Come funziona un serbatoio solare

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Come funziona il serbatoio solare: il principio che collega il sole al boiler

Il sole è in grado di riscaldare l'acqua gratis – il problema è solo che brilla quando vuole lui, e non quando abbiamo bisogno di acqua calda per la doccia, per lavare i piatti o per il bagno dei bambini. Proprio questa discrepanza tra l'offerta di energia solare e la reale richiesta di acqua calda viene risolta dal serbatoio solare – un particolare serbatoio per acqua calda, costruito appositamente, che combina in sé due fonti di riscaldamento indipendenti. Una è il circuito solare connesso ai pannelli sul tetto, l'altra è una fonte di riscaldamento tradizionale, più spesso una caldaia o un elemento elettrico di riscaldamento.

Il risultato è un sistema che funziona in modo affidabile in ogni condizione meteorologica, tutto l'anno. Quando splende il sole, la maggior parte o addirittura tutta la richiesta di acqua calda viene coperta gratuitamente dal circuito solare. Quando il sole non splende abbastanza – in un giorno nuvoloso, di notte o in inverno – il serbatoio si riscalda automaticamente con la seconda fonte, in modo che la casa non rimanga mai senza acqua calda. Questo articolo spiega esattamente come funziona internamente il serbatoio solare, perché ha due scambiatori di calore, come si modifica il suo comportamento nel corso dell'anno, che volume scegliere e come può essere combinato con diversi tipi di riscaldamento. Alla fine troverete anche due esempi concreti e le risposte alle domande più frequenti.

Se state valutando in generale la scelta del serbatoio, vi consigliamo di leggere prima anche la panoramica di base Come scegliere un serbatoio per acqua calda – questo articolo si concentra specificatamente sulla versione solare e si basa su di esso.

Due scambiatori, due fonti di calore – il cuore del serbatoio solare

La differenza fondamentale tra un normale serbatoio di accumulo e un serbatoio solare è che quest'ultimo ha all'interno di norma due scambiatori di calore separati, disposti uno sopra l'altro. Non è una soluzione casuale – è una conseguenza di come si differenzia fisicamente il calore dai pannelli solari da quello proveniente dalla caldaia, e di come l'acqua in movimento nel serbatoio stratifica naturalmente la temperatura, dal freddo in fondo al caldo in cima.

Lo scambiatore inferiore: il raccoglitore dell'energia solare

Nella parte inferiore, la più fredda del serbatoio, è posizionato il primo, scambiatore inferiore, collegato con tubi al circuito solare sul tetto. Questa posizione non è casuale – l'acqua fredda scende sempre in fondo, quindi è proprio lì che la differenza di temperatura rispetto al fluido termovettore del circuito solare è la più grande e il trasferimento di calore il più efficiente. Il circuito solare inoltre lavora con temperature molto più basse rispetto, ad esempio, all'uscita di una caldaia a gas – anche una giornata leggermente nuvolosa o una mattina presto è in grado di riscaldare il fluido del pannello solare a una temperatura sufficiente per trasferire calore all'acqua fredda in fondo al serbatoio.

Per questo motivo, lo scambiatore solare inferiore ha di norma una superficie termica più estesa rispetto a uno scambiatore tradizionale connesso alla caldaia – la grande superficie compensa la temperatura più bassa del fluido termovettore e permette un'efficiente raccolta dell'energia solare anche quando l'irraggiamento non è al massimo. Grazie a questo, il sistema solare "raccoglie" energia praticamente in ogni condizione meteorologica, quando i pannelli ricevono almeno un po' di luce – non solo in un pomeriggio estivo limpido, ma anche parzialmente attraverso il cielo nuvoloso o in primavera e in autunno.

Lo scambiatore superiore o l'elemento elettrico: la garanzia quando il sole non basta

Nella parte superiore del serbatoio, dove si mantiene in funzione l'acqua più calda pronta per l'uso immediato, si trova la seconda fonte di calore – o un altro scambiatore connesso alla caldaia (a gas, pompa di calore, eventualmente un'altra fonte di riscaldamento centralizzato), o un elemento elettrico di riscaldamento integrato direttamente nella parete del serbatoio. Il compito di questa seconda fonte è semplice, ma fondamentale: garantire che l'acqua nella parte superiore, destinata all'uso, non scenda mai al di sotto di una temperatura sicura e confortevole, indipendentemente da quanta (o quanto poca) energia il sole ha fornito in quel giorno.

Questo riscaldamento supplementare si attiva automaticamente, controllato da un termostato o da una regolazione del serbatoio – se il circuito solare non riesce da solo a mantenere la temperatura impostata, la caldaia o l'elemento elettrico coprono la differenza mancante. Un ruolo altrettanto importante ha questa funzione di riscaldamento periodico anche da un punto di vista igienico: l'aumento periodico della temperatura dell'acqua a un valore più alto (di norma almeno una volta al mese sopra i 60 °C) è una misura raccomandata comunemente per prevenire la proliferazione della batteria legionella nel serbatoio, e proprio la seconda fonte di riscaldamento garantisce questa funzione in modo affidabile anche quando l'energia solare da sola non sarebbe sufficiente per raggiungere tale temperatura.

Grazie a questa coppia di scambiatori, il serbatoio solare non è mai "dipendente dal tempo" nel senso negativo del termine – funziona in modo affidabile anche senza un solo raggio di sole, con la differenza che in quel caso l'intero carico del riscaldamento si sposta sulla seconda fonte e il consumo di gas o elettricità per riscaldare l'acqua aumenta temporaneamente. Il sistema combina quindi il meglio di entrambi i mondi: quando c'è il sole, risparmia; quando non c'è, funziona come un normale serbatoio affidabile.

Come si comporta il serbatoio solare nel corso dell'anno

Uno dei vantaggi che le famiglie con un serbatoio solare apprezzano di più è come si modifica visibilmente il suo comportamento e, in particolare, il consumo del riscaldamento supplementare tra estate e inverno. Non è un sistema con una potenza costante – la sua caratteristica principale è proprio quella di adattarsi dinamicamente alla disponibilità attuale dell'energia solare.

Estate: quando il sole fa quasi tutta la fatica

Nel corso dei mesi estivi, quando c'è in abbondanza l'irraggiamento solare e i giorni sono lunghi, il circuito solare è in grado di coprire una grande parte o addirittura l'intera richiesta giornaliera di acqua calda della famiglia senza che debba nemmeno attivarsi la seconda fonte di riscaldamento. È proprio questo periodo in cui il serbatoio solare apporta il risparmio più reale – la caldaia può rimanere praticamente spenta per settimane intere, attivandosi solo occasionalmente, quando ci sono diversi giorni nuvolosi consecutivi o quando il consumo è eccezionalmente alto (ad esempio durante le visite, quando si fanno bagni consecutivi a diversi bambini e così via).

Nel corso di questo periodo, il grande volume del serbatoio gioca un ruolo importante – l'energia solare viene accumulata durante il giorno, quando i pannelli funzionano al meglio, e immagazzinata sotto forma di acqua calda nel serbatoio per un uso successivo, ad esempio la sera, quando il sole non splende più, ma la famiglia si fa la doccia dopo un programma intero della giornata. Il serbatoio funziona quindi anche come una "batteria" di calore – non produce energia continuamente al momento del consumo, ma la accumula durante il giorno e la rilascia in base alle esigenze.

Inverno e periodo di transizione: il riscaldamento prende in carico

Nell'inverno c'è molto meno irraggiamento solare e con intensità ridotta – giorni più brevi, sole basso sull'orizzonte, tempo spesso nuvoloso. Il circuito solare in questo periodo contribuisce comunque al riscaldamento (in particolare preriscalda l'acqua fredda in entrata nella parte inferiore del serbatoio, riducendo così la quantità di energia che deve fornire la seconda fonte), ma la sua quota nel riscaldamento complessivo cala sensibilmente. Il carico principale lo prende la fonte di riscaldamento ausiliario – caldaia o resistenza elettrica – che in inverno lavora in modo molto più intenso e frequente rispetto all'estate.

Questo è un comportamento del tutto normale ed atteso, non un malfunzionamento del sistema. È importante comprendere che anche in inverno il circuito solare non è "inutile" – anche il riscaldamento parziale dell'acqua fredda che entra nel serbatoio significa meno energia che la caldaia deve fornire per raggiungere la temperatura desiderata. La reale economia energetica nei mesi invernali è quindi minore rispetto all'estate, ma esiste comunque. Il contributo più evidente si ha nei periodi di transizione – primavera e autunno – quando c'è già (o ancora) abbastanza irraggiamento solare per alleggerire in modo significativo il riscaldamento ausiliario, ma non abbastanza da sostituire completamente la seconda fonte.

Quale volume scegliere per il sistema solare

Il volume del serbatoio solare si sceglie generalmente più grande rispetto a quello di un normale serbatoio ad accumulo non solare per la stessa famiglia. Il motivo è logico e deriva direttamente dal funzionamento del sistema solare: il serbatoio deve disporre di abbastanza spazio per accumulare l'energia solare raccolta durante le ore di sole della giornata, in modo da poterla utilizzare in seguito, quando il sole non brilla più, ma la famiglia ha bisogno di acqua calda la sera o la mattina.

Se il serbatoio solare fosse troppo piccolo, i collettori lo avrebbero già riscaldato alla temperatura massima già nelle prime ore della mattina e per il resto della giornata il loro potenziale resterebbe inutilizzato – l'energia solare semplicemente "sprecata", perché non avrebbe dove andare. Un volume maggiore invece permette al serbatoio di "caricare" il calore gradualmente durante l'intera giornata soleggiata e al contempo di disporre di una sufficiente riserva d'acqua calda anche per le ore di picco del consumo serale o mattutino, quando il sole non brilla più.

Ad esempio orientativo può servire il Bosch WS 290-5 EP1 C – un serbatoio solare con volume di 290 litri e due scambiatori di calore, quindi decisamente più grande di quanto si consiglia comunemente per un serbatoio ad accumulo non solare per una famiglia simile senza sistema solare. Il volume esattamente consigliato dipende sempre dal numero di componenti della famiglia, dalle dimensioni e dall'orientamento dei collettori solari e da quanto elevato debba essere il contributo del sistema al consumo complessivo – più elevato deve essere il "contributo solare" al consumo annuo complessivo, tanto maggiore si sceglie in genere il volume del serbatoio. Il dettagliato procedimento di calcolo del volume in base al numero di persone e al tipo di utilizzo lo trova nell'articolo separato Quale volume di serbatoio Le serve.

A titolo di confronto, se la famiglia non ha né prevede i pannelli solari, basta un normale serbatoio ad accumulo non solare senza scambiatore solare, ad esempio il Bosch WST 200-5 C con volume di 200 litri – ha un solo scambiatore connesso alla caldaia e in genere è più piccolo, perché non necessita di spazio per l'accumulo dell'energia solare in eccesso.

Combinazione con diverse fonti di riscaldamento ausiliario

Il serbatoio solare non è un sistema chiuso e autonomo – la sua seconda, fonte di riscaldamento ausiliario può essere adattata a ciò che la famiglia ha già o prevede. Si incontrano comunemente due varianti.

Caldaia a gas o altra caldaia come seconda fonte

La combinazione più comune nelle case unifamiliari è un serbatoio solare connesso con uno scambiatore ai pannelli solari e con un secondo (superiore) scambiatore alla caldaia a condensazione esistente o nuova del riscaldamento centrale. La caldaia in questa configurazione funziona come fonte di "riserva" – in estate quasi non interviene, in inverno e nel periodo di transizione prende in carico la maggior parte del riscaldamento. Questa combinazione è tipica soprattutto là dove la casa ha anche un riscaldamento a radiatori o a pavimento e la caldaia funziona per tutto l'anno, quindi il suo utilizzo anche per il riscaldamento dell'acqua nel serbatoio solare non comporta alcun costo aggiuntivo per un'altra fonte di calore.

Un esempio di serbatoio adatto per la connessione alla caldaia (sebbene senza scambiatore solare, quindi a titolo di confronto con la variante puramente a caldaia) è la serie Buderus Logalux, ad esempio il Buderus Logalux SU 160/5W – questo tipo di serbatoio in versione solare si produce comunemente anche con un secondo, inferiore scambiatore solare per la connessione ai pannelli, dove il principio dei due scambiatori descritto sopra in questo articolo è valido in modo identico per tutte le marche.

Resistenza elettrica come seconda fonte

Là dove la casa non ha una caldaia a gas o dove l'acqua calda deve essere riscaldata in modo indipendente dalla fonte di riscaldamento (ad esempio fuori dalla stagione di riscaldamento, quando la caldaia è completamente spenta), si utilizza come seconda fonte una resistenza elettrica integrata direttamente nel serbatoio. La resistenza elettrica ha il vantaggio di essere indipendente da qualsiasi altro sistema nella casa – funziona autonomamente, si collega alla rete elettrica normale e si controlla con un proprio termostato.

Questo tipo di combinazione è tipica soprattutto per case di villeggiatura, edifici ricreativi o abitazioni dove il proprietario non vuole tenere acceso il boiler solo per il riscaldamento occasionale dell'acqua calda. Lo svantaggio è il costo più elevato dell'energia elettrica rispetto al gas con la stessa quantità di calore fornito, un aspetto importante da considerare soprattutto nei mesi invernali, quando l'elemento elettrico funziona più intensamente. Per saperne di più sulle differenze tra i vari tipi di riscaldamento, visiti l'articolo Indiretto vs. boiler elettrico.

Indipendentemente dalla combinazione scelta, è importante che il corretto collegamento del serbatoio solare al sistema di riscaldamento esistente preveda anche un'adeguata connessione idraulica, pompe di circolazione, regolazione e componenti di sicurezza del circuito solare (ad esempio, un vaso di espansione del circuito solare resistente alle alte temperature). Per ulteriori informazioni sull'installazione e il collegamento, visiti l'articolo dedicato Installazione e collegamento del serbatoio alla caldaia.

Esempi reali dalla pratica

Scenario 1: Casa familiare con pannelli solari sul tetto

Immaginiamo uno scenario standard per una famiglia di quattro persone che vive in una casa unifamiliare con tetto a due falde orientato a sud, dotato di due o tre pannelli solari piani installati. La casa è dotata di una caldaia a condensazione a gas che fornisce il riscaldamento centralizzato e il riscaldamento dell'acqua calda in un serbatoio solare da circa 300 litri, collegato ai pannelli tramite uno scambiatore inferiore.

Negli mesi estivi, da circa maggio a settembre, i pannelli forniscono abbastanza calore da rendere quasi inutile l'uso della caldaia per il riscaldamento dell'acqua – la famiglia ha acqua calda per la doccia, il lavaggio dei piatti e il bagno dei bambini quasi esclusivamente grazie al sole, con l'eccezione di alcuni giorni consecutivi di cielo coperto, in cui la caldaia si accende brevemente per colmare la mancanza. In questo periodo, la famiglia percepisce chiaramente un risparmio sui costi del gas, poiché la caldaia funziona solo per il riscaldamento degli ambienti (e quasi mai fuori stagione).

Nel corso dell'inverno la situazione cambia – giorni più brevi e il sole basso significano che i pannelli forniscono solo una parte dell'energia necessaria, soprattutto per il preriscaldamento dell'acqua fredda in entrata. Il carico principale del riscaldamento in questo periodo spetta alla caldaia, che funziona regolarmente, come farebbe anche con un serbatoio non solare. La famiglia si rende quindi effettivamente conto delle variazioni stagionali – estate con consumo minimo di gas per l'acqua calda, inverno con consumo normale paragonabile a una casa senza sistema solare, e primavera/autunno da qualche parte in mezzo.

Scenario 2: Casa di villeggiatura con fonte di riscaldamento limitata

Un secondo esempio tipico è una casa di villeggiatura utilizzata principalmente da primavera ad autunno, dove il proprietario non vuole gestire l'operatività di una caldaia a gas solo per l'acqua calda. Sul tetto della casa sono installati uno o due pannelli solari più piccoli, collegati a un serbatoio solare con un elemento elettrico di riscaldamento al posto dello scambiatore collegato alla caldaia.

In questo caso, durante i fine settimana estivi e i periodi di vacanza, i pannelli coprono quasi tutta la richiesta di acqua calda – il proprietario arriva alla casa di villeggiatura il venerdì sera e grazie al calore accumulato durante il giorno ha acqua calda quasi immediatamente, senza dover accendere l'elemento elettrico. L'elemento elettrico funge piuttosto da supporto supplementare in caso di brutto tempo prolungato o di soggiorni fuori stagione a primavera o autunno, quando l'irraggiamento solare è minore. Grazie a questa configurazione, il proprietario non deve gestire alcuna seconda fonte di riscaldamento – la rete elettrica, già presente in casa, svolge pienamente il ruolo della caldaia.

Prodotti consigliati

Nella tabella seguente è riportato un elenco dei serbatoi specifici menzionati in questo articolo – un serbatoio solare con due scambiatori, il suo confronto con un serbatoio tradizionale non solare senza scambiatore solare e un ulteriore modello rappresentativo adatto per essere combinato con una caldaia.

Prodotto	Descrizione	Prezzo
Bosch WS 290-5 EP1 C	Serbatoio solare, 290 l, 2 scambiatori di calore (inferiore solare + superiore per il riscaldamento)	1 175,00 €
Bosch WST 200-5 C	Serbatoio non solare senza scambiatore solare, 200 l – per il confronto con una soluzione tradizionale senza pannelli solari	1 227,54 €
Buderus Logalux SU 160/5W	Serbatoio della serie Logalux, 160 l, adatto per essere combinato con una caldaia per il riscaldamento centralizzato	1 085,08 €

Nella scelta di un modello specifico, consigliamo sempre di verificare che il serbatoio abbia effettivamente un secondo (solare) scambiatore – alcuni modelli della stessa serie vengono prodotti anche in una versione esclusivamente non solare senza collegamento solare, come ad esempio il modello Bosch WST 200-5 C nella tabella sopra, che funge piuttosto da esempio di confronto per una soluzione tradizionale senza pannelli solari.

Domande frequenti (FAQ)

Funziona il serbatoio solare anche senza sole, ad esempio di notte o in un giorno nuvoloso?

Sì. Proprio per questo motivo il serbatoio solare ha anche una seconda fonte di riscaldamento – una caldaia o un elemento elettrico. Quando il circuito solare non fornisce abbastanza calore, il sistema riscalda automaticamente l'acqua con la seconda fonte, in modo che la famiglia abbia sempre acqua calda disponibile, solo con un consumo energetico maggiore per il riscaldamento supplementare.

Perché il serbatoio solare ha due scambiatori e non uno solo?

Perché il circuito solare e la sorgente tradizionale (caldaia) lavorano a temperature diverse e hanno funzioni diverse. Lo scambiatore inferiore collegato ai collettori ha una superficie maggiore ed è posizionato nella parte più fredda del serbatoio, in modo da raccogliere efficacemente anche l'irraggiamento solare più leggero. Lo scambiatore superiore o l'elemento elettrico riscaldano la parte superiore, destinata al prelievo, fino alla temperatura necessaria per il comfort e la sicurezza igienica.

Conviene installare un serbatoio solare anche senza la prevista sostituzione della caldaia?

Sì, il serbatoio solare può essere collegato alla caldaia esistente – non è necessario modificare anche la sorgente di riscaldamento centralizzato. La caldaia semplicemente assume il ruolo di riscaldamento supplementare tramite lo scambiatore superiore esattamente come riscalderebbe anche un serbatoio non solare, solo con una frequenza di accensione inferiore grazie al contributo del sole.

Qual è la capacità necessaria del serbatoio solare per una famiglia media?

La capacità dipende sempre dal numero di persone in casa, dalle dimensioni e dall'orientamento dei collettori solari e da quale percentuale del consumo deve coprire il sistema solare. In generale, il serbatoio solare è più grande di un serbatoio tradizionale per la stessa famiglia, perché necessita di spazio in più per accumulare l'energia solare per un utilizzo futuro. Il procedimento esatto per calcolare la capacità lo trova nell'articolo "Qual è la capacità del serbatoio necessaria?"

È più costosa da utilizzare l'elemento elettrico nel serbatoio solare rispetto alla caldaia?

Nella maggior parte dei casi sì, perché il costo dell'energia elettrica per unità di calore fornito è generalmente più alto rispetto al gas. L'elemento elettrico è però adatto soprattutto là dove la famiglia non ha a disposizione un'altra sorgente adatta (ad esempio case di villeggiatura o edifici senza caldaia a gas) – in questo caso sostituisce l'intero sistema di riscaldamento supplementare senza dover investire in una caldaia.

Con quale frequenza è necessario riscaldare il serbatoio a una temperatura più alta per motivi igienici?

Un aumento regolare e breve della temperatura dell'acqua nel serbatoio a un livello più alto è un'azione preventiva raccomandata per prevenire la proliferazione della batteria legionella, soprattutto nella parte superiore, destinata al prelievo. Questa funzione è garantita appunto dal secondo sistema di riscaldamento supplementare (caldaia o elemento elettrico), poiché il circuito solare da solo non raggiunge sempre la temperatura necessaria.

È possibile utilizzare il serbatoio solare anche per il riscaldamento degli ambienti, non solo per l'acqua calda?

I serbatoi solari comuni descritti in questo articolo sono principalmente destinati alla produzione di acqua calda sanitaria. Esistono anche serbatoi combinati (cosiddetti serbatoi combinati o bivalenti) adatti anche a supportare il riscaldamento degli ambienti, ma questi hanno una costruzione diversa con ulteriori scambiatori e vanno oltre l'ambito di questo articolo – in caso di interesse per tali soluzioni, consigliamo di consultare il nostro team vendite.

Come si mantiene il serbatoio solare e cosa va controllato regolarmente?

Il serbatoio solare richiede una manutenzione regolare simile a quella di un serbatoio tradizionale – controllo della protezione catodica contro la corrosione, eventuale decalcificazione degli scambiatori e controllo dell'ermeticità delle connessioni. Il circuito solare richiede inoltre controlli occasionali della pressione e dello stato del fluido termovettore nei collettori solari. Per ulteriori dettagli si veda l'articolo "Assistenza tecnica, manutenzione e protezione catodica del serbatoio".

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