Collettori solari termici piani: la guida definitiva alla tecnologia, alle applicazioni e ai vantaggi

Scopri come i moderni sistemi a pannello piatto forniscono un riscaldamento efficiente per

Uso residenziale e commerciale

Nel campo dell'utilizzo del solare termico, i collettori solari termici piani hanno sempre occupato un posto di rilievo sul mercato grazie alla loro lunga storia, alla tecnologia avanzata, all'eccellente affidabilità e alle straordinarie capacità di integrazione architettonica. Si tratta di un dispositivo chiave per convertire in modo efficiente l'energia della radiazione solare in energia termica, fornendo acqua calda sanitaria, riscaldamento e persino energia termica di processo per applicazioni residenziali, commerciali e industriali. Rappresentano il "cuore" dei moderni sistemi solari termici. 

In questo articolo approfondiremo il principio di funzionamento, il nucleo tecnico, i vantaggi e le caratteristiche, nonché le ampie soluzioni applicative dei collettori piani, offrendovi una panoramica completa di questa tecnologia classica ed efficiente.

I. Struttura di base e principio di funzionamento: semplice ma non semplicistico

Un collettore piano standard è composto principalmente dai seguenti componenti principali: 

Copertura trasparente:

Solitamente si adotta un vetro temperato a basso contenuto di ferro con elevata trasmittanza luminosa. La sua funzione è quella di consentire il passaggio della massima quantità possibile di radiazione solare a onde corte, limitando al contempo la perdita di radiazione a onde lunghe causata dal calore generato dalle piastre interne assorbenti (effetto serra) e proteggendo i componenti interni dall'erosione ambientale come vento, pioggia e grandine. 

Piastra di assorbimento del calore (piastra assorbitrice):

Questa è l'"anima" del collettore. Solitamente è realizzata in materiali metallici (rame, lega di alluminio o acciaio zincato) e la sua superficie è rivestita da un rivestimento assorbente selettivo scuro. Questo rivestimento presenta un tasso di assorbimento solare estremamente elevato (α > 0,92) e un'emissività termica estremamente bassa (ε < 0,10), massimizzando così la cattura e la ritenzione del calore. 

La piastra che assorbe il calore è dotata al suo interno di canali di flusso del fluido, attraverso i quali scorre il mezzo conduttore di calore (acqua, antigelo o aria) per trasportare via il calore. 

Strato isolante

Il retro e i lati della piastra termoassorbente sono rivestiti con materiali isolanti altamente efficienti (solitamente lana di roccia o schiuma di poliuretano), utilizzati per ridurre al minimo la perdita di calore nell'ambiente circostante, garantire il trasferimento diretto del calore e migliorare l'efficienza di raccolta del calore. 

Involucro:

Un robusto telaio in lega di alluminio o acciaio inossidabile sigilla tutti i componenti sopra menzionati in un'unica unità, garantendo resistenza strutturale, prestazioni di tenuta e punti di supporto per l'installazione. 

Principio di funzionamento: la radiazione solare attraversa la piastra di copertura in vetro e viene catturata dal rivestimento selettivo della piastra termoassorbente, convertendola in energia termica. Il calore viene condotto al fluido termoconduttore nel canale di flusso, provocandone l'aumento di temperatura. Il fluido riscaldato trasferisce il calore al serbatoio di accumulo dell'acqua, che lo utilizza tramite pompaggio o circolazione naturale, mentre lo strato isolante e la piastra di copertura lavorano insieme per ridurre al minimo la dispersione di calore.

II. Vantaggi principali: perché è ancora apprezzato dopo decenni?

Struttura robusta ed eccellente durata 

La struttura a piastra integrale presenta un'elevata resistenza meccanica, in grado di resistere a condizioni meteorologiche avverse come grandine, forti venti e accumuli di neve. Non vi è alcun rischio di rottura del tubo e la sua durata può raggiungere i 20-25 anni. 

Funzionamento a pressione, prestazioni stabili 

Il canale di flusso in metallo può resistere a pressioni di sistema elevate. Se abbinato a un serbatoio d'acqua pressurizzato, fornisce una pressione idrica sufficiente, offrendo un'esperienza di bagno confortevole. Può anche essere facilmente collegato alla rete idrica domestica esistente. 

Facile da integrare, elegante e alla moda 

La forma piatta e il design modulare consentono di integrarlo perfettamente nel tetto spiovente, nelle ringhiere dei balconi o nelle facciate esterne degli edifici, ottenendo una vera integrazione edilizia (BIPV-T), conforme all'estetica architettonica moderna. 

Manutenzione semplice e funzionamento affidabile 

La superficie è liscia e piana, non soggetta ad accumulo di polvere e può essere pulita con l'acqua piovana. Non ha parti mobili, ha una struttura semplice, richiede una manutenzione giornaliera pressoché nulla e ha un tasso di guasti operativi estremamente basso. 

Eccellenti prestazioni antigelo (per sistemi di mezzi di lavoro liquidi)

Riempiendo il circuito chiuso con antigelo, è possibile un funzionamento stabile in ambienti estremamente freddi (ad esempio da -30℃ a -50℃), eliminando sostanzialmente i rischi di congelamento e screpolature.

III. Confronto con i collettori a tubi sottovuoto

Caratteristiche: Collettore a piastra piana, collettore a tubi sottovuoto

1. La struttura/durevolezza è complessivamente robusta, resistente agli urti e non presenta alcun rischio di rottura dei tubi. Realizzato in vetro, ha una probabilità molto bassa di essere rotto dalla grandine.

Presenta un'elevata efficienza prestazionale complessiva, un buon utilizzo della luce diffusa, un rapido aumento della temperatura iniziale in estate a causa del surriscaldamento e un'efficienza estremamente elevata nelle giornate invernali soleggiate.

2. Tutti i sistemi portanti pressione sono portanti pressione, mentre la maggior parte sono sistemi non portanti pressione (tipo a inserimento diretto).

3. Non richiede manutenzione ed è facile da pulire in superficie. Polvere e neve tra i tubi devono essere rimosse regolarmente.

4. L'installazione e l'estetica presentano un elevato grado di integrazione con l'edificio, ma l'aspetto è piuttosto evidente e il grado di integrazione è basso.

5. Ha prestazioni antigelo estremamente elevate (il sistema antigelo) ed è in buone condizioni (il tubo a vuoto stesso non si congela), ma la tubazione necessita di protezione

6. Scenari applicabili: balconi di grattacieli, ville, progetti commerciali, tetti residenziali a più piani in regioni fredde, case autocostruite e applicazioni economiche

IV. Principali soluzioni applicative

Acqua calda sanitaria - ACS: 

1. Appartamenti a molti piani: Adottando un sistema a parete per balcone, il collettore viene installato sulla parete esterna del balcone e il serbatoio dell'acqua pressurizzato viene posizionato all'interno, risolvendo perfettamente i problemi degli utenti dei grattacieli. 

2. Ville/abitazioni basse: è possibile installare sul tetto collettori di grandi dimensioni per soddisfare le esigenze di grandi volumi di acqua calda, riscaldamento a pavimento e persino riscaldamento della piscina.

Soluzioni aziendali e industriali 

1. Hotel, ospedali e scuole: dotare questi grandi consumatori di acqua calda di impianti centralizzati di riscaldamento solare dell'acqua per ridurre significativamente i costi operativi. 

2. Allevamento agricolo: viene utilizzato per riscaldare le serre e mantenere una temperatura costante negli stagni di acquacoltura, riducendo il consumo energetico nella produzione agricola. 

3. Preriscaldamento industriale: consente il pretrattamento del calore di processo per settori quali quello alimentare, tessile e galvanico che richiedono acqua calda a bassa temperatura.

Sistemi di combinazione solare 

In combinazione con sistemi di riscaldamento terminali come il riscaldamento a pavimento e le unità fan coil, può soddisfare in parte o addirittura completamente il fabbisogno di riscaldamento invernale degli edifici, il che rappresenta un importante percorso tecnico per raggiungere "edifici a energia quasi zero".

V. Guida alla selezione e alla progettazione

Osserva il nucleo della piastra che assorbe il calore 

Dare priorità ai tubi in rame con alette in alluminio o alle piastre termoassorbenti interamente in rame, poiché offrono le migliori prestazioni di conduzione del calore. Verificare che il processo di saldatura del nucleo della scheda sia uniforme e saldo. 

Guarda i rivestimenti selettivi 

Informarsi sui parametri di assorbimento ed emissività del rivestimento. Maggiore è il tasso di assorbimento e minore è l'emissività, migliori saranno le prestazioni (ad esempio, cromo nero, pellicola blu, ecc.). 

Guarda lo strato isolante 

Lo spessore dello strato isolante posteriore non deve essere inferiore a 40 mm e devono essere utilizzati materiali isolanti ad alta efficienza (come la lana di roccia) con un'elevata densità per garantire l'effetto di isolamento termico. 

Controllare la piastra di copertura e la guarnizione

La piastra di copertura deve essere in vetro temperato a basso contenuto di ferro e ad alta trasparenza. Il materiale della guarnizione in gomma sulla calotta deve essere di alta qualità per garantire che non vi siano perdite d'acqua o accumuli polvere durante l'uso prolungato all'aperto. 

La progettazione del sistema è la chiave 

È essenziale che il calcolo del carico termico e la progettazione del sistema siano eseguiti da professionisti per determinare ragionevolmente l'area di raccolta del calore, la capacità del serbatoio dell'acqua, la selezione della pompa e della valvola e lo schema del sistema di controllo.

Conclusione

I collettori solari piani sono una tecnologia matura che nel tempo ha dimostrato di essere affidabile, efficiente ed esteticamente gradevole. Potrebbero non essere così appariscenti come alcune nuove tecnologie, ma la loro struttura robusta, le prestazioni stabili, la capacità intrinseca di sopportare la pressione e l'eccezionale affinità architettonica ne fanno un prodotto dal fascino duraturo nel mondo odierno, dove affidabilità e soluzioni complete sono sempre più importanti. 

Che si tratti di ridurre le bollette energetiche, ridurre l'impronta di carbonio o migliorare la qualità e il comfort degli edifici, scegliere i collettori solari piani è un investimento intelligente a lungo termine. Non sono solo uno strumento per ottenere energia termica, ma anche un simbolo di uno stile di vita moderno e sostenibile.