Schema Impianto Solare Termico: Funzionamento e Vantaggi

Gli impianti solari termici sono dispositivi che permettono di catturare l'energia solare, immagazzinarla e usarla ai fini del riscaldamento dell'acqua sanitaria in sostituzione delle caldaie alimentate a gas naturale. Un impianto solare termico è un sistema che permette di convertire l’energia solare in energia termica. Alla base del meccanismo si trova un pannello solare che raccoglie l’energia solare sotto forma di calore e lo trasmette ad un fluido, il quale a sua volta lo cede all’acqua sanitaria.

I pannelli solari termici, come gli altri componenti, vanno dimensionati in base alle esigenze: serve un vero e proprio progetto su misura. Per questa operazione ovviamente è necessario l’utilizzo di un software progettazione pannelli solari in grado di supportarti nella fase di progettazione e di dimensionamento di un impianto solare termico a circolazione forzata, a singolo e a doppio serbatoio.

Solare termico a circolazione forzata

Il solare termico a circolazione forzata è un sistema che sfrutta l’energia solare per produrre acqua calda con l’impiego di una pompa di circolazione. L’impianto solare termico a circolazione forzata impiega l’energia solare per catturare e trasferire calore alle fonti d’acqua destinate all’uso sanitario o al riscaldamento domestico. La produzione di acqua calda è resa possibile dalla presenza di uno o più collettori (detti anche pannelli solari) che trasformano l’energia solare in energia termica e di un serbatoio di accumulo (detto anche boiler) che permette di stoccare l’acqua calda e di utilizzarla in un secondo momento.

Come funziona un solare termico a circolazione forzata

I pannelli solari a circolazione forzata raccolgono i raggi solari e ne trasmettono il calore alla serpentina interna, in cui è presente il liquido termovettore, costituito da uno speciale mix di acqua e antigelo (glicole propilenico). La pompa elettrica fa circolare il liquido verso la serpentina del serbatoio di accumulo, dove viene riscaldata l’acqua da far fluire nel circuito riscaldamento o in quello sanitario, tra loro separati.

Quando la sonda temperatura rileva temperature di uscita del liquido vettore o dell’acqua più basse di quelle prestabilite, interviene la centralina di controllo attivando un altro generatore di calore dell’impianto.

Componenti di un impianto solare termico a circolazione forzata

I componenti che costituiscono un impianto solare termico a circolazione forzata sono:

Collettore solare (detto anche pannello solare termico): capta l’energia dell’impianto.
Serbatoio di accumulo (detto anche boiler): contiene l’acqua da riscaldare.
Fluido termoconvettore: solitamente una miscela di acqua e antigelo (per evitare che si ghiacci nelle tubature durante l’inverno).
Pompa per la circolazione: spinge il fluido dai collettori al serbatoio.
Scambiatore di calore: trasferisce il calore dal fluido termoconvettore riscaldato dai pannelli all’acqua sanitaria o di riscaldamento.
Centralina di controllo: gestisce il funzionamento del sistema.

Schema impianto solare termico a circolazione forzata

Lo schema di un impianto solare termico a circolazione forzata è una rappresentazione ideale dell’impianto. Nella seguente immagine sono raffigurati i principali componenti.

Vantaggi di un solare termico a circolazione forzata

Il grande vantaggio di un solare termico a circolazione forzata è sicuramente quello di utilizzare un’energia gratuita: quella del sole. I benefici possono essere riscontrati anche a breve termine e non solo nel lungo periodo in quanto si avrà subito un risparmio nei costi di riscaldamento e per la produzione di acqua calda sanitaria. Altro vantaggio del sistema a circolazione forzata è quello di andare nella direzione green, ossia contribuire al risparmio globale di energia elettrica e di consumo di combustibili fossili.

Ulteriori vantaggi sono la libertà di progettazione dell’impianto che consente di poterlo adattare facilmente a qualsiasi condizione climatica e l’impatto visivo in quanto il serbatoio di accumulo non è posizionato sul tetto. Inoltre, la dispersione termica risulta essere ridotta, l’acqua calda sarà da subito disponibile e vi è la possibilità di integrarlo con l’impianto di riscaldamento.

Dunque, i principali vantaggi sono:

Versatilità.
Efficienza termica.
Possibilità di utilizzo anche per l’integrazione del sistema di riscaldamento degli ambienti o per riscaldare una piscina.

Per godere di tutti questi benefici è necessario dimensionare adeguatamente tutti i componenti dell’impianto solare termico. Assicurati, quindi, di utilizzare un software progettazione pannelli solari che ti assiste nella configurazione dello schema funzionale e ti consente di modificarlo con l’aggiunta di nuovi componenti (centralina, caldaia, ecc.), personalizzando il raggruppamento dei collettori solari e dei serbatoi di accumulo.

Come funziona un collettore 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.

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.

Tipologie di collettori solari

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

Collettori di prima generazione

Sono composti da una camera isolata ricavata tra un vetro temperato direttamente esposto al sole e una scocca posteriore coibentata. Il trattamento elettrochimico consiste generalmente in un deposito di cromo nero su nickel, quello sottovuoto mediante vapori di ossido di titanio, quello per pigmentazione attraverso vernici metalliche. 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.

Pannelli sottovuoto

Non hanno la copertura, né l’isolamento e la scatola di contenimento. 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.

Collettori a concentrazione

Sono collettori concavi progettati per ottimizzare la concentrazione dell’energia solare in un punto ben determinato (fuoco).

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.

Solare termico a circolazione naturale

In questo sistema 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.

Solare termico a circolazione forzata: sistema dettagliato

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.

Solare termico con accumulo: panoramica

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. 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. In Italia, il 75% del fabbisogno energetico di una famiglia media è attinente al riscaldamento. 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.

L’impianto solare termico con accumulo è in grado di trasformare l’energia delle radiazioni solari in energia termica e di trasferirla, con o senza l’utilizzo di un fluido "termovettore", all’acqua che verrà utilizzata come acqua calda sanitaria o all’interno di un impianto di riscaldamento a pannelli radianti. Il principio che permette a un impianto solare termico di funzionare è quello dell’irraggiamento, ovvero il trasferimento di energia tra due corpi per mezzo di onde elettromagnetiche.

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.

Tipologie di solare termico con accumulo

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

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. Con pochi e semplici interventi di manutenzione, un sistema solare termico è in grado di produrre acqua calda gratuitamente tutti i giorni per oltre vent’anni, garantendo un sicuro ritorno sull’investimento.
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. Grazie all’impiego di tecnologie solari termiche è possibile ridurre la propria "impronta carbonica individuale".
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.

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.

Collettore solare piano e sottovuoto: un confronto

Il collettore del sistema a circolazione forzata può essere di due tipi: piano o sottovuoto.

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.

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.

Incentivi per il solare termico con accumulo

Oggi l’utilizzo di energie provenienti da fonti rinnovabili è fortemente incentivato, sia in ambito domestico che industriale. Per questo motivo un impianto delle adeguate dimensioni si ripaga in pochi anni.

Il solare termico con accumulo di Pleion è una tecnologia innovativa e sostenibile che, grazie agli elevatissimi rendimenti, può godere dei migliori incentivi, come il Conto Termico, l’Ecobonus e il Bonus Ristrutturazione, che permettono di installare il tuo nuovo impianto solare termico Pleion beneficiando di incentivi molto importanti.

Domande frequenti sul solare termico

A cosa serve l’accumulo solare termico?

L’accumulo solare termico (o bollitore), da acquistare in abbinamento al collettore in un sistema solare a circolazione forzata, serve a rendere disponibile l’energia termica in tempi diversi rispetto all’irraggiamento. Grazie all’accumulo solare, è possibile stoccare una riserva di acqua calda da utilizzare in qualsiasi momento.

Si può riscaldare casa solo con pannelli solari?

Per quanto riguarda l’acqua calda sanitaria è possibile, in determinate condizioni, coprire l’intero fabbisogno attraverso l’utilizzo del solare termico. Normalmente, infatti, l’impianto solare viene progettato per coprire il 50-75% del fabbisogno di acqua calda.

Diverso discorso va fatto per il riscaldamento: l’impianto può coprire il 20-25% del fabbisogno del riscaldamento degli ambienti interni facendo utilizzo di un sistema di riscaldamento a pannelli radianti e garantendo comunque un ottimo risparmio.

Che differenza c'è tra solare termico e fotovoltaico?

Anche se spesso vengono considerate equivalenti, solare termico e fotovoltaico sono due tecnologie molto diverse:

Il fotovoltaico trasforma la radiazione solare in elettricità.
Il solare termico trasforma la radiazione solare in energia termica, utile per il riscaldamento dell’acqua sanitaria e per l’integrazione con il proprio impianto di riscaldamento.

La scelta di installare uno o l’altro impianto deve tenere in considerazione il volume delle varie tipologie di consumo dell’abitazione, e in ogni caso, una non esclude l’altra.

Quanto costa un impianto solare termico con accumulo?

Un preventivo accurato per l’acquisto e l’installazione di un impianto solare termico con accumulo deve sempre basarsi sulle esigenze concrete della famiglia e le caratteristiche dell’abitazione. Per questo è preferibile organizzare un sopralluogo con un tecnico esperto che valuterà la situazione nel suo complesso e proporrà le soluzioni più efficienti e convenienti. In ogni caso, i costi per un impianto solare termico variano in base alla tipologia di impianto e ai componenti da installare.

Come scegliere un pannello solare termico con accumulo?

Innanzitutto, è necessario capire quale utilizzo prevede l’impianto: solo per la produzione di acqua calda sanitaria o anche per l’integrazione al riscaldamento. In base a questo, puoi optare per un impianto più o meno efficiente.

Inoltre, è necessario valutare le condizioni climatiche della zona geografica. I collettori solari termici dovranno essere in grado di sfruttare al massimo le ore di irraggiamento. La condizione ideale è la disponibilità di una superficie inclinata ed esposta a sud, nel quale i pannelli possano essere disposti con un’inclinazione non maggiore ai 45°. Tuttavia, anche disponendo di uno spazio con ombreggiamenti è possibile ottenere buone prestazioni.

In ultimo, è opportuno considerare le caratteristiche dell’abitazione, la conformazione del tetto (orientamento e inclinazione) e lo spazio che si ha a disposizione.

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