Come scegliere un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua

Il sole è in grado di coprire una grande parte dei costi per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria – specialmente da primavera ad autunno, quando splende a lungo e intensamente. Il sistema solare non è quindi una tecnologia esotica solo per case passive, ma una soluzione collaudata e facilmente disponibile che oggi praticamente ogni famiglia con un tetto adatto può ordinare e installare. La domanda quindi non si pone quasi mai come "se", ma come "esattamente come deve apparire" – quanti collettori, che tipo di bollitore, che tipo di regolazione e che tipo di tubazioni scegliere, affinché il sistema funzioni in modo affidabile e a lungo senza compromessi inutili.

Proprio la scelta dei singoli componenti è il posto in cui si commettono più frequentemente degli errori. Un bollitore sottodimensionato significa che il calore in eccesso in estate non ha dove andare, un'unità pompa sottodimensionata o male regolata significa invece che il calore dal collettore non riesce a essere trasportato abbastanza velocemente. Una cattiva scelta degli ancoraggi per i collettori può mettere a rischio la loro durata in caso di forte vento, e giunti poco costosi e non ermetici sui tubi si faranno sentire prima o poi con perdite del fluido termovettore. Questo articolo analizza quindi il sistema solare componente per componente – dal collettore sul tetto fino al completamento del circuito – in modo che Lei sappia esattamente su cosa guardare quando fa le sue scelte e cosa realisticamente aspettarsi da ciascun componente.

È importante chiarire fin dall'inizio anche cosa il sistema solare non fa. Non è una fonte di calore autonoma e autosufficiente per tutto l'anno – nei mesi invernali, quando c'è poca luce solare e la richiesta di acqua calda rimane comunque alta, il sistema solare ha sempre bisogno di una fonte di calore ausiliaria (caldaia, pompa di calore), che riscalda l'acqua alla temperatura desiderata. Esattamente come funziona questa collaborazione la spieghiamo anche in un articolo separato Riscaldamento solare come integrazione alla caldaia. In questo testo ci concentriamo invece su come costruire un sistema solare funzionale e affidabile passo dopo passo.

Cos'è un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua e cosa realisticamente ci si può aspettare

Lo schema mostra i quattro componenti fondamentali che devono funzionare insieme nel sistema solare.

Un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua, più precisamente un impianto solare termico ad acqua calda, è composto da quattro componenti fondamentali che devono funzionare come un unico insieme: collettori solari installati sul tetto (o sulla facciata, eventualmente a terra), un bollitore solare con scambiatore di calore, un'unità pompa e un'unità di controllo. I collettori riscaldano il fluido termovettore – una miscela di acqua e sostanza antigel che deve resistere al gelo in inverno e alle alte temperature in estate. Questo fluido circola in un circuito chiuso, cede il suo calore nello scambiatore del bollitore e torna indietro ai collettori per essere riscaldato nuovamente.

Tutto il processo è controllato automaticamente: quando la temperatura del collettore è superiore a quella del bollitore di un certo valore, l'unità di controllo attiva la pompa circolatrice. Quando la differenza cala (ad esempio la sera o in caso di nuvolosità), la pompa si spegne di nuovo, in modo che il calore dell'acqua già riscaldata nel bollitore non torni indietro al collettore freddo. Il sistema funziona quindi autonomamente, senza interventi dell'utente – dopo aver impostato i parametri, valuta continuamente le temperature e reagisce in base a esse.

Importante è impostare correttamente le aspettative. Un sistema solare nelle condizioni dell'Europa centrale copre tipicamente la maggior parte del fabbisogno di riscaldamento dell'acqua calda sanitaria nei mesi di aprile a settembre, contribuisce parzialmente nei mesi di transizione (marzo, ottobre) e serve soprattutto come pre-riscaldamento dell'acqua in entrata per la fonte di calore principale in inverno. Il sistema quindi integra, non sostituisce completamente la caldaia o la pompa di calore – ma comunque riesce a risparmiare una quota significativa dei costi per il riscaldamento dell'acqua durante l'anno, visto che l'estate dura abbastanza a lungo da rendere l'investimento progressivamente rimborsabile.

Collettori piani o a vuoto – cosa scegliere in Slovacchia

Confronto delle principali caratteristiche dei collettori piani e a vuoto.

La prima decisione fondamentale nella scelta di un sistema solare è il tipo di collettore. Sono disponibili sul mercato due tipi principali: collettori piani e collettori a vuoto (a tubi). Un articolo di confronto tecnico dettagliato lo troverete alla pagina Collettori piani vs. collettori a vuoto, qui riassumeremo i punti essenziali.

I collettori piani hanno una superficie assorbente coperta da vetro temperato, posizionata in un telaio isolato in alluminio. Le loro principali caratteristiche positive sono il prezzo d'acquisto più basso, l'installazione più semplice e soprattutto una maggiore resistenza meccanica – il vetro temperato resiste bene alle grandinate e agli sforzi meccanici causati da ampie escursioni termiche. Per una famiglia media che desidera coprire il riscaldamento dell'acqua calda soprattutto nei mesi primaverili e autunnali, i collettori piani sono in genere una soluzione sufficiente e economicamente più vantaggiosa nelle nostre condizioni climatiche.

I collettori a vuoto (a tubi) sono costituiti da un insieme di tubi di vetro a vuoto, in cui l'assorbitore è protetto dall'isolamento a vuoto per prevenire le perdite di calore. Grazie a questo, raggiungono un rendimento maggiore soprattutto a basse temperature esterne e a bassa intensità di irraggiamento solare – appunto nelle condizioni in cui i collettori piani perdono di più la loro potenza (giorni nuvolosi, primi mesi primaverili o ultimi mesi autunnali, aree più fredde). Questo vantaggio ha però un prezzo: i collettori a vuoto sono più costosi da acquistare e da mantenere e meccanicamente più fragili – un singolo tubo danneggiato non invalida generalmente l'intero collettore, ma la sua sostituzione richiede un intervento da parte dell'assistenza tecnica.

La raccomandazione pratica è la seguente: se l'obiettivo principale è coprire in modo più economico e affidabile il consumo estivo di acqua calda, scegliete i collettori piani. Se invece la priorità è il massimo guadagno solare anche al di fuori dei mesi estivi (ad esempio in caso di un maggiore contributo del riscaldamento solare, non solo per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria) e il budget lo permette, i collettori a vuoto riescono a soddisfare questo obiettivo meglio.

Accumulatore solare – il cuore del sistema che decide il comfort

Mentre il collettore produce il calore, l'accumulatore deve saperlo ricevere, conservare e consegnarlo al momento giusto. L'accumulatore solare si distingue da un normale scaldabagno principalmente per il fatto che ha almeno un cambio termico collegato al circuito solare – più spesso un cambio a spirale posizionato nella parte inferiore del serbatoio, dove la temperatura dell'acqua sanitaria è più bassa e quindi il guadagno solare può essere sfruttato anche con una minore intensità di irraggiamento solare. Molti accumulatori solari hanno anche un secondo cambio termico, posizionato più in alto, collegato alla caldaia o ad un'altra fonte principale di calore – che riscalda l'acqua alla temperatura desiderata quando il guadagno solare non è sufficiente.

Il principio del riscaldamento è indiretto: il fluido solare circola esclusivamente nel proprio circuito chiuso (collettore – tubazioni – cambio termico nell'accumulatore – ritorno al collettore) e non entra mai in contatto diretto con l'acqua sanitaria. Per questo motivo può contenere una miscela antifreeze senza alcun rischio di contaminazione dell'acqua che poi scorre dal rubinetto. Proprio questa circolazione separata è il motivo per cui non è possibile sostituire facilmente un accumulatore solare con un normale scaldabagno dotato di una spirale aggiuntiva – è necessaria una costruzione ben pensata con una superficie sufficiente del cambio termico e un posizionamento corretto degli alimenti.

Scegliere la dimensione corretta dell'accumulatore è una delle domande più frequenti nella progettazione del sistema – un volume troppo piccolo significa che il serbatoio si surriscalda rapidamente in un giorno soleggiato e non c'è più posto per ulteriore guadagno solare, mentre un volume troppo grande allunga il tempo necessario per riscaldare l'acqua in modo percepibile. Una guida completa per scegliere la dimensione e il tipo corretti dell'accumulatore la troverete nell'articolo Quale accumulatore solare Le serve – consigliamo di leggerlo prima di ordinare i collettori, poiché l'accumulatore è generalmente il componente più difficile da modificare in seguito all'installazione.

Unità di controllo e gruppo pompa – il cervello e il circolo del sistema

L'unità di controllo (solare) è la componente che decide quando il sistema deve funzionare. Con l'aiuto di sensori posizionati sul collettore e nell'accumulatore, confronta continuamente le due temperature. Appena la temperatura del collettore supera quella dell'accumulatore di una differenza prestabilita (tipicamente alcuni gradi Celsius), l'unità di controllo accende il circolatore del gruppo pompa e il fluido entra in movimento. Quando la differenza scende sotto una seconda soglia più bassa, la pompa si spegne – in questo modo si evita che il calore dell'accumulatore già riscaldato si disperda nuovamente verso l'esterno attraverso il collettore freddo, ad esempio durante la sera o in caso di improvviso coprimento nuvoloso.

Proprio questa logica è il motivo per cui anche un sistema solare semplice e piccolo richiede una regolazione di buona qualità e ben regolata – senza di essa la pompa funzionerebbe inutilmente (sprechi energia elettrica e stresserebbe il sistema) o, al contrario, non si attiverebbe nei momenti in cui sarebbe utile. Regolazioni come l'Euroster 813 Solar (menzionata sopra) sono quindi una componente standard anche per installazioni più piccole.

Il gruppo pompa è il componente fisico che garantisce il movimento del fluido. In un unico blocco compatto contiene generalmente il circolatore, valvole di chiusura (per il caso di interventi di assistenza, in modo da non dover svuotare l'intero circuito), termometri e manometri per monitorare i valori operativi e una valvola di sicurezza che protegge il circuito da una pressione eccessiva. L'aspetto compatto facilita notevolmente sia l'installazione che un eventuale intervento di assistenza tecnica in un secondo momento – tutti gli elementi importanti sono accessibili in un unico punto invece di essere sparsi lungo l'intero impianto.

Un confronto più dettagliato dei vari tipi di unità di controllo e gruppi pompa, incluso su cosa prestare attenzione nella scelta in base al numero di collettori e alla lunghezza dell'impianto, lo troverete nell'articolo Unità di controllo e gruppi pompa dei sistemi solari.

Tubazioni e isolamento dell'impianto – come il fluido scorre dal tetto verso il basso

Tra il collettore sul tetto e la stanza tecnica, dove si trova l'accumulatore, deve correre un impianto tubolare in grado di resistere a alte temperature e a variazioni di pressione. Nella pratica si utilizzano due soluzioni principali. La prima è il tubo in rame o in acciaio inox tradizionale, che viene saldato o collegato con giunzioni a pressione e successivamente isolato con un isolamento termico resistente ai raggi UV (nelle sezioni esterne) e alle alte temperature.

La seconda, sempre più popolare, è la tubazione flessibile pre-isolata 2 in 1 – un tubo flessibile doppio, in cui l'alimentazione e il ritorno sono condotti insieme in un unico involucro già isolato. Il grande vantaggio è la velocità di installazione: poiché la tubazione è già isolata in fabbrica, non è necessario isolare nulla in più sul tetto né nel passaggio attraverso la struttura del tetto o la canna fumaria, riducendo il tempo di installazione e il rischio di un isolamento male eseguito in punti difficili da raggiungere.

Per collegamenti brevi direttamente vicino al collettore o nella stanza tecnica si utilizza spesso il tubo in acciaio inox flessibile, cosiddetto corrugato, che resiste bene alle alte temperature del fluido solare e si può facilmente plasmare anche in spazi ristretti senza la necessità di saldatura. Un esempio è il Tubo in acciaio inox, corrugato (3,81 €) – un elemento di collegamento economico, ma importante, che in pratica si presta bene come complemento al circuito principale, non come sostituzione completa del circuito. Più lungo è il circuito e più complessa è la tratta (più curve, passaggi, dislivelli), tanto più conviene considerare la flessibile preisolata invece di assemblare il circuito da singoli tratti di tubo e isolamento in loco.

Una panoramica completa sui tipi di tubi, metodi di collegamento e errori comuni durante l'installazione del circuito si trova nell'articolo separato Tubi solari e corrugati in acciaio inox – come funzionano.

Fissaggio dei collettori – tetto inclinato, tetto piano, facciata

Indipendentemente dal tipo di collettore, serbatoio o regolazione che Lei scegli, l'intero sistema sta (letteralmente) su un fissaggio affidabile. I collettori vengono fissati con una struttura di montaggio specializzata, che si sceglie in base al tipo di tetto e del materiale di copertura. Sui tetti inclinati la struttura si adatta al tipo specifico di copertura – tegole, copertura in lamiera o copertura a onduline hanno ciascuna il proprio sistema di ganci e travi di fissaggio, che rispettano il profilo e il modo di posare la copertura.

Sui tetti piani si utilizza un altro tipo di struttura – un supporto regolabile che inclina il collettore all'angolo necessario, di norma almeno 15°. Questo angolo minimo non è casuale: con un'inclinazione inferiore, sull'area del collettore potrebbero rimanere a lungo acqua, polvere e sporco, poiché l'acqua piovana da una superficie quasi orizzontale non scorre abbastanza velocemente da poter pulire efficacemente la superficie. Un'alternativa per aree con spazio sufficiente è il fissaggio su facciata o direttamente a terra su una propria struttura portante – queste varianti si adattano bene là dove il tetto non è orientato correttamente verso il sole o dove la sua struttura non permette l'installazione.

Una regola fondamentale, che vale la pena sottolineare: la struttura di montaggio deve corrispondere esattamente alle dimensioni e ai punti di fissaggio del tipo e delle dimensioni specifici del collettore. Le strutture universali "per tutto" non esistono in pratica – una struttura che non si adatta correttamente alle dimensioni può significare un fissaggio insufficiente e un rischio di danni in caso di vento forte o carico di neve.

Un'analisi dettagliata dei singoli tipi di fissaggio, inclusi i consigli per coperture specifiche, si trova nell'articolo Fissaggio dei collettori – tetto inclinato, tetto piano, facciata.

Vaso di espansione, riempimento e pressione nel circuito solare

Il circuito solare è un sistema chiuso a pressione – come un circuito di riscaldamento tradizionale, anche lui necessita della propria vaso di espansione. Il compito del vaso di espansione è compensare la dilatazione volumetrica del fluido termico, che varia nel corso della giornata da una temperatura fredda del mattino a una alta temperatura durante il pomeriggio soleggiato e viceversa. Senza vaso di espansione, queste variazioni di volume causerebbero eccessive oscillazioni di pressione nel circuito, che metterebbero a dura prova le giunzioni, lo scambiatore e la pompa stessa.

Il riempimento e lo svuotamento d'aria del circuito solare avvengono tramite valvole di riempimento con una pompa manuale o elettrica, in modo simile al riempimento di un circuito di riscaldamento tradizionale. È importante un'accurata sfiato – le bolle d'aria nel circuito riducono l'efficacia del trasferimento di calore e, a temperature elevate, possono causare anche rumore della pompa. Il fluido solare (miscela di acqua e sostanza antigel) si degrada naturalmente nel tempo a causa del riscaldamento ripetuto a temperature elevate, quindi fa parte della manutenzione regolare anche il controllo del suo stato e, in caso di necessità, la sua sostituzione.

Proprio questa area – riempimento, pressione, sfiato e guasti comuni come la perdita di pressione o il rumore della pompa – rientra tra gli argomenti con cui i proprietari di impianti solari si rivolgono più frequentemente all'assistenza tecnica. Una panoramica completa dei procedimenti e dei guasti tipici si trova nell'articolo Assistenza, riempimento e guasti comuni degli impianti solari.

Quanto costa un impianto solare e come scegliere la combinazione giusta

Prezzi orientativi dei componenti dell'impianto solare menzionati nell'articolo.

Il prezzo di un impianto solare completo include il prezzo dei collettori, del serbatoio, dell'unità di controllo, del gruppo pompa, del circuito tubolare, della struttura di montaggio e infine dell'installazione stessa. Dai componenti menzionati in questo articolo si può ottenere un'idea approssimativa dei costi di base: una regolazione solare (ad esempio Euroster 813 Solar) costa circa 109 €, un'unità pompa (ZP2-12 ECO) circa 751 €, una flessibile preisolata per un tratto di dieci metri circa 309 € e una struttura di montaggio per tetto piano circa 117 € – a questi va aggiunto il prezzo dei collettori e del serbatoio, che costituiscono la parte più grande del budget e variano in base al numero dei collettori e alla capacità del serbatoio.

La scelta di una combinazione specifica di componenti conviene procedere nell'ordine che corrisponde alla logica del progetto: in primo luogo chiarire il consumo di acqua calda in casa e derivare da esso il volume necessario del bollitore per acqua calda sanitaria (vedi Quale serbatoio solare ha bisogno), quindi scegliere il tipo e il numero dei collettori in base alla superficie e all'orientamento del tetto disponibile (vedi Collettori solari piani vs. a vuoto), quindi completare il fissaggio in base al tetto specifico e infine scegliere la regolazione, il gruppo pompa e le tubazioni in base alla lunghezza e alla complessità del percorso. Se l'installazione non la si esegue autonomamente, ma la si commissiona a un'azienda specializzata, il procedimento esatto dei passaggi, dalla preparazione all'avvio, si trova nell'articolo Installazione del sistema solare – procedura passo dopo passo – anche se non si esegue l'installazione con le proprie mani, è utile sapere cosa deve essere incluso in una buona realizzazione, per poterla verificare.

Esempi concreti dalla pratica

Esempio 1: casa familiare con tetto a capanna e una famiglia di quattro persone. Casa familiare con tetto orientato a sud, tetto a capanna con copertura in tegole cotto, inclinazione di circa 35°. La famiglia di quattro persone ha un consumo medio giornaliero di acqua calda intorno ai 160–200 litri. Per un caso del genere è tipica la soluzione con collettori piani (più resistenti meccanicamente, economicamente vantaggiosi, sufficienti per una copertura prevalentemente estiva), un bollitore solare con due scambiatori (solare e di riscaldamento da caldaia) e una struttura di montaggio adattata esattamente a quel tipo specifico di tegole. L'unità di controllo tipo Euroster 813 Solar garantisce l'accensione automatica della pompa in base alla differenza di temperatura, il gruppo pompa tipo ZP2-12 ECO per il circolo tra tetto e stanza tecnica nel seminterrato. Poiché in questo caso la stanza tecnica si trova nel seminterrato, quindi relativamente lontano dal tetto, per il tratto verticale più lungo conviene una tubazione flessibile preisolata, che riduce il tempo di installazione e riduce il rischio di perdite di calore su una tratta lunga. Nei mesi estivi una tale composizione copre in genere la maggior parte del consumo di acqua calda senza la necessità di riscaldamento supplementare da caldaia, nei mesi intermedi in parte, in inverno serve principalmente come preriscaldamento dell'acqua fredda in entrata.

Esempio 2: baita con tetto piano e utilizzo stagionale. Baita utilizzata principalmente da primavera ad autunno, con tetto piano (senza possibilità di inclinazione) e occupazione minore, da due a tre persone durante il soggiorno. In questo caso è necessaria una struttura di montaggio con inclinazione regolabile per il tetto piano (ad esempio fino a 15°), che garantisce inoltre un'autopulizia sufficiente del collettore con la pioggia, anche senza una manutenzione regolare e annuale da parte del proprietario. Poiché si tratta di un utilizzo stagionale con funzionamento prevalentemente estivo, è proprio qui che il sistema solare si rivela più vantaggioso – la domanda di acqua calda è massima proprio nel periodo in cui anche il guadagno solare è maggiore. Un volume minore del bollitore è sufficiente in considerazione del numero ridotto di persone, un breve percorso (stanza tecnica vicina al tetto) permette l'uso di un breve tratto di tubo ondulato in acciaio inox invece di una tubazione flessibile più lunga, risparmiando una parte del budget senza perdere funzionalità.

FAQ – domande frequenti sulla scelta del sistema solare

Il sistema solare sostituisce completamente la mia caldaia o la pompa di calore?
No. Il sistema solare integra, non sostituisce in modo completo la sorgente principale di calore. Al massimo copre il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria nei mesi estivi, in inverno e in periodi di irraggiamento solare ridotto è necessario un riscaldamento supplementare da caldaia o pompa di calore.

Qual è la differenza tra collettori piani e a vuoto in termini di una casa comune?
I collettori piani sono più economici e meccanicamente più resistenti (ad esempio rispetto al granizo) e per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria sono sufficienti nelle nostre condizioni climatiche. I collettori a vuoto hanno un rendimento maggiore a basse temperature esterne e con irraggiamento ridotto, ma sono più costosi e fragili. Dettagli nell'articolo Collettori solari piani vs. a vuoto.

Perché il serbatoio solare non può essere un normale scaldabagno?
Il serbatoio solare ha in più almeno uno scambiatore di calore connesso al circuito solare, attraverso cui l'acqua si riscalda in modo indiretto – il fluido solare circola separatamente e non entra in contatto con l'acqua sanitaria. Lo scaldabagno normale non ha questa struttura.

Così l'unità di controllo decide quando accendere e spegnere la pompa circolatrice.

Come l'unità di controllo sa quando deve accendere la pompa?
Confronta la temperatura del collettore e del bollitore tramite sensori. Quando il collettore è più caldo del bollitore di una differenza prestabilita, accende la pompa circolatrice del gruppo solare. Quando la differenza cala, spegne la pompa, in modo che il calore non torni indietro al collettore freddo.

Conviene una tubazione flessibile preisolata rispetto a un tubo in rame classico?
Sì, per tratti più lunghi o complessi – la tubazione flessibile 2 in 1 ha il mandata e il ritorno in un unico involucro già isolato, quindi non è necessario isolare in più sul tetto né nel pozzo, il che riduce il tempo di installazione. Per tratti brevi di collegamento si usa spesso invece il tubo in acciaio inox (ondulato).

Deve essere inclinato il collettore sul tetto esattamente a un certo angolo?
Sul tetto a capanna il collettore segue l'inclinazione del tetto. Sul tetto piano si usa una struttura regolabile, di norma con un'inclinazione di almeno 15°, in modo che il collettore possa autopulirsi naturalmente con l'acqua piovana.

Perché il circuito solare ha bisogno di un vaso di espansione?
Il circuito solare è chiuso, a pressione e il fluido termovettore cambia il proprio volume in base alla temperatura. Il vaso di espansione compensa questa dilatazione volumetrica alle alte temperature, proteggendo così il circuito da una pressione eccessiva.

Con quale frequenza va controllato o rabboccato il sistema solare?
Il fluido solare si degrada naturalmente nel tempo a causa del riscaldamento ripetuto a temperature elevate, quindi è opportuno controllare regolarmente il suo stato e, in caso di necessità, sostituirlo, così come il controllo della pressione nel circuito. Le guasti comuni e le procedure di assistenza sono descritte nell'articolo Assistenza, rabbocco e guasti comuni dei sistemi solari.

È possibile installare un sistema solare anche in una casa che ha già un caldaia?
Sì, questa è una configurazione comune e consigliata – il sistema solare è collegato al serbatoio solare con un secondo scambiatore connesso alla caldaia esistente, che riscalda l'acqua quando il guadagno solare non è sufficiente. Per saperne di più, leggi l'articolo Riscaldamento solare come integrazione alla caldaia.

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