Per i proprietari di casa e gli amministratori di condominio diamo alcune informazioni sui pannelli solari termici al fine di capire il loro funzionamento e le problematiche collegate alla loro scelta e installazione.

I pannelli solari vengono spesso utilizzati negli impianti termici per la produzione di acqua calda sanitaria o per il riscaldamento e vengono chiamati anche collettori solari. Ne esistono di due tipi:

• Collettori piani: più usati e popolari, più economici, utilizzati anche in condizione di cielo nuvoloso, in quanto riescono a captare anche la radiazione solare diffusa.
• Collettori a concentrazione: sono meno diffusi, sfruttano solo la radiazione diretta, ma producono temperature dell'acqua più elevate.

In questo articolo vediamo di capire come sono costruiti e come funzionano questi pannelli foto-termici, le loro caratteristiche, come sceglierli ed alcuni esempi di installazioni.

Esempio di collettore solare cilindrico sotto vuoto.

Caratteristica comune dei collettori solari è quella di avere la superficie nera, in modo da poter assorbire la radiazione solare il più possibile e rifletterne il meno possibile.

I collettori solari piani sfruttano il principio dell'effetto serra che è la capacità del vetro di intrappolare la radiazione infrarossa del sole e di riscaldarsi.

Un collettore solare piano è un manufatto semplice, costituito essenzialmente da uno strato di vetro, una piastra metallica captante e uno strato di materiale isolante. Lo scambiatore termico, responsabile del trasferimento del calore all'acqua, viene realizzato all'interno, più precisamente sul retro della piastra metallica captante, ma non sempre, dove vengono ricavate le tubazioni per il passaggio del fluido termico.

Esistono varie tecnologie per realizzare le tubazioni. Una di questa è la tecnica "Roll Bond" spesso usata anche nei frigoriferi.

Nella scelta di un collettore solare, occorre tener conto di alcune caratteristiche importanti:

la conduttività termica, l'efficienza termica, l'inerzia termica, il costo, il peso, la sua disponibilità sul mercato e la semplicità di installazione.

Nella scelta di un collettore solare bisogna anche tener presente quanta energia occorre per la sua produzione in modo da orientare la scelta verso quelle tecnologie a basso impatto energetico ed ambientale. Un collettore solare con piastra metallica in rame o in alluminio ha un impatto energetico eccessivo ed è una soluzione da evitare.

La capacità di assorbire la radiazione solare dipende da molti fattori: il più importante è l'angolo di incidenza dei raggi solari sulla lastra assorbente che determina il fattore di assorbimento e varia con il coseno dell'angolo di incidenza della radiazione solare secondo la legge di Lambert.

Un altro parametro da tenere conto è la capacità del pannello solare di riflettere la radiazione solare e che determina il fattore di emissione. Questo parametro deve essere il più piccolo possibile. Per avere una bassa emissione si usa trattare la superficie assorbente con particolari materiali annerenti di tipo selettivo, tarati di solito su varie lunghezze d'onda della radiazione solare, in particolare sull'infrarosso.

In definitiva quello che conta è il rapporto a/e dove a è il parametro che definisce il valore di assorbimento del pannello ed e è il parametro che definisce il valore di riflessione o emissione della radiazione solare. Tale rapporto deve essere il più elevato possibile.

Tuttavia l'efficienza del collettore solare piano viene determinata anche dalla capacità del fluido termo-vettore (in genere acqua) di asportare il calore dalla piastra per accumularlo in un accumulo o boiler o per utilizzarlo direttamente per la produzione di acqua calda sanitaria e il riscaldamento.

Un'altra cosa importante da garantire è l'assenza di umidità all'interno del pannello solare. L'aria all'interno del pannello deve essere secca. Infatti l'eventuale umidità o vapore che dovesse penetrare all'interno può condensare sulla lastra di vetro del pannello, compromettendo notevolmente l'efficienza del pannello stesso.

Per garantire l'assenza di umidità, occorre sigillare con la massima cura il pannello solare utilizzando materiali di qualità e tecniche particolari in modo da garantirne la duratura nel tempo, cosa non facile per via degli sbalzi termici e relative dilatazioni termiche a cui è sottoposto il pannello solare negli anni. Non è facile garantire la completa sigillatura di un pannello solare nel lungo periodo e, di solito, si osserva già dopo alcuni anni di funzionamento la presenza di umidità e condensa all'interno del pannello.

A titolo di esempio, ti presentiamo il pannello fototermico Solahat KF. Si tratta di un pannello con piastra captante selettiva ad alto rendimento chiamata Black Chrome Multi Flow, in acciaio nickelato che permette il riscaldamento dell'acqua in modo veloce ed efficiente anche con scarsa insolazione.

Qui di seguito trovi alcuni esempi di installazione tratti dal catalogo dell'azienda:

In questa foto il pannello termico è installato sul tetto insieme al suo serbatoio.

Qui invece il pannello termico viene installato su una struttura portante per essere collocato su terrazze o tetti piani.

Questa è, secondo noi, l'installazione esteticamente migliore, in quanto nasconde il serbatoio di accumulo nel sottotetto.

Come vedi, i pannelli foto-termici offrono diverse soluzioni di installazione.

Per quanto riguarda il collegamento al circuito idraulico di collegamento all'impianto della casa, si usano tubazioni in rame, in acciaio o in polietilene.

E' bene utilizzare tubazioni dello stesso tipo di materiale ed evitare di mescolare materiali diversi tra di loro perché, utilizzando materiali diversi, si possono generare corrosioni e processi chimici di ossido riduzione dovuti alle correnti parassite che si generano mettendo a contatto materiali di tipo diverso come rame e alluminio.

Esempio bozza di schema di collegamento all'impianto idraulico.

Da non sottovalutare l'aspetto della coibentazione e della impermeabilizzazione per evitare dispersioni di calore o rottura di tubi dovuto al gelo.

L'impianto idraulico è auspicabile che sia fatto da un impiantista professionista, il quale provvederà a valutare i vari aspetti dimensionali della casa e a installare i vari elementi di protezione e di sicurezza tra i quali: i separatori d'aria, le valvole di sicurezza e di spurgo dell'aria, nonché quelle di riempimento, i termostati e i filtri per prevenire e bloccare le impurità dell'acqua, affinché non finiscano nei collettori solari.

Un altro elemento importante dell'impianto a pannelli solari è il termostato differenziale. Si tratta di un dispositivo che serve a impedire lo scambio termico inverso (fa le veci del diodo negli impianti fotovoltaici). Infatti nei periodi di forte nuvolosità, pioggia o di notte, può succedere che si verifichi la dispersione del calore, accumulato nell'accumulo, attraverso gli stessi pannelli solari. Per impedire questo si inserisce un termostato differenziale collegato al circolatore.

Il termostato differenziale confronta in continuazione le temperature del fluido di mandata e di ritorno dai pannelli e quando la temperatura di ritorno è superiore a quella di mandata, emette un segnale elettrico che ferma il circolatore o la pompa, bloccando il passaggio del flusso termico.

La scelta dell'impianto idraulico può inoltre essere indirizzata verso un impianto a vaso di espansione chiuso o un impianto a vaso di espansione aperto. Il vaso di espansione a vaso chiuso offre maggiori garanzie nei confronti della corrosione delle tubazioni interne dell'impianto termico, perché il fluido termo-vettore non viene a contatto con l'aria e altri gas contenuti nell'aria e quindi non ha modo di assorbire ossigeno che è il principale responsabile della corrosione delle tubazioni.

Di contro però, il vaso di espansione chiuso, richiede l'installazione di valvole di sicurezza, di valvole di sfiato automatiche e di un gruppo idraulico di carica automatico dall'acquedotto per mantenere l'impianto in pressione.

Sono inoltre necessari manometri per il monitoraggio della pressione dell'acqua nei collettori solari e valvole di sicurezza e di intercettazione o ritegno al fine di evitare che la pressione dovuta al calore salga oltre quella stabilita dalla casa costruttrice del pannello.

Se poi si intende collegare l'impianto solare ad un impianto termico esistente, come una caldaia a gas, a gasolio o a legna, l'impianto idraulico e quello solare va studiato con particolare cura e dimensionato opportunamente al fine di evitare squilibri termici tra i vari impianti. Il ricorso ad un termo-tecnico sarà in questo caso la via obbligatoria per evitare errori di progettazione e dimensionamento.

Si dovrà quindi prevedere l'utilizzo di circolatori, valvole a più vie e probabilmente aggiungere, se non sostituire l'accumulo termico in modo da tenere conto delle esigenze di tutto l'impianto.

Video Google: il sig. Roberto descrive l'impianto di riscaldamento a pavimento collegato ai pannelli solari termici della sua nuova casa.

Link correlati:

• Solahart dove puoi trovare maggiori informazioni sui pannelli solari.
• AMK-SOLAC dove puoi trovare maggiori informazioni sui loro prodotti e le istruzioni in pdf, nella sezione downloads, in italiano, per l'installazione dei pannelli.
• Pannello solare e caldaia a gas insieme. Un esempio di come conciliare le due cose.
• Video YouTube: Nikkao Esempio di pannello solare termico