’acqua passa direttamente all’interno dei tubi del pannello dove viene riscaldata dai raggi solari ed è pronta per essere usata. Il limite di questi pannelli è che, non essendo coibentati, funzionano con una temperatura ambiente di almeno 20 °C (al di sotto il bilancio tra energia accumulata ed energia dispersa è sfavorevole), e la temperatura massima dell’acqua non supera i 40 °C. Sono adatti perciò al solo uso stagionale ed esclusivamente per la produzione di acqua calda sanitaria, sono spesso impiegati nel riscaldamento delle piscine.

I pannelli solari termici piani vetrati ad acqua (a volte insieme a liquido antigelo) hanno una struttura attorno all’assorbitore che ne limita le dispersioni sia per convezione con l’aria che per irraggiamento dato che il vetro che ricopre la parte superiore dell’assorbitore è progettato per questa funzione. Hanno un rendimento leggermente inferiore ai non vetrati in condizioni ottimali ma in condizioni meno favorevoli hanno un rendimento decisamente più alto arrivando a produrre acqua calda per uso sanitario circa da marzo a ottobre; i pannelli solari termici vetrati selettivi consistono in un particolare trattamento dell’assorbitore che lo rende più ricettivo al calore, per questo sono più efficienti nei periodi meno favorevoli, mentre quelli non selettivi hanno semplicemente l’assorbitore colorato di nero in modo da attirare maggiormente la radiazione solare.

Pannello solare termico con tubi sottovuoto a circolazione naturale e scambiatore di calore.

I pannelli solari termici piani ad aria fanno circolare al loro interno aria anziché acqua. L’aria viene fatta circolare tra vetro e assorbitore o, in alcuni casi, in una intercapedine ricavata tra l’assorbitore ed il fondo di poliuretano isolante. Questi ultimi sono studiati in modo tale che l’aria permanga più tempo possibile nel pannello solare poiché scambia più difficilmente il calore rispetto all’acqua.

I pannelli solari termici sottovuoto sono in grado di garantire un maggiore apporto energetico anche in condizioni di basso irraggiamento o basse temperature esterne, esistono principalmente due tipi di collettori sottovuoto, detti anche collettori a tubi sottovuoto, quelli che contengono un tubo a U in cui circola direttamente il liquido che assorbe il calore e quelli Heat pipe che contengono un tubo in rame chiuso alle estremità contenente un liquido in bassa pressione che evapora riscaldandosi e si condensa nella parte alta del tubo cedendo il calore all’acqua sovrastante.


Considerazioni Economiche

In Italia un impianto in base all’ubicazione e all’utilizzo, si ammortizza nel giro di 3-6 anni e poiché la durata media di questi impianti è di 15-20 anni ne consegue che è un buon investimento a medio termine, escludendo eventuali sgravi fiscali o altre forme di agevolazione che rendano l’ammortamento più rapido.


Benefici

L’utilizzo dei pannelli solari per il riscaldamento dell’acqua, andando a sostituire una caldaia o uno scaldabagno elettrico ha come diretta conseguenza il risparmio di idrocarburi e di energia elettrica. Inoltre:

* mancata emissione di CO2;

* produzione di calore da fonte rinnovabile eco-compatibile (il sole);

* minore necessità di infrastrutture per il trasporto dell’energia da grandi distanze;

* indipendenza energetica (non dipendono dalla fornitura di carburante);

* mancata emissione di ossidi di zolfo, di azoto, e di pm10;

* indirettamente la diminuzione dei disastri ambientali;

* mancata immissione nell’ambiente di calore;

* tecnologia accessibile (la forma più semplice consiste in un tubo metallico colorato di nero);

* bassi oneri di realizzazione e smaltimento;

* alto rendimento termico.