L’impianto solare termico sfrutta l’energia che la terra riceve con continuità dal sole sotto forma di onde elettromagnetiche.

La quantità di energia solare che giunge sulla superficie terrestre dipende dalla posizione geografica, dal mese, dal giorno e dall’ora, oltre che dalle condizioni dell’atmosfera terrestre.

Gli impianti solari termici sono dei dispositivi che utilizzano questa energia solare per riscaldare l’acqua l’aria un altro fluido di processo (per esempio per scaldare acqua di lavaggio).

l’impiego più diffuso è senz’altro legato alla produzione di acqua calda sanitaria ma risultano in progressiva espansione le applicazioni nel settore del riscaldamento degli ambienti e della produzione di energia termica a medio alta temperatura per usi di processo o per l’alimentazione dei gruppi frigoriferi ad assorbimento.

Caratteristiche principali degli impianti solari termici

Tutte le diverse tipologie di impianti solari termici, che vedremo più avanti, hanno dei componenti che sono comuni a tutti.

Componenti principali

Gli impianti solari termici sono costituiti dai seguenti componenti principali:

• il collettore solare che ha la funzione di ricevere si l’energia del sole e di trasformarla in energia termica da cedere all’acqua calda sanitaria o all’impianto di riscaldamento;
• un sistema di accumulo con la funzione appunto di accumulare l’energia termica durante il giorno per poterla poi utilizzare nelle ore anche serali notturne;
• un sistema di regolazione che consente di trattare questa energia solare;
• un sistema costituito da tubazioni ed eventualmente pompe di circolazione vasi di espansione e quanto necessario per il funzionamento e il completamento in sicurezza dell’impianto stesso.

A seconda della tipologia di impianto solare termico e della dimensione, ognuna di queste componenti possono essere più o meno estese ed in alcuni casi non sono nemmeno presenti perché completamente integrati in sistemi monoblocco.

Collettore o pannello solare

Esistono 5 tipologie di collettori:

I Collettori vetrati piani rappresentano attualmente la tipologia di collettore solare più diffusa avendo una buona efficienza tutto l’anno ed un basso costo rispetto alle altre tipologie di collettore. Sono costituiti da una struttura in alluminio isolata sul fondo e sulle pareti nel quale viene alloggiato il sistema captante costituito da tubazioni, in cui scorre l’acqua o un fluido di scambio, saldate ad una piastra captante l’energia solare. Questo sistema captante viene realizzato generalmente in rame alluminio o acciaio e può essere rivestito con una superficie selettiva al fine di massimizzare l’assorbimento della radiazione solare. il collettore viene poi coperto da una lastra in vetro lasciano una intercapedine di aria per realizzare una sorta di serra per intrappolare i raggi solari. Questi collettori sono largamente utilizzati per l’applicazione medio bassa temperatura per il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria il riscaldamento degli ambienti, dell’acqua delle piscine e dei fluidi di processo.

I collettori scoperti sono realizzati con materiale polimerici scuri o comunque con altri materiali rivestiti di scuro e sono privi di copertura in vetro e di isolamento verso l’esterno e pertanto risultano anche estremamente economici ed hanno un rendimento inferiore rispetto ai collettori vetrati. Questi collettori vengono utilizzati per acqua a bassa temperatura per riscaldare le piscine ed i processi a bassa temperatura ed un utilizzo concentrato nei mesi estivi;

I collettori a tubi evacuati sono costituiti da un elemento assorbitore provvisto di rivestimento selettivo che viene inserito all’interno di un tubo di vetro nel quale viene fatto il vuoto. Questa tecnologia consente di massimizzare il rendimento e pertanto sono indicati per applicazioni a medie temperature tra i 60 e gli 80 ° a seconda della temperatura esterna e sono più adatti a climi freddi

I collettori a concentrazione usano dei dispositivi ottici riflettori o rifrattori per aumentare la densità di energia incidente sulla superficie assorbente e consentire di raggiungere temperature più elevate con una minore superficie dell’area assorbente. I collettori a concentrazione presentano maggiori costi e maggiore complessità costruttiva e maggiori  costi di manutenzione. E’ possibile produrre energia termica a medio-alta temperatura, mediamente nell’ordine di 300÷400 °C e nelle cosiddette “Fornaci solari” si possono raggiungere temperature dell’ordine di 1500÷2000 °C. Questa tipologia di collettore viene utilizzato negli impianti solari termodinamici utilizzati non in ambito civile ma per la produzione di produzione combinata di energia termica ed elettrica.

I collettori solari ad aria sono simili ai collettori vetrati piani in quanto costituiti da una cassa in alluminio e da tubazioni di maggiori dimensioni in cui scorre aria anziché acqua ed hanno una chiusura vetrata. L’aria calda, che viene movimentata con un apposito ventilatore, viene utilizzata prevalentemente per il riscaldamento domestico o per applicazioni di tipo industriale e agricolo, per esempio, per l’essiccazione di vari prodotti.

Accumulo termico

Gli accumuli sono dei contenitori di acqua realizzati in acciaio con un trattamento superficiale interno (in genere la vetrificazione) e sono isolati per ridurre le dispersioni di calore verso l’esterno. Vengono realizzati nella maggior parte dei casi con uno sviluppo verticale ed in casi particolari con uno sviluppo orizzontale.

La loro funzione è quella di immagazzinare acqua calda nel momento in cui c’è il sole e poter utilizzare quest’acqua nel momento in cui il sole non c’è più, per esempio nelle ore serali e notturne.

Si distinguono due tipologie di accumuli: i bollitori e gli accumuli inerziali.

I bollitori contengono acqua calda sanitaria per il consumo umano mentre gli accumuli inerziali contengono dell’acqua che non viene direttamente utilizzata dall’uomo ma indirettamente attraverso un ulteriore scambiatore di calore per la produzione istantanea di acqua calda sanitaria oppure vengono utilizzati direttamente per il riscaldamento degli ambienti o per altri utilizzi.

Tipologie di impianti solari termici

Gli impianti solari termici si dividono in due grandi famiglie: gli impianti di circolazione naturale e gli impianti a circolazione forzata.

Negli impianti e circolazioni naturale l’energia captata dal pannello solare viene trasferita all’acqua presente nell’accumulo termico in modo naturale senza utilizzo di circolatori elettronico; al contrario nei sistemi a circolazione forzata l’energia termica viene trasferita dal pannello solare all’accumulo attraverso un circolatore elettronico.

Sistemi solari termici a circolazione naturale

All’interno della famiglia dei sistemi solari a circolazione natura esistono due tipologie in funzione di come viene trasferito il calore captato dal pannello solare all’accumulo: a scambio diretto ed a scambio.

Nel sistema a scambio diretto, l’acqua riscaldata nel pannello è la stessa che viene usata per il consumo umano mentre nei sistemi indiretti l’acqua che scorre nel pannello fa parte di un circuito chiuso e scambia calore con l’accumulo attraverso una intercapedine. Quest’ultima soluzione ha il vantaggio di poter utilizzare acqua additivata con glicole nel pannello per evitare che su possa ghiacciare qualora venga posato in luoghi con inverni molto freddi.

Caratteristiche specifiche di questi impianti sono:

• Semplicità;
• Economicità;
• ridotta a manutenzione;
• Assenza di pompa e controllo elettronico e quindi più affidabilità;
• Adatto per piccoli impianti;
• Impatto estetico sulla copertura dell’edificio dovuto l’ingombro dell’accumulo.

Il principio di funzionamento del sistema solare a circolazione naturale

L’irraggiamento solare, che investe il collettore solare, induce una circolazione naturale dell’acqua per effetto termosifone; l’acqua che riscaldandosi diventa meno densa si sposta dalla parte più bassa e fredda del collettore verso l’alto ed all’interno dell’accumulo. 

In mancanza o poco irraggiamento solare è necessario un generatore di calore supplementare (caldaia, resistenza elettrica, altro) per riscaldare l’acqua alla temperatura di utilizzo.

Sistemi solari termici a circolazione forzata

All’interno della famiglia dei sistemi solari a circolazione forzata esistono due tipologie: sistemi a circolazione forzata di tipo tradizionale e a circolazione drain back.

In entrambi i sistemi esiste un circolatore o una pompa ad alta prevalenza che permette la circolazione di acqua, additivata con glicole, all’interno di un circuito chiuso tra il pannello e l’accumulo termico.

L’acqua che circola nel pannello solare non viene mai in contatto diretto con l’acqua utilizzata per il consumo umano o per il riscaldamento.

Nel sistema tradizionale a circolazione forzata l’acqua additivata con glicole è in pressione e sempre presente in tutto il circuito chiuso, anche quando il circolatore resta fermo perché l’accumulo ha raggiunto la temperatura impostata oppure non c’è irraggiamento solare sufficiente; nel sistema drain back invece quando il circolatore si ferma l’acqua contenuta nel pannello solare termico viene raccolta in un secondo contenitore in questo modo il pannello rimane senza liquido.

Il vantaggio di questo sistema è che non esistono fenomeni di degradazione ed acidificazione della soluzione acqua-glicole dovuta ai surriscaldamenti estivi in cui rimane ferma all’interno del pannello. L’acidificazione con il tempo degrada le guarnizioni dell’impianto e del vaso di espansione.

Caratteristiche specifiche di questi impianti sono:

• Ottima efficienza e rendimento tutto l’anno;
• Perfetta integrazione sulle superficie e tetto dell’edificio (possono essere installati con qualsiasi inclinazione – escluso i drain back).

Il principio di funzionamento del sistema solare termico a circolazione forzata

L’irraggiamento solare, che investe il collettore solare, scalda l’acqua contenuta nello stesso ed una sonda di temperatura è in grado di rilevarlo; una seconda sonda posta nel bollitore/accumulo ne rileva la temperatura. Quando esiste un differenziale sufficiente tra i 5 e i 10°C il circolatore si attiva trasferendo l’acqua calda del circuito del pannello all’interno dell’accumulo e cede calore attraverso uno scambiatore di calore (un tubo corrugato di superficie adeguata) all’acqua più fredda contenuta al suo interno.

Esistono anche scambiatori a piastre esterni ma questo è un dettaglio tecnico.

In mancanza o poco irraggiamento solare è necessario un generatore di calore supplementare (caldaia, resistenza elettrica, altro) per riscaldare l’acqua alla temperatura di utilizzo.

Il principio di funzionamento del sistema solare termico drain back

Il principio è analogo al sistema solare a circolazione forzata ma una volta che il circolatore si arresta il pannello si svuota all’interno del serbatoio intermedio.

Perché e dove utilizzare gli impianti solari termici

Ecco perché conviene installare un impianto solare termico:

• Fonte rinnovabile inesauribile dal sole
• Riduce il consumo di combustibile fossile e quindi inquinamento dell’aria
• Tecnologia impiantistica semplice ed affidabile
• Materiali utilizzati consentono la produzione in Italia sostenendo il nostro paese
• Risparmi energetici sensibili tanto maggiori sono i consumi di acqua calda
• Tempi di ritorno sull’investimento che possono essere molto bassi (anche inferiori ad un anno per utenze industriali o con alto consumo di acqua calda

Ecco dove installare un impianto solare termico:

• Utenze che utilizzano grandi quantità d’acqua nel loro processo di lavorazione con temperature inferiori ai 250°C (es. panifici, macellerie, birrerie, caseifici, aziende alimentari, ecc.)
• Utenze che utilizzano acqua per il lavaggio dei macchinari, lavaggio automezzi, lavanderie
• Piscine
• Impianti centralizzati per edifici residenziali
• Hotel, residence
• Ospedali
• Ristoranti
• Negozi di parrucchieri

Quanto si risparmia con il solare termico

Non è semplice dare una risposta univoca per tutti i tipi di utenze ma possiamo fare qualche osservazione nel caso di un edificio residenziale.

Con un impianto dimensionato con un buon rapporto tra costo di acquisto e risparmio economico consente i risparmi conseguibili sono i seguenti:

• Dal 50 al 70% del gas metano per la produzione di acqua calda sanitaria
• Dal 10 al 20% del gas per uso riscaldamento in case comunque mediamente isolate;
• Dal 20% al 40% del gas per uso riscaldamento in case in classe A

Per altre utenze diverse (vedi elenco sopra) i limiti sono dettati dalle superfici e dagli spazi tecnici a disposizione adibiti agli impianti ma è possibile coprire comunque almeno il 50%  del fabbisogno di gas metano con tempi di ritorni molto brevi, entro l’anno.

Detrazioni fiscali

L’acquisto e l’installazione di un addolcitore può beneficiare di ben tre tipologie di bonus:

1. Bonus casa (detrazione 50%)
2. Eco bonus (65%)
3. Superbonus 90%
4. Conto termico (detrazione dal 40% al 65%)

Risorse e link utili

Assolterm– Associazione italiana solare termico