Il solare termico con accumulo è un sistema efficiente che produce acqua calda gratuitamente sfruttando i raggi del sole e consente di aumentare l’indipendenza energetica della casa. Considerata l’importanza di questa voce di spesa, non stupisce il costante aumento dell’interesse verso i sistemi che consentono di sfruttare le energie rinnovabili e di diventare sempre più indipendenti dai combustibili fossili. Il solare termico con accumulo rientra tra le tecnologie più efficienti e accessibili.

Cos'è un Impianto Solare Termico con Accumulo?

L’impianto solare termico con accumulo è un sistema che sfrutta l’energia del sole per produrre acqua calda.

Ecco il funzionamento degli impianti solari termici spiegato in maniera semplice:

  • Uno o più collettori solari termici, chiamati anche pannelli solari, vengono posizionati sul tetto o su un’altra superficie per raccogliere l’energia solare.
  • I collettori solari trasformano l’energia solare in calore che va a scaldare l’acqua, stoccata negli accumuli solari e mantenuta alla temperatura desiderata grazie a una centralina.

Principio di Funzionamento di un Pannello Solare Termico

Il principio di funzionamento di un pannello solare termico può essere paragonato a quello che si verifica in una serra. Dei raggi solari incidenti la superficie vetrata solo una piccola parte viene riflessa, quella restante passa attraverso il vetro e viene assorbita da una piastra captante di colore nero. Quest’ultima, scaldandosi, rimette energia sotto forma di radiazione infrarossa, rispetto alla quale il vetro si comporta come se fosse opaco, trattenendola così al suo interno (effetto serra). In questo modo la temperatura del fluido vettore primario tende a riscaldarsi.

Componenti Principali di un Impianto Solare Termico

Ecco i componenti principali di un impianto solare termico con accumulo:

  • Uno o più collettori solari, detti anche pannelli solari.
  • Un serbatoio, detto anche boiler o accumulo solare, per lo stoccaggio dell’acqua calda.
  • Una centralina solare per il suo mantenimento alla temperatura utile (impianti a circolazione forzata).
  • Una pompa di circolazione dell’acqua (impianti a circolazione forzata).

Il solare termico con accumulo viene poi abbinato ad altre fonti energetiche, facendo in modo che queste si attivino solo nel momento in cui la richiesta di acqua calda supera l’energia termica offerta dai singoli pannelli, permettendo un utilizzo intelligente delle risorse.

  • Pannello o collettore: un dispositivo capace di convertire la radiazione solare in energia termica. Potrebbe essere piano (vetrati o scoperti, ad aria o sottovuoto) o a concentrazione. A sua volta il pannello riscalda il fluido termovettore contenuto nelle tubazioni.
  • Fluido termovettore: Come fluidi termovettori si utilizzano soluzioni acquose antigelo non tossiche, a base di glicole propilenico o etilenico anche se in funzione dell’applicazione di possono usare anche semplicemente acqua o soluzioni saline.
  • Serbatoio di accumulo: il fluido contenuto all'interno delle tubazioni riscalda l'acqua stoccata nel serbatoio stesso. In pratica, il calore viene trasportato al serbatoio di accumulo e ceduto all’acqua sanitaria mediante uno scambiatore di calore.
  • Vaso di espansione: il riscaldamento causa una variazione del fluido del pannello, per mantenere costante la pressione all’interno dell’impianto si utilizza il vaso di espansione che assorbe la dilatazione quando si riscalda e la restituisce quando si raffredda.
  • Pompa: presente nei soli circuiti a circolazione forzata.
  • Valvola di spurgo / sfogo aria: serve per eliminare l’aria dal circuito durante il suo riempimento.
  • Valvola di sicurezza: è il componente ultimo di sicurezza nei circuiti chiusi. In caso di sovratensione all’interno dei circuiti causati da guasti o elevata temperatura la valvola si apre e si ha una fuoriuscita di fluido termovettore in eccesso.

Tipologie di Pannelli Solari Termici

Esistono diverse tipologie di pannelli solari termici, tra cui:

  • Collettori piani: Composti da una camera isolata ricavata tra un vetro temperato direttamente esposto al sole e una scocca posteriore coibentata.
  • Collettori sottovuoto: Sono composti da una schiera di tubi sottovuoto in vetro, ognuno contenente un assorbitore (generalmente una piastra rame) che assorbe l'energia solare e la trasferisce ad un fluido che trasporta il calore.
  • Collettori a concentrazione: Sono collettori concavi progettati per ottimizzare la concentrazione dell’energia solare in un punto ben determinato (fuoco).
  • Pannelli ad aria: sono pannelli solari termici normalmente di tipo vetrato che fanno circolare al loro interno aria anziché acqua.
  • Pannelli con serbatoio integrato: Nei pannelli con serbatoio integrato l’assorbitore di calore ed il serbatoio di accumulo sono contenuti in un unico blocco e l’energia solare giunge direttamente a scaldare l’acqua accumulata.

Collettore Solare Piano

Il collettore solare piano è un collettore solido e versatile, adatto ad ogni installazione. È costituito da una lastra di vetro a copertura di un assorbitore di luce che ha la funzione di assorbire e trattenere i raggi infrarossi e dei tubi in rame che contengono il fluido termovettore.

Una lastra di vetro trasparente, posta superiormente all'assorbitore, che permette il passaggio dei raggi solari. All’interno vi è un assorbitore della luce solare, costituito da una lastra simile ad un radiatore (che può essere in acciaio o in rame), all'interno della quale è inserito un fascio di tubi in cui scorre il liquido del circuito primario destinato ad essere riscaldato. A differenza di quelli selettivi, l’assorbitore è semplicemente verniciato di nero.

Collettori di prima generazione, sono composti da una camera isolata ricavata tra un vetro temperato direttamente esposto al sole e una scocca posteriore coibentata.

Collettore Solare Sottovuoto

Rispetto al pannello piano, il collettore solare termico sottovuoto ha una maggiore efficienza. Questi collettori prevedono dei tubi in vetro che sfruttano le capacità isolanti del vuoto. Infatti, le pareti dei tubi hanno un’intercapedine sottovuoto che permette al tubo una minor dispersione delle radiazioni solari, e quindi una maggiore efficienza a temperature più fredde.

In questo caso la radiazione solare, diretta e diffusa, penetra nel tubo e viene catturata da una metallizzazione multistrato, che la trasforma in energia termica. All’interno dei tubi in vetro è posto uno speciale assorbitore in alluminio che trasferisce il calore al circuito idraulico in rame ad "U", permettendo elevate prestazioni.

I pannelli solari sottovuoto, rispetto ai collettori piani, hanno una maggiore versatilità per quanto riguarda il posizionamento, in quanto possono essere installati anche in zone meno soleggiate, in quanto il sistema sottovuoto permette di ottenere energia termica anche in caso di irraggiamento non ideale.

Sono composti da una schiera di tubi sottovuoto in vetro, ognuno contenente un assorbitore (generalmente una piastra rame) che assorbe l'energia solare e la trasferisce ad un fluido che trasporta il calore. I pannelli sottovuoto sono di più complessa e costosa realizzazione rispetto ai pannelli piani e sono meno resistenti rispetto a questi ultimi, allo stesso tempo però hanno un elevato rendimento grazie alle basse dispersioni di energia ottenute con l'impiego dei condotti sottovuoto.

Pannelli ad Aria

I pannelli ad aria sono pannelli solari termici normalmente di tipo vetrato che fanno circolare al loro interno aria anziché acqua. Qui, invece dei tubi che permettono la circolazione del fluido vettore, vi è dell’aria che circola tra vetro e assorbitore e tra assorbitore e fondo del pannello. Questi pannelli sono studiati in modo tale che l'aria permanga più tempo possibile nel pannello solare poiché scambia più difficilmente il calore rispetto all'acqua.

Pannelli con Serbatoio Integrato

Può essere presente un serbatoio di accumulo integrato, particolarmente indicato per le località con un clima assai rigido. Nei pannelli con serbatoio integrato l’assorbitore di calore ed il serbatoio di accumulo sono contenuti in un unico blocco e l’energia solare giunge direttamente a scaldare l’acqua accumulata.

Il serbatoio, dunque, è fisicamente è ricoperto dall’assorbitore e, in genere, al suo interno è presente una resistenza che può riscaldare l’acqua in caso di assenza prolungata del Sole. Per effetto del principio che l’acqua calda tende a salire e quella fredda a scendere si viene a creare così all’interno del serbatoio un moto cosiddetto convettivo che distribuisce il calore captato a tutta la massa d’acqua.

I pannelli con serbatoio integrato sono in genere consigliabili per quelle zone che non sono troppo fredde e che non hanno inverni troppo lunghi e rigidi. Infatti, per la loro struttura, con l’abbassarsi delle temperature l’acqua all’interno del pannello rischia di congelarsi danneggiando gravemente l’impianto. Facili da trasportare e da montare, questi pannelli solari hanno un costo relativamente basso e sono perfetti per gli usi termici per una casa di vacanza estiva.

Tipologie di Impianti Solari Termici

A seconda dell’impiego o meno di una pompa per la circolazione dell’acqua possiamo avere due tipologie di sistemi:

  • Impianti solari termici a circolazione naturale
  • Impianti solari termici a circolazione forzata

Impianto Solare Termico a Circolazione Naturale

L’impianto solare termico a circolazione naturale prevede un funzionamento semplice e, rispetto al sistema a circolazione forzata, ha costi più contenuti.

Il fluido termovettore che circola all’interno del collettore riscaldandosi nel pannello a contatto con la piastra sottoposta a radiazione solare, diminuisce la densità e quindi il proprio peso e tende a salire (sfruttando il principio di gravità e il principio di convenzione) in un serbatoio di accumulo (boiler) che deve essere appunto posto più in alto del pannello, facendo posto al fluido più freddo all’interno del collettore.

Un dispositivo del genere, in altre parole, si auto-regola ottimizzando naturalmente la circolazione del fluido per un efficiente funzionamento. Si chiama a circolazione naturale appunto perché non ci sono meccanismi addetti al trasferimento del liquido al boiler, dove avviene lo scambio termico con l’acqua sanitaria che viene distribuita alle utenze domestiche. In questo modo non sono possibili circolazioni inverse poiché il calore rimane sempre più alto.

Il collettore piano è connesso in un circuito chiuso con un serbatoio termicamente isolato destinato all’accumulo dell’acqua calda. L’applicazione tipica della circolazione naturale è la produzione di acqua calda per uso sanitario.

Vantaggi: si tratta di un sistema semplice , affidabile e facile da installare, serve solo il collegamento con l’acqua fredda in entrata e la tubazione dell’acqua calda in uscita. Non ci sono pompe, né sistemi elettronici di controllo e quindi non ci sono collegamenti e consumi elettrici. Ha una manutenzione ridotta al minimo.

Dunque è consigliata l’installazione in paesi caldi o per attività o abitazioni estive di piccola dimensione.

Si possono installare su tetti, terrazze, giardini e richiedono poca manutenzione. Hanno buoni rendimenti in quasi tutti i climi; in Italia sono sconsigliati soltanto per applicazioni in zone montane e dal clima particolarmente rigido, oppure per impianti di una certa dimensione.

Il fluido riscaldato può essere utilizzato direttamente dall’utenza (“circuito aperto”) oppure può essere limitato a circolare tra i collettori e il serbatoio (“circuito chiuso”). Nei sistemi a circuito chiuso, il serbatoio d’accumulo è dotato di uno scambiatore di calore interno: il calore accumulato dal fluido circolante nei pannelli viene così ceduto all’acqua contenuta nel serbatoio, che viene poi distribuita all’utenza finale.

E' una soluzione più economica e semplice del sistema forzato ma è adatta solo per le piccole utenze.

Impianto Solare Termico a Circolazione Forzata

In questo tipo d’impianti il serbatoio è montato separatamente dal pannello solare e collegato ad esso attraverso un circuito. All’interno del circuito si trova acqua o un fluido termovettore (glicole propilenico) antigelo che è spinto da una pompa (detta circolatore) messa in moto da una centralina elettronica in grado di rilevare la temperatura dell’acqua mediante apposite sonde e che fa partire la pompa quando al temperatura all’interno del collettore è superiore alla temperatura impostata nel serbatoio di accumulo.

In questo modo si ha la garanzia che l’impianto funzioni solo quando è in grado di fornire realmente energia termica e soprattutto si evita che attraverso i collettori, in mancanza di soleggiamento, venga dispersa l’energia termica accumulata. Il fluido trasferisce il calore dai pannelli solari all’acqua del serbatoio di accumulo e ceduto all’acqua sanitaria mediante uno scambiatore di calore.

Quindi nel serbatoio si trovano due circuiti idraulici separati: quello primario del pannello, in cui circola il liquido riscaldato dal sole e quello secondario in cui circola acqua sanitaria e che é collegato all'impianto idraulico di casa.

In inverno, quando per scarsa insolazione l’impianto solare non ce la fa a riscaldare l’acqua, la parte del serbatoio che contiene acqua calda a pronta disposizione, può essere riscaldata da uno scambiatore di calore legato ad una caldaia . Il riscaldamento ausiliario viene comandato da un termostato quando nel serbatoio la temperatura dell’acqua nella parte a pronta disposizione scende al di sotto della temperatura nominale desiderata

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.

La dimensione ottimale dell'accumulatore consente di soddisfare al meglio le esigenze della famiglia e dipende dalle condizioni climatiche, dal tipo di richiesta dell'energia e da condizioni di carattere economico. Se si tengono presenti sia gli aspetti tecnici che economici il campo dei valori ottimali è generalmente compreso tra i 50 e i 100 lt per mq di area captante.

Oltre al dimensionamento, l'isolamento del boiler costituisce un fattore importante nel buon funzionamento del sistema in quanto, riducendo l'energia dispersa, aumenta quella disponibile all'utenza. L’ isolamento dei bollitori è particolarmente importante se sono esterni come succede negli impianti a circolazione naturale.

La circolazione a svuotamento è simile a quella forzata, con la differenza che l’impianto si riempie solo quando è possibile o necessario, ossia quando c’è il sole o quando il serbatoio non ha raggiunto la temperatura desiderata. Negli altri casi, l’impianto rimane a riposo.

L’installazione dei sistemi a circolazione forzata è necessaria in tutte le situazioni in cui il serbatoio di accumulo dell’acqua non può essere posizionato ad un livello più alto dei pannelli solari, ad esempio a causa di vincoli normativi, o qualora dovessi servire diverse utenze.

Applicazioni del Solare Termico con Accumulo

Non solo acqua calda sanitaria: il solare termico è una tecnologia estremamente versatile che, se opportunamente integrata con altri impianti, può essere utilizzata per molteplici impieghi. Ecco le principali applicazioni di un sistema solare:

  • Acqua calda sanitaria per uso domestico (fino al 70-80% del fabbisogno) per docce e rubinetti di bagni e cucine.
  • Acqua calda per elettrodomestici. Alcune lavatrici e lavastoviglie possono prelevare l’acqua calda direttamente dal boiler o dalla caldaia senza doverla scaldare, contribuendo così ad abbassare la bolletta dell’energia elettrica.
  • Acqua calda per il riscaldamento di ambienti. L’impianto solare termico con accumulo può essere utilizzato per coprire fino al 20-25% del fabbisogno di acqua calda per il riscaldamento. In questo caso, il sistema di riscaldamento più adatto all’integrazione con il solare termico è quello a pannelli radianti. Questi pannelli, rispetto ai comuni radiatori, richiedono una temperatura dell’acqua inferiore (intorno ai 35 gradi anziché 60-70 gradi).
  • Riscaldamento di piscine. Grazie ai pannelli solari, è possibile portare l’acqua della tua piscina alla confortevole temperatura di 25°-28°C in modo efficiente.

Integrazione con Altri Sistemi di Riscaldamento

Di norma gli impianti solari non vengono dimensionati per produrre in ogni stagione tutta l’acqua calda sanitaria di cui si ha bisogno.

  • Con caldaia istantanea: Il serbatoio del sistema solare è collegato con una caldaia istantanea, cioè priva di accumulo.
  • Senza caldaia istantanea: Una seconda soluzione può essere quella di non avere alcun collegamento tra il sistema solare e una caldaia istantanea di supporto. In questo caso il serbatoio solare è collegato direttamente all'impianto di distribuzione dell'acqua. La resistenza si aziona quando l'acqua nel serbatoio non è alla temperatura richiesta dall'utenza. Si tratta di una soluzione consigliata solo qualora non si possieda una caldaia istantanea.

Vantaggi del Solare Termico con Accumulo

Oltre all’affidabilità nel tempo, alla facilità d’installazione e ai bassi costi di manutenzione, l’impianto solare termico con accumulo porta molti benefici:

  • Elevata efficienza: Un impianto solare termico è in grado di funzionare sia in caso di esposizione a luce diretta che luce diffusa e, soprattutto nel caso di collettori solari termici a tubi sottovuoto, restituisce elevate performance anche in inverno o quando è montato su un tetto non orientato perfettamente a sud.
  • Riduzione dei costi in bolletta: Grazie al solare termico con accumulo, è possibile coprire dal 50 al 70% del fabbisogno di acqua calda sanitaria e fino al 20-25% del fabbisogno per il riscaldamento degli ambienti interni.
  • Aumento di valore dell’immobile: Grazie all’impianto solare termico è possibile guadagnare fino a due classi energetiche e aumentare il valore del tuo immobile sul mercato.

Insolazione e Orientamento dei Pannelli

L'insolazione dipende dalla nuvolosità e dall'orientamento del pannello rispetto al sole e un pannello riceve più energia solare quando è orientato direttamente verso il sole. Il pannello fisso fornisce la migliore resa se orientato a sud ed è inclinato 10 gradi in meno rispetto alla latitudine del luogo se deve produrre acqua calda, 10 gradi in più se serve per il riscaldamento.

L'Italia è un paese con un buon livello di irraggiamento, pari mediamente a 5-6 kwh/mq/giorno. Le condizioni di irraggiamento italiane sono molto favorevoli, anche se molto variabili lungo la penisola.

Qualità del Collettore

La qualità del collettore dipende dall’efficienza, cioè dalla capacità di convertire l’energia solare in energia termica.

La riduzione della riflessione della radiazione incidente permette la riduzione di perdite di calore ad essa connessa, quindi questi pannelli hanno un maggior rendimento rispetti ai pannelli tradizionali, ed hanno un costo più elevato di circa il 10% rispetto agli altri pannelli .Hanno il vantaggio di poter lavorare meglio nei periodi più freddi e meno assolati.

Tabella Riassuntiva delle Tipologie di Impianti Solari Termici

Tipo di Impianto Circolazione Pompa Efficienza Costo Applicazioni
Circolazione Naturale Naturale No Media Basso Piccole utenze, climi caldi
Circolazione Forzata Forzata Sì Alta Alto Grandi utenze, climi freddi

TAG: #Idraulico

Potrebbe interessarti anche: