I componenti

I collettori vetrati piani e i collettori sotto vuoto sono i componenti più innovativi di questi sistemi (anche per le medie temperature).

Per i collettori vetrati piani il principio di sfruttamento delle radiazioni solari è quello delle serre.

Esempio di collettore solare a tubi sottovuoto

I componenti di un collettore di questo tipo sono:

  • assorbitore del calore solare, solitamente una lastra metallica annerita sulla faccia esposta alla radiazione solare, al cui interno è inserito un fascio di tubi in cui scorre il fluido destinato a scaldarsi dal sole;
  • una o più lastre di vetro o altro materiale trasparente, poste sopra l’assorbitore hanno la funzione di consentire il passaggio dei raggi solari incidenti, e per le loro caratteristiche quella di impedire che il calore emesso dall’assorbitore si disperda nello spazio esterno;
  • isolante termico, inserito al di sotto e ai lati del pannello per impedire dispersioni di calore per conduzione, ovvero per contatto diretto tra corpi a diverse temperature;
  • scocca, realizzata a protezione del pannello solitamente in lamiera o materiale plastico.

Quando i raggi solari raggiungono la superficie vetrata del collettore, una parte di essi viene riflessa verso lo spazio, la maggior parte supera il vetro e viene captata dall’assorbitore. Il fluido circolante, scaldandosi, riemette calore sotto forma di radiazione infrarossa. Le caratteristiche della superficie vetrata sono tali per cui le radiazioni di infrarossi non la attraversano (disperdendola nello spazio) ma vengono respinte verso l’interno (effetto serra). Le caratteristiche della superficie vetrata sono ottimali quando si massimizza la trasparenza nei confronti della radiazione solare e si massimizza l’opacità nei confronti delle radiazioni di infrarossi.

Le caratteristiche dell’assorbitore, che è il componente più importante del collettore, ne determinano il rendimento complessivo. Tra queste una parte rilevante hanno:  il coefficiente di assorbimento (α, compreso tra 0 e 1) uguale al rapporto tra radiazione assorbita e radiazione incidente sulla superficie per una data lunghezza d’onda e il coefficiente di emissione ε (definito come rapporto tra intensità di radiazione emessa dalla superficie e quella emessa da un corpo nero alla stessa temperatura per una data lunghezza d’onda, compreso tra 0 e 1). Obiettivo degli studi e delle soluzioni tecniche è quello di massimizzare il coefficiente di assorbimento (della radiazione solare) e quello di minimizzare il coefficiente di emissione della radiazione infrarossa (calore), affinché il calore si concentri e rimanga nel fluido termovettore per l’utilizzo nei vari ambiti. Altro parametro che riguarda complessivamente il pannello è l’angolazione di esposizione alla radiazione solare.

I collettori sotto vuoto presentano a parità di superficie impegnata rispetto ai collettori vetrati, un miglior rendimento, grazie alla presenza di una intercapedine tenuta sottovuoto (con una pressione assoluta dell’ordine di 5 x 10-3 Pascal, 1 millibar = 100 Pascal) che di fatto azzera le perdite termiche derivanti dall’effetto conduttivo e convettivo.

Il principio di funzionamento del pannello solare a tubi sottovuoto è uguale a quello di un normale thermos. I tubi sono formati da un doppio vetro, il vuoto tra i due vetri trattiene il calore anche quando le temperature esterne sono molto basse. Gli specchi concavi riflettenti posti sotto i tubi permettono di sfruttare la radiazione solare in modo ottimale, poiché riflettono i raggi solari e li convogliano, da più angolazioni, verso tubi sottovuoto con bassissime perdite di radiazione, consentendo così di ottenere una resa elevata, anche nelle ore pomeridiane e con esposizione non favorevole.

 

Gli impianti solari termici hanno registrato evoluzioni tese al miglioramento della qualità delle loro prestazioni. Dalle caratteristiche del pannello, a quella degli accumulatori e alla componentistica di supporto, ad oggi si sono ottenuti standard soddisfacenti che ne fanno una buona alternativa ai sistemi tradizionali di riscaldamento di acqua sanitaria e non solo. Infatti, l’utilizzo di questi impianti anche per il riscaldamento di ambienti domestici e ad uso civile è già oggi conveniente per “piccole dimensioni” ed è parte integrante nelle nuove costruzioni edilizie quando si voglia massimizzare l’efficienza energetica dell’edificio.