Principio di funzionamento
Un collettore solare termico assorbe la radiazione solare e trasferisce il calore a un fluido termovettore — in genere acqua o una miscela antigelo — che circola all'interno di tubi disposti sotto una superficie vetrata. Il fluido riscaldato cede poi il calore all'acqua sanitaria o al circuito di riscaldamento attraverso uno scambiatore.
A differenza dei pannelli fotovoltaici, che convertono la luce in elettricità, i collettori termici convertono direttamente la radiazione in calore. Il rendimento di questa conversione è generalmente più elevato di quello dei pannelli FV quando l'energia richiesta è sotto forma di calore a bassa temperatura, come nel caso dell'acqua calda sanitaria.
Tipologie di collettori
Collettori piani
Il collettore piano è la tipologia più diffusa in Italia per le applicazioni residenziali. È composto da una lastra assorbitore metallica (generalmente in rame o alluminio trattato con rivestimento selettivo ad alta assorbanza), posta all'interno di una scatola isolata con copertura in vetro temperato. Il rivestimento selettivo massimizza l'assorbimento della radiazione solare visibile e minimizza le perdite per irraggiamento infrarosso.
I collettori piani sono adatti per la produzione di acqua calda sanitaria tutto l'anno e, in abbinamento a un sistema di accumulo di capacità adeguata, possono contribuire al riscaldamento nei mesi primaverili e autunnali. In inverno, la produzione è limitata nelle regioni settentrionali.
Collettori a tubi sottovuoto
Nei collettori a tubi sottovuoto, ogni tubo assorbitore è contenuto all'interno di un involucro di vetro evacuato. Il vuoto riduce drasticamente le perdite di calore per conduzione e convezione, consentendo prestazioni superiori in condizioni di bassa irradiazione e temperature ambientali rigide. Questa caratteristica li rende più indicati per climi continentali e montani rispetto ai collettori piani.
I tubi sottovuoto hanno un costo di installazione più elevato rispetto ai collettori piani e richiedono attenzione nella manutenzione in caso di rottura di uno o più tubi. Alcune configurazioni prevedono tubi heat pipe interni che evitano la circolazione diretta del fluido all'interno dei tubi in vetro, riducendo il rischio di danni.
Sistemi a circolazione naturale e forzata
Circolazione naturale (termosifone)
Nei sistemi a circolazione naturale, il fluido si muove per convezione: il fluido caldo, più leggero, sale verso il serbatoio di accumulo posto in posizione più elevata rispetto al collettore, mentre quello freddo scende verso il collettore. Questi sistemi sono più semplici e non richiedono pompe o controllori elettronici, ma impongono che il serbatoio sia posizionato sopra o almeno al medesimo livello del collettore.
Per le installazioni su tetto piano nelle abitazioni unifamiliari del centro-sud Italia, i sistemi a circolazione naturale sono spesso la soluzione più economica ed affidabile.
Circolazione forzata
I sistemi a circolazione forzata impiegano una pompa di circolazione comandata da un regolatore differenziale di temperatura, che attiva la pompa quando la temperatura nel collettore supera quella nel serbatoio di una soglia prestabilita (tipicamente 5–10 °C di differenza). Questo schema permette una gestione più flessibile: il serbatoio può essere posizionato a qualsiasi altezza rispetto al collettore.
I sistemi a circolazione forzata consentono anche l'integrazione con caldaie o pompe di calore esistenti attraverso serbatoi bivalenti con due scambiatori interni.
Serbatoio bivalente
Un serbatoio bivalente ha due scambiatori: quello inferiore collegato ai collettori solari, quello superiore alla caldaia di integrazione. L'energia solare preriscalda l'acqua nella parte bassa del serbatoio; la caldaia interviene solo quando la temperatura nella parte superiore scende sotto il valore di set.
Dimensionamento per una abitazione unifamiliare
Il dimensionamento di un impianto solare termico per acqua calda sanitaria dipende principalmente da:
- Numero di occupanti dell'abitazione
- Irradiazione solare disponibile nella zona geografica (kWh/m²·anno)
- Consumo giornaliero stimato di acqua calda sanitaria
- Grado di copertura solare desiderato (fraction solar)
Come riferimento generale, per una famiglia di 4 persone in una zona con buona irradiazione (centro-sud Italia), un impianto con 4–6 m² di collettori piani e un serbatoio da 200–300 litri può coprire tra il 60% e l'80% del fabbisogno annuo di acqua calda sanitaria. Nel nord Italia, con irradiazione inferiore, la copertura solare tipica è più bassa.
Il solare termico per il riscaldamento degli ambienti
Il solare termico può contribuire anche al riscaldamento degli ambienti, ma con limitazioni strutturali significative: il picco di produzione solare è in estate, mentre il fabbisogno di riscaldamento è massimo in inverno. Questa sfasatura stagionale riduce l'utilità del solare termico per il solo riscaldamento.
I sistemi "solar combisystem" abbinano la produzione di acqua calda sanitaria con il supporto al riscaldamento. Richiedono superfici di collettori maggiori (da 10 a 20 m² per un'abitazione di medie dimensioni) e serbatoi di accumulo di grande capacità. Sono più indicati per case passive o edifici con fabbisogno termico ridotto, dove il solare può coprire una quota significativa anche del riscaldamento.
Manutenzione e vita utile
I collettori piani hanno una vita utile attesa di 20–25 anni con manutenzione ordinaria. Le operazioni di manutenzione includono:
- Verifica periodica del fluido termovettore (glicole propilenico), da sostituire ogni 3–5 anni
- Controllo della pressione del vaso di espansione
- Pulizia della superficie vetrata (soprattutto in zone con elevata polverosità)
- Controllo del regolatore differenziale e della pompa
Normativa e incentivi
L'installazione di collettori solari termici è incentivata dal Conto Termico 2.0 (decreto ministeriale 16 febbraio 2016), che prevede contributi in conto capitale per i privati. L'accesso all'incentivo richiede che i collettori siano certificati secondo le norme UNI EN ISO 9806 e UNI EN 12975.
In Italia valgono anche le detrazioni fiscali del 50% per le ristrutturazioni edilizie quando i pannelli sono installati in abbinamento a interventi di ristrutturazione. Per le specifiche vigenti nell'anno corrente è necessario consultare la normativa fiscale aggiornata.