Collettori solari termici piani contro a vuoto

L'energia solare è l'unico fonte di calore per cui non paga nessun fornitore – basta solo catturarla e consegnarla all'acqua che realmente consuma in casa. A questo scopo serve il sistema solare per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria (ACS): un insieme di pannelli solari sul tetto, un serbatoio solare, un'unità di pompa e un'elettronica di controllo che valuta e avvia automaticamente l'intero processo. Il sistema integra, non sostituisce in modo completo la fonte principale di calore – la caldaia o la pompa di calore – ma soprattutto nei mesi estivi riesce a coprire una grande parte del riscaldamento dell'ACS senza che la fonte principale debba nemmeno accendersi.

Nel progettare un tale impianto, prima o poi si pone una domanda chiave: pannelli piani o tubi al vuoto (a vaso)? La risposta decide non solo sul costo dell'intera investizione, ma anche su come si comporterà il sistema in inverno, a primavera e in autunno, quanto durerà senza guasti e se sopravvivrà anche a condizioni atmosferiche spiacevoli come grandinate. In questo articolo spiegheremo in dettaglio le differenze tra i due tipi, mostreremo anche gli altri componenti con cui il pannello deve collaborare (serbatoio, controllo, tubazioni, fissaggio, espansore) e infine esamineremo due esempi reali della pratica.

Se sta valutando un sistema solare per la prima volta, le consigliamo di leggere anche il nostro elenco generale Come scegliere un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua, dove troverà un contesto più ampio per la scelta dell'intero impianto. Qui ci concentreremo principalmente sui pannelli solari e su ciò che li accompagna.

Cos'è un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua e di cosa è composto

Un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua, talvolta chiamato anche impianto solare termico ad acqua calda, non è un singolo apparecchio, ma un insieme di diversi componenti che devono collaborare tra loro:

• Pannelli solari sul tetto – catturano la radiazione solare e riscaldano con essa un fluido termovettore (una miscela di acqua e sostanza antigel, in modo che il circuito non geli nemmeno in inverno).
• Accumulatore solare con scambiatore di calore – qui il calore del fluido termovettore viene consegnato all'acqua sanitaria, che Lei poi fa scorrere dal rubinetto.
• Unità di pompaggio – garantisce la circolazione del fluido termovettore tra il pannello e l'accumulatore.
• Unità di controllo (solare) – valuta le temperature e decide quando deve accendersi e quando spegnersi la pompa.

È importante sottolineare fin dall'inizio un aspetto che molti clienti confondono: il sistema solare integra la fonte principale di calore, non la sostituisce. Nella pratica, ciò significa che in estate, quando c'è abbastanza radiazione solare e il consumo di acqua calda non è estremo, l'installazione solare può coprire quasi autonomamente il riscaldamento dell'ACS. In inverno, quando c'è poca luce solare e i giorni sono brevi, il peso si sposta automaticamente nuovamente sulla caldaia o sulla pompa di calore – il sistema solare aggiunge solo calore, ogni volta che è disponibile. Proprio per questo motivo il solare si combina spesso con una fonte esistente di calore, non come soluzione autonoma.

Questa combinazione di due fonti di calore (sole + caldaia/pompa di calore) è anche il motivo per cui ha senso investire in un buon controllo e in un accumulatore scelto correttamente – per saperne di più, si riferisca all'articolo Riscaldamento solare come integrazione alla caldaia.

Pannelli piani vs. tubi al vuoto: differenza principale

Confronto delle differenze principali tra pannelli piani e tubi al vuoto.

Questo è il cuore dell'intera decisione e vale la pena dedicargli più spazio. Sulle merci esistono sostanzialmente due tipi di collettori solari per il riscaldamento dell'acqua – piani e al vuoto (a tubi). Entrambi fanno sostanzialmente la stessa cosa (catturano la radiazione solare e la trasformano in calore), ma si differenziano costruttivamente e operativamente.

Pannelli piani

I pannelli piani hanno una superficie assorbente (una lastra metallica nera che assorbe la radiazione solare) coperta da vetro temperato, tutto sistemato in un telaio isolante in alluminio. Questa costruzione ha diversi vantaggi pratici:

• Costo d'acquisto più basso – i pannelli piani sono in genere più economici dei tubi al vuoto, e questo vale non solo a pezzo, ma anche incluso l'accessorio per l'installazione.
• Maggiore resistenza meccanica – il vetro temperato nel telaio solido resiste meglio, ad esempio, alla grandine, al cadere di rami o al carico meccanico durante l'installazione, rispetto ai tubi sottili di vetro dei pannelli al vuoto.
• Capacità sufficiente per le condizioni normali – nelle nostre condizioni climatiche (quindi in Slovacchia) i pannelli piani sono in genere sufficienti per un riscaldamento affidabile dell'ACS, soprattutto se l'obiettivo principale è coprire l'estate e i periodi intermedi.

Proprio la combinazione di un prezzo più basso, una maggiore resistenza e una capacità sufficiente è il motivo per cui i pannelli piani sono in Slovacchia la scelta più comune per una famiglia media che vuole risparmiare sul riscaldamento dell'ACS senza tecnologie troppo complicate e costose.

Tubi al vuoto (a vaso)

I pannelli al vuoto funzionano su un principio diverso – la superficie assorbente è chiusa in una tubatura di vetro al vuoto, che funziona in modo simile a una termos. Il vuoto limita in modo significativo la dispersione del calore verso l'esterno, il che porta a un'altra serie di proprietà:

• Maggiore efficienza a basse temperature esterne e a bassa intensità di radiazione solare – quindi proprio quando i pannelli piani hanno difficoltà (giorni freddi, sole basso in cielo, tempo nuvoloso).
• Maggiore prezzo – i pannelli al vuoto sono più costosi dei pannelli piani, e questo vale anche per una superficie paragonabile.
• Maggiore fragilità – le tubature di vetro al vuoto sono più sensibili ai danni meccanici rispetto al vetro temperato esteso dei pannelli piani.

I pannelli al vuoto quindi hanno senso soprattutto là dove è importante la capacità anche al di fuori dei mesi estivi – ad esempio, se l'impianto deve contribuire parzialmente anche al riscaldamento, o se la posizione/orientazione del tetto rispetto alla radiazione solare è meno favorevole e si deve sfruttare al massimo ogni raggio.

Quale tipo scegliere?

Se il Su obiettivo principale è una copertura semplice e accessibile del riscaldamento dell'acqua calda soprattutto in estate e nei periodi intermedi, i pannelli piani sono nella stragrande maggioranza dei casi la scelta più sensata – prezzo più basso, maggiore resistenza e capacità sufficiente nelle nostre condizioni. I pannelli al vuoto hanno la loro giustificazione là dove si deve massimizzare il rendimento anche in periodi di radiazione solare debole e si è disposti a pagare un prezzo più alto e a considerare una maggiore fragilità della costruzione.

Se in questa fase di decisione si sente incerto, le consigliamo di consultare anche la nostra guida generale Come scegliere un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua, dove questo argomento è inserito in un contesto più ampio per la scelta dell'intero impianto (non solo del pannello, ma anche del serbatoio, del controllo e delle tubazioni).

Unità regolatrice e gruppo pompa – come il sistema decide quando azionare la pompa

L'unità regolatrice decide l'accensione e lo spegnimento del circolatore in base alla differenza di temperatura.

Qualsiasi tipo di collettore Lei scelga, da solo non sarebbe comunque utile senza il resto del sistema. Un ruolo chiave svolge l'unità regolatrice (solare). Questa, tramite sensori, confronta continuamente la temperatura del collettore con quella del bollitore per acqua calda sanitaria. Non appena la temperatura del collettore supera quella del bollitore di una differenza prestabilita, l'unità regolatrice aziona il circolatore del gruppo solare – il fluido termovettore entra in movimento, trasferisce il calore dal collettore al bollitore e il ciclo si ripete. Quando la differenza di temperatura scende al di sotto della soglia prestabilita (ad esempio la sera, quando il sole tramonta), la pompa si spegne automaticamente per non far circolare inutilmente il fluido freddo e non raffreddare così nuovamente il bollitore.

La pompa da sola, in pratica, non è mai isolata – viene fornita come parte della cosiddetta unità pompa (gruppo pompa solare). In un unico blocco compatto sono inclusi il circolatore, le valvole di chiusura, i termometri e i manometri per il controllo della temperatura e della pressione nel circuito, e la valvola di sicurezza. L vantaggio di questa soluzione è principalmente nell'installazione e nell'assistenza tecnica – tutti gli elementi necessari sono in un unico punto, l'installatore non deve cercare e collegare singolarmente i vari componenti, e in caso di manutenzione o guasto la diagnostica è più semplice.

Per saperne di più su come funzionano esattamente le unità regolatrici e i gruppi pompa e su cosa tener presente quando si effettua la scelta, legga l'articolo separato Unità regolatrici e gruppi pompa dei sistemi solari.

Bollitore solare – dove il calore del sole incontra l'acqua del rubinetto

Il bollitore solare, a prima vista, assomiglia al classico scaldabagno elettrico, ma presenta una differenza costruttiva fondamentale – rispetto al normale scaldabagno, ha in più almeno uno scambiatore di calore connesso al circuito solare. Molto spesso ne ha addirittura due: uno per il circuito solare e l'altro per l'eventuale riscaldamento con la caldaia, quando l'energia solare non è sufficiente.

Il principio è indiretto – il fluido termovettore del circuito solare non entra mai in contatto diretto con l'acqua calda sanitaria. Circola separatamente, in un circuito chiuso, e trasferisce il calore all'acqua sanitaria esclusivamente attraverso la parete dello scambiatore. Grazie a questo, la miscela antifreeze dei collettori non si mescola mai con l'acqua che Lei fa scorrere dal rubinetto o dalla doccia – si tratta di due circuiti completamente separati che si incontrano solo nello scambiatore di calore.

La scelta della dimensione e della costruzione corrette del bollitore solare (ad esempio se avrà uno o due scambiatori) dipende dalle dimensioni della famiglia, dal consumo di acqua calda e dal modo in cui il sistema verrà riscaldato in caso di mancanza di energia solare. A questa tematica dedichiamo un articolo dettagliato Quale bollitore solare Le serve.

Distribuzione: tubazioni e isolamento tra collettore e stanza tecnica

Due soluzioni comuni per la distribuzione tra collettore e stanza tecnica.

I collettori sul tetto e il bollitore per acqua calda sanitaria nella stanza tecnica devono essere collegati – e proprio questa, all’apparenza banale parte del sistema, ha un’influenza diretta su quanto calore si disperde lungo la strada e quanto dura l’installazione. In linea di massima esistono due soluzioni comuni:

Tubo in rame o in acciaio inox tradizionale

Il modo tradizionale è il tubo in rame o in acciaio inox, che viene successivamente isolato singolarmente direttamente sul posto di installazione – quindi sul tetto, nel pozzo e nella stanza tecnica. Il tubo in acciaio inox a forma di corrugato (tubo flessibile con superficie ondulata) viene apprezzato soprattutto per la sua resistenza alle alte temperature che il fluido solare può raggiungere in estate con il sole pieno, e per la flessibilità nel passaggio degli angoli e dei passaggi nella struttura dell’edificio.

Tubo flessibile pre-isolato 2 in 1

La seconda opzione è il tubo flessibile pre-isolato 2 in 1, che unisce l’aspirazione e il ritorno in un unico involucro flessibile e già isolato. L vantaggio di questa soluzione è soprattutto nella velocità di installazione – poiché l’isolamento è parte integrante del tubo già in fase di produzione, l’azienda installatrice non deve isolare ulteriormente il tubo sul tetto né nel pozzo, il che con la soluzione tradizionale può richiedere un tempo considerevole (e quindi anche costi di lavoro).

Quale soluzione scegliere dipende dalla situazione edilizia specifica (lunghezza del tracciato, numero di passaggi, accessibilità del tetto) e dalle preferenze dell’azienda installatrice. Per saperne di più su entrambe le varianti, incluso il significato del termine “corrugato” e perché si utilizza appunto l’acciaio inox nella tecnologia solare, visiti l’articolo Tubazioni solari e corrugati in acciaio inox – come funzionano.

Fissaggio dei collettori in base al tipo di tetto

Il collettore da solo è solo metà del lavoro – ha bisogno anche di un fissaggio affidabile che resista per decenni esposto al vento, alla pioggia, alla neve e alle variazioni di temperatura. La struttura di montaggio si sceglie quindi in base al tipo di tetto (o di altra superficie di installazione):

• Tetto inclinato – diversi tipi di copertura (ardesia, lamiera, tegole ondulate) richiedono diversi elementi di fissaggio, che vengono fissati direttamente alla trave o alla lama sotto la copertura.
• Tetto piano – qui si utilizza una struttura con inclinazione regolabile, di norma almeno 15°. Questa inclinazione non è casuale – garantisce che il collettore si possa auto-pulire naturalmente con la pioggia (su una superficie perfettamente piana, al contrario, si accumulerebbero polvere e eventualmente anche acqua).
• Facciata o terreno (terra) – soluzione alternativa là dove il tetto per diversi motivi non è adatto o disponibile.

Importante è che la struttura di montaggio debba corrispondere esattamente alle dimensioni del tipo e del modello specifico di collettore – non si tratta quindi di un componente universale, ma di una soluzione “su misura” per la combinazione specifica collettore + tipo di tetto.

Questo set specifico è un buon esempio di come accessori di montaggio e tipo di collettore siano strettamente connessi – è destinato esattamente al collettore piano KS 2100F con superficie di 1,82 m² e a un tetto piano con inclinazione fino a 15°. Se deve risolvere l’installazione su un altro tipo di tetto o su un altro modello di collettore, avrà bisogno di un’altra struttura. Per un’ampia panoramica delle opzioni di fissaggio per tutti i tipi di tetti, visiti l’articolo Fissaggio dei collettori – tetto inclinato, tetto piano, facciata.

Vaso di espansione, pressione e riempimento del circuito solare

Il circuito solare è un sistema chiuso a pressione – questo significa che il fluido termovettore circola in un circuito chiuso a pressione, come un circuito di riscaldamento tradizionale. Poiché il fluido si scalda a temperature elevate nei giorni estivi caldi, il suo volume aumenta per dilatazione termica. Per evitare che questa dilatazione danneggi tubazioni o componenti, il circuito include un vaso di espansione, che può accogliere in modo sicuro questo aumento di volume.

L’alimentazione e lo svuotamento d’aria del circuito solare avvengono tramite valvole di alimentazione con una pompa manuale o elettrica – il principio è molto simile a quello dell’alimentazione di un circuito di riscaldamento tradizionale. Questo passo è importante soprattutto perché le bolle d’aria nel circuito ostacolerebbero il corretto flusso del fluido termovettore e ridurrebbero l’efficacia del trasferimento di calore tra collettore e bollitore.

L’assistenza tecnica e il controllo regolare della pressione nel circuito, nonché l’eventuale integrazione o sostituzione del fluido termovettore, rientrano tra le operazioni di manutenzione comuni del sistema solare. Cosa include esattamente l’assistenza tecnica del sistema solare e quali sono i guasti più frequenti, lo trova nell’articolo Assistenza tecnica, alimentazione e guasti comuni dei sistemi solari.

Come decidere: riepilogo per collettori piani e a vuoto

Se dovessimo riassumere l’intera decisione in poche frasi: i collettori piani sono una scelta affidabile, economicamente accessibile e meccanicamente resistente, che in condizioni climatiche locali è in grado di soddisfare normalmente il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria – soprattutto se l’obiettivo principale è coprire l’estate e i periodi intermedi e completare così la fonte principale di calore. I collettori a vuoto hanno il loro posto là dove è richiesta un’efficacia maggiore anche a temperature più basse e con una radiazione solare ridotta, a fronte di un costo d’acquisto più elevato e di una maggiore fragilità della struttura.

Indipendentemente dal tipo di collettore che Lei sceglie, il comfort e la durata del sistema dipendono ugualmente anche dalla qualità degli altri componenti – il serbatoio solare, l’unità di controllo, il gruppo pompa, le tubazioni e la struttura di montaggio. Proprio per questo consigliamo di considerare sempre il sistema solare come un insieme, non solo come la scelta di un singolo componente. Se prevede un’installazione fai-da-te o desidera semplicemente sapere cosa lo aspetta, visiti anche il nostro procedimento Installazione del sistema solare – passo dopo passo.

Esempi pratici

Prezzi orientativi di alcuni componenti menzionati nell'articolo.

Esempio 1: Casa unifamiliare con tetto a due falde e caldaia a gas

Una famiglia di quattro persone in una casa unifamiliare con tetto a due falde (inclinato) ricoperto con tegole, riscalda con una caldaia a gas e fino ad ora la stessa caldaia riscaldava anche l'acqua calda sanitaria in modo continuo. I proprietari hanno deciso di aggiungere un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua al fine di ridurre il consumo di gas, soprattutto nei mesi estivi, quando la caldaia funziona quasi esclusivamente per il riscaldamento dell'acqua e non per il riscaldamento degli ambienti.

Data la forma a due falde del tetto con inclinazione standard, la scelta della struttura di montaggio è stata semplice – elementi di fissaggio diretti per il ricoprimento in tegole, fissati ai travi sotto il tetto. Nella scelta del tipo di collettore, la famiglia ha optato per i collettori piani – il motivo principale era il prezzo più basso e il fatto che l'obiettivo principale fosse coprire appunto i mesi estivi, in cui i collettori piani sono sufficienti. Nell'insieme è stato aggiunto un accumulatore solare con due scambiatori (uno per il circuito solare, l'altro per l'integrazione con la caldaia a gas esistente), un'unità pompa e un'unità di controllo, che confronta la temperatura del collettore e dell'accumulatore e in base a questo attiva il circolo. La distribuzione tra i collettori sul tetto e la stanza tecnica nel seminterrato è stata realizzata con tubazioni in acciaio inox in forma di tubo corrugato, poiché il percorso passava attraverso un camino installativo esistente, dove l'isolamento aggiuntivo sul posto era facilmente realizzabile.

Esempio 2: Bungalow con tetto piano e costruzione in corso

Nella costruzione di un bungalow con tetto piano, i proprietari hanno risolto la questione del fissaggio dei collettori in modo diverso rispetto all'esempio precedente – un tetto piano richiede una struttura di montaggio con inclinazione regolabile (in questo caso fissata a 15°, in modo che il collettore possa auto-pulirsi naturalmente con la pioggia e non raccoglia acqua o sporco). Dal momento che l'investitore aveva pianificato di utilizzare la casa in modo continuo, anche nei mesi di transizione più freddi (primavera, autunno) e voleva sfruttare al massimo l'investimento anche al di fuori delle settimane più calde dell'estate, dopo aver valutato entrambe le opzioni, ha deciso per i collettori a vuoto – quindi una variante con un prezzo d'acquisto più elevato, ma con prestazioni migliori appunto in condizioni di temperature esterne più basse e di irraggiamento solare più debole.

Nella distribuzione tra tetto e stanza tecnica, l'investitore ha scelto un tubo flessibile 2in1 pre-isolato – l'argomento principale era la velocità di installazione durante la costruzione, quando il percorso attraverso il soffitto e la parete era accessibile solo per un breve periodo prima dell'isolamento e dei lavori di finitura. Grazie al fatto che il tubo è già isolato in fabbrica, l'azienda di installazione ha evitato l'isolamento aggiuntivo sul posto e ha completato l'installazione nel piano di lavoro previsto.

Domande frequenti (FAQ)

Qual è la differenza principale tra collettori piani e a vuoto?

I collettori piani hanno una superficie assorbente ricoperta da vetro temperato in un telaio isolato – sono più economici e meccanicamente più resistenti, ad esempio rispetto ai grandini. I collettori a vuoto (a tubi) hanno un'efficienza maggiore a basse temperature esterne e a bassa intensità di irraggiamento solare, ma sono più costosi e fragili.

Quale tipo di collettore è più adatto per una casa unifamiliare in Slovacchia?

Per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria nelle nostre condizioni climatiche, i collettori piani sono in genere sufficienti – combinano un prezzo più basso e una maggiore resistenza meccanica con un'efficienza sufficiente. I collettori a vuoto sono più sensati là dove è importante l'efficienza anche al di fuori dei mesi estivi.

Un sistema solare può sostituire completamente la caldaia o la pompa di calore?

No. Il sistema solare integra la fonte principale di calore, non la sostituisce in modo completo. Copre al massimo il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria in estate, mentre in inverno e con una minore intensità di irraggiamento solare rimane la caldaia o la pompa di calore la fonte principale di calore.

I collettori piani resistono ai grandini?

I collettori piani sono meccanicamente più resistenti grazie alla costruzione con vetro temperato in un telaio isolato, ad esempio appunto ai grandini, rispetto ai collettori a vuoto, i cui tubi di vetro sono più fragili.

Perché il fluido solare non entra in contatto con l'acqua che beviamo o con cui ci laviamo?

Perché l'acqua riscaldata nel serbatoio solare avviene in modo indiretto, attraverso uno scambiatore di calore. Il fluido termovettore (solare) circola separatamente, in un circuito chiuso, e non si mescola mai con l'acqua sanitaria.

Perché la pompa del sistema solare non si attiva costantemente, solo quando splende il sole?

Perché l'unità di controllo solare utilizza sensori per confrontare continuamente la temperatura del collettore e del serbatoio. La pompa del gruppo solare si attiva solo quando il collettore è più caldo del serbatoio di una differenza di temperatura preimpostata – altrimenti la pompa potrebbe raffreddare inutilmente il serbatoio.

Qual è la differenza tra tubazioni classiche e tubo flessibile 2in1?

Le tubazioni classiche in rame o in acciaio inox (ad esempio in forma di tubo corrugato) vengono isolate separatamente direttamente sul posto durante l'installazione. Il tubo flessibile 2in1 pre-isolato combina l'adito e il ritorno in un unico involucro flessibile e già isolato, riducendo il tempo di installazione, poiché non è necessario isolare in modo aggiuntivo sul tetto né nel camino.

Perché le strutture per tetti piani hanno un'inclinazione regolabile di 15° o superiore?

Il collettore fissato su un tetto piano richiede almeno un'inclinazione minima (di solito 15° o superiore), in modo che possa auto-pulirsi naturalmente con la pioggia – su una superficie completamente piatta si accumulerebbero invece sporco e acqua.

Cos'è un vaso di espansione e perché è necessario nel circuito solare?

Il vaso di espansione è una vaso di espansione che fa parte del circuito solare chiuso e pressurizzato. Compensa l'espansione volumetrica del fluido termovettore alle alte temperature che il collettore raggiunge soprattutto nei giorni soleggiati estivi.

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