✅ Che cos'è e come funziona un collettore solare? Come funzionano i collettori solari?
I collettori solari sono dispositivi per raccogliere energia termica dal sole. Sembra che il loro boom più grande sia già passato e che l'interesse delle persone si sia spostato più verso i pannelli fotovoltaici. Tuttavia, oggi i pannelli fotovoltaici si ripagano più lentamente (ciò è legato al nuovo sistema di calcolo dell'energia elettrica immessa nel sistema), il che ha portato i collettori solari, comunemente noti come solari termici, a tornare oggetto di interesse. D'altronde, avere collettori solari non è un’alternativa ai pannelli fotovoltaici né li esclude: i due sistemi possono complementarsi perfettamente. Di questo e di altre questioni relative ai collettori solari, al loro funzionamento e alla loro convenienza parleremo in questo articolo.
Per iniziare, vale la pena sottolineare che molti principianti confondono i collettori solari con i pannelli fotovoltaici, ovvero i PV. Entrambi utilizzano l'energia solare, ma la loro struttura, il principio di funzionamento e lo scopo dell'installazione sono completamente diversi.
Un collettore solare è installato per catturare l'energia solare e trasferirla all'acqua, riscaldandola. Grazie a ciò, i collettori solari, o solari, vengono utilizzati per riscaldare l'acqua sanitaria (ACS). Raramente vengono utilizzati anche per riscaldare l'acqua del sistema di riscaldamento centralizzato (RC), ma in modo secondario.
I pannelli fotovoltaici, invece, sono dispositivi elettrici. Sono composti da celle fotovoltaiche che, sotto l'influenza dei raggi solari, producono elettricità. L'energia elettrica, grazie a dispositivi chiamati inverter, viene adattata alla tensione utilizzata in casa, ovvero 220-240V. Questa energia elettrica può quindi essere utilizzata per qualsiasi scopo.
✅ Riassumendo: i collettori solari servono per riscaldare l'acqua, mentre i pannelli fotovoltaici servono per produrre energia elettrica.
✅ Cosa scegliere? Fotovoltaico o collettori solari? O forse entrambi: PV e collettori?
Per un certo periodo, la maggior parte delle persone preferiva puntare sui pannelli fotovoltaici. Le celle fotovoltaiche, infatti, producono elettricità, ossia energia che può essere utilizzata per qualsiasi cosa. Per una pompa di calore, una cucina elettrica, un bollitore, una lavatrice o un condizionatore d'aria. In ultima analisi, anche per... riscaldare l'acqua, ad esempio con una resistenza elettrica. Perché allora utilizzare i collettori solari se il cosiddetto fotovoltaico è molto più versatile? Purtroppo, dopo la modifica del sistema di calcolo dei costi, la convenienza economica del sistema PV è diminuita in modo significativo nella maggior parte dei paesi dell'UE.
A ciò si aggiunge una questione di cui si parla ancora poco, ma che è stata concretamente confermata da esperti del settore energetico: il rischio di un sovraccarico della rete nazionale. Questo fenomeno è già in atto e si nota soprattutto durante i periodi di siccità. Il nostro sistema energetico obsoleto non era preparato per lo sviluppo relativamente rapido del fotovoltaico negli ultimi anni. La potenza delle piccole centrali elettriche installate solo sui tetti delle abitazioni private è oggi enorme (senza contare gli impianti PV appartenenti alle aziende e le centrali solari). Ci aspetta quindi lo stesso problema su scala nazionale che, ad esempio, hanno già affrontato i tedeschi: la grande quantità di piccoli impianti distribuiti in vari comuni richiede una modernizzazione del sistema energetico a livello nazionale e una sua espansione continua, che in quasi tutta l'UE è stata trascurata. Anche l'Italia deve affrontare grandi sfide in questo settore e il problema delle interruzioni di corrente si manifesterà in alcune regioni nei prossimi anni.
In questa situazione, un ulteriore supporto sotto forma di un tradizionale collettore solare per l'acqua calda sembra avere senso. Tuttavia, più come complemento al fotovoltaico che come alternativa.
✅ Come sono costruiti i collettori solari?
La costruzione di un collettore solare può variare a seconda del modello, ma tutti seguono lo stesso principio di funzionamento, quindi la struttura deve essere simile. Gli elementi principali che ogni collettore solare deve contenere sono: l’assorbitore e i tubi.
L’assorbitore è fondamentalmente l'elemento principale dei collettori solari che consente di captare il calore del sole. Gli assorbitori sono solitamente realizzati in rame o alluminio.
L’assorbitore è una superficie rivestita con uno strato speciale che aumenta la capacità di assorbire calore. Quando i raggi solari colpiscono l’assorbitore, questo si riscalda, e il calore viene trasferito al fluido che scorre attraverso il collettore. Questo fluido è semplicemente acqua, che in questo modo viene riscaldata. Tuttavia, per completezza, va aggiunto che di solito non si tratta solo di acqua, ma di una miscela di acqua e antigelo (il cosiddetto glicole) per evitare il congelamento del collettore durante l'inverno. Questo fluido viene poi trasportato ulteriormente per trasferire il calore all'acqua calda sanitaria (ACS).
I tubi dei collettori solari hanno il compito di trasferire il calore dall’assorbitore al sistema, solitamente al serbatoio dell'acqua calda sanitaria, per riscaldarla.
Oltre a questi due elementi principali, i collettori solari hanno anche alcuni componenti meno caratteristici. Naturalmente, ogni collettore solare dispone anche di una struttura che ha lo scopo di proteggere il collettore dalla perdita di calore verso l’esterno (in modo che più calore raggiunga l’ACS). Questa struttura è generalmente ben isolata.
L'intera struttura è coperta da un vetro temperato, un materiale scelto per la sua resistenza alle condizioni atmosferiche, inclusi eventi estremi come la grandine, ma allo stesso tempo progettato per non ostacolare l’assorbimento del calore.
✅ Qual è il principio di funzionamento di un collettore solare?
Conoscendo la struttura, in pratica conosciamo già il principio di funzionamento di un collettore solare e possiamo intuire come funziona. Il principio di funzionamento dei collettori solari è estremamente semplice. Il fluido riscaldato dall'esposizione al sole - quello presente nei tubi - raggiunge temperature molto elevate sotto l'effetto del sole. Il fluido riscaldato scorre verso il serbatoio dell'acqua calda sanitaria (ACS) e il passo successivo è trasferire questo calore all'acqua contenuta nel serbatoio, che sarà utilizzata dagli abitanti della casa.
Ovviamente, poiché nei tubi c'è una miscela di acqua e liquido antigelo, questa soluzione non può entrare direttamente nel serbatoio. Passa attraverso uno scambiatore a serpentina all'interno del serbatoio, trasferendo il calore all'acqua senza mescolarsi con essa. L'intero processo funziona in modo ciclico, e il flusso dell'acqua calda dai collettori è garantito da una pompa di circolazione.
A volte accade che il serbatoio non disponga di una serpentina libera a cui collegare il circuito dei collettori. I vecchi serbatoi spesso hanno una sola serpentina, che di solito è già utilizzata per la fonte di calore principale (per esempio, una caldaia per il riscaldamento). Cosa fare in questo caso? Bisogna sostituire il serbatoio?
Una soluzione consiste nel sostituire il serbatoio con uno nuovo, dotato di due serpentine. Tuttavia, ciò è conveniente solo se il nostro serbatoio è vicino alla fine della sua vita utile e avevamo già pianificato di sostituirlo. Se invece si tratta di un serbatoio in buone condizioni, non conviene rimuoverlo. Invece di spendere una somma considerevole per un nuovo serbatoio, è meglio acquistare semplicemente uno scambiatore a piastre per collettori solari, che costa circa 100-150 €. Grazie a questo dispositivo, possiamo aggiungere un ulteriore circuito al sistema ACS esistente collegato alla caldaia di riscaldamento.
Disponibile
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Come per i pannelli fotovoltaici, anche per i collettori solari è fondamentale una corretta installazione con un'angolazione adeguata. Si tratta, ovviamente, di posizionarli in un'area ben esposta al sole, per cui si consiglia di montarli sul lato sud del tetto. Se la configurazione del tetto non consente un'esposizione diretta a sud, si possono considerare orientamenti verso sud-ovest o sud-est, che funzionano comunque bene nelle nostre condizioni climatiche.
Anche in questo caso, analogamente ai pannelli fotovoltaici, l'angolazione dei collettori è determinante per l'efficacia dell'assorbimento del calore. Per quanto riguarda i collettori solari, emergono alcune complicazioni, poiché molti esperti consigliano angolazioni diverse per l'estate e per l'inverno. Come curiosità, esistono sistemi nel mondo che regolano automaticamente e senza intervento umano l'angolo di inclinazione a seconda della stagione. Tuttavia, per un impianto solare destinato a una casa unifamiliare, questa soluzione non sarebbe conveniente.
✅ Pertanto, un compromesso ottimale sembra essere un'angolazione di circa 40°. Nella maggior parte dei casi, non è consigliabile orientare i collettori solari esclusivamente per le condizioni invernali, poiché durante l'inverno l'acqua calda sanitaria (ACS) sarà comunque riscaldata dalla fonte di calore principale (caldaia, pompa di calore, ecc.). Naturalmente, in determinate condizioni, si possono scegliere anche angolazioni intermedie, come ad esempio 45°, che funzionano altrettanto bene.
Vi invitiamo a consultare la nostra offerta di scambiatori a piastre per collettori solari.
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