La tecnologia solare a tubi sottovuoto in vetro è all'avanguardia: solare termico per acqua, riscaldamento e industria.

La tecnologia dei collettori solari a tubi sottovuoto interamente in vetro continua a essere all'avanguardia.

Nel contesto della transizione energetica globale e della decarbonizzazione industriale, la tecnologia di utilizzo del solare termico sta vivendo una nuova fase di forte crescita. Tra queste, i collettori solari termici a tubi sottovuoto (collettori solari a tubi sottovuoto interamente in vetro) sono diventati la tecnologia dominante a livello globale nei settori della produzione di acqua calda sanitaria, del riscaldamento regionale e del preriscaldamento industriale, grazie alla loro eccezionale efficienza di raccolta del calore, alle eccellenti prestazioni di avviamento a basse temperature e all'elevato rapporto costo-efficacia. Questo articolo analizza in modo esaustivo il processo di industrializzazione e le prospettive di mercato dei collettori solari a tubi sottovuoto da quattro punti di vista: principio tecnico, vantaggi principali, applicazioni tipiche e tendenze future.

I. Cos'è un collettore solare termico a tubi sottovuoto: una breve analisi dei suoi principi strutturali

L'impianto solare termico con collettori a tubi sottovuoto è composto da più tubi sottovuoto indipendenti, interamente in vetro. Ciascun tubo a vuoto è costituito da uno strato interno ed esterno di vetro ad alto borosilicato, con un vuoto elevato (pressione inferiore a 10⁻² Pa) mantenuto tra i due strati. La parete esterna della camera d'aria è rivestita con un rivestimento ad assorbimento selettivo (come alluminio-azoto/alluminio), che ha un elevato tasso di assorbimento per la radiazione solare a onde corte (≥92%) e una bassa emissività per la radiazione termica a onda lunga. Dopo che la radiazione solare ha attraversato lo strato di vetro esterno, viene assorbita dal rivestimento del tubo interno e convertita in energia termica, che riscalda l'acqua o il mezzo termoconduttore all'interno del tubo. Grazie alla significativa soppressione delle perdite di calore convettive e conduttive da parte dello strato sottovuoto, anche in regioni estremamente fredde con temperature inferiori a -30°C, il collettore solare a tubi sottovuoto interamente in vetro può ancora funzionare efficacemente e produrre calore utilizzabile. 

Rispetto ai tradizionali collettori a pannello piano, i collettori solari termici a tubi sottovuoto presentano una notevole adattabilità a tutte le condizioni atmosferiche: in ambienti nuvolosi, nebbiosi e a basse temperature, la loro efficienza di raccolta del calore è molto superiore a quella dei pannelli piani. Allo stesso tempo, la struttura circolare del tubo sottovuoto consente di mantenere una buona area di raccolta della luce efficace a diverse angolazioni di elevazione solare durante tutto il giorno.

II. Vantaggi principali: perché i collettori a valvole termoioniche rimangono dominanti sul mercato

1. Raccolta del calore ad alta efficienza e avviamento a bassa temperatura

Lo strato isolante sottovuoto del collettore a tubi sottovuoto determina un coefficiente di dispersione termica estremamente basso (il valore U può essere pari a 0,6 - 0,8 W/(m²·K)). Ciò significa che, in condizioni invernali rigide o in presenza di scarsa irradiazione solare nelle prime ore del mattino, il collettore può riscaldarsi rapidamente e avviare il processo di circolazione, producendo acqua calda nel più breve tempo possibile. Questo è particolarmente importante per gli impianti di riscaldamento solare.

2. Resistenza al gelo e adattabilità climatica

Grazie al piccolo diametro interno dei tubi sottovuoto in vetro (tipicamente 47 mm o 58 mm) e allo strato di vuoto che isola dalle basse temperature esterne, anche se la temperatura ambiente scende a -30 °C, l'acqua all'interno dei tubi non si congela facilmente e non si rompe. In combinazione con un fluido antigelo o un sistema di drenaggio di ritorno, il collettore solare a tubi sottovuoto interamente in vetro può funzionare in sicurezza ad alte latitudini, ad alta quota e in regioni estremamente fredde.

3. Installazione modulare ed elevata convenienza economica

Il collettore a tubi sottovuoto adotta un design modulare standard. Un singolo modulo può essere composto da 10 a 50 tubi sottovuoto e può essere installato in modo flessibile in loco. Che si tratti di un piccolo impianto domestico (1-3 metri quadrati) o di un progetto di collettori solari termici su larga scala (migliaia di metri quadrati), è possibile realizzare qualsiasi tipo di impianto combinando più moduli. Allo stesso tempo, la tecnologia nazionale dei tubi sottovuoto è matura e il costo è nettamente inferiore rispetto ai tubi sottovuoto sigillati in metallo-vetro importati o ai collettori a piastra piana ad alta efficienza, rendendo il collettore solare termico a tubi sottovuoto altamente competitivo per progetti con investimenti iniziali limitati.

4. Manutenzione semplice e sostituzione del singolo tubo

Se un tubo a vuoto viene danneggiato da una forza esterna, è sufficiente sostituirlo singolarmente senza dover svuotare l'intero sistema. Questa caratteristica riduce i costi di esercizio e manutenzione a lungo termine.

III. Scenari applicativi tipici: dall'acqua calda sanitaria al riscaldamento industriale

1. Sistemi solari per la produzione di acqua calda sanitaria in ambito residenziale e commerciale.

Il collettore solare a tubi sottovuoto interamente in vetro è la soluzione solare per la produzione di acqua calda più diffusa in aree rurali, città, hotel, scuole, ospedali e altri edifici pubblici in tutto il mondo. Un sistema di riscaldamento dell'acqua a tubi sottovuoto di 2 metri quadrati può soddisfare il fabbisogno giornaliero di acqua calda per 4-6 persone. I grandi hotel utilizzano decine di impianti di collettori a tubi sottovuoto, fornendo decine di tonnellate di acqua calda al giorno, con costi di esercizio pressoché nulli.

2. Teleriscaldamento e accumulo termico stagionale basati sull'energia solare

Nelle città pilota per il riscaldamento pulito nel Nord Europa e nella Cina settentrionale, i sistemi solari termici a collettori a tubi sottovuoto sono combinati con grandi serbatoi di accumulo d'acqua o impianti di accumulo termico sotterranei per formare sistemi di teleriscaldamento a energia solare. In diversi progetti in Danimarca e Germania, sono state utilizzate decine di migliaia di tubi sottovuoto per formare un campo di raccolta del calore. Il calore in eccesso viene immagazzinato in estate e rilasciato in inverno, coprendo dal 10% al 30% del fabbisogno di riscaldamento delle aree urbane.

3. Preriscaldamento dei processi industriali

Le industrie tessili, alimentari e chimiche richiedono grandi quantità di acqua calda a 60-90 °C o vapore a bassa pressione. I collettori solari a tubi sottovuoto interamente in vetro possono fungere da "preriscaldamento a risparmio energetico" per l'acqua di alimentazione della caldaia, portando la temperatura dell'acqua in ingresso dalla temperatura ambiente a 40-60 °C e riducendo così il consumo di combustibili fossili. Un'azienda di tintura nello Shandong, in Cina, ha installato 5.000 collettori a tubi sottovuoto, risparmiando circa 150.000 metri cubi di gas naturale all'anno.

4. Essiccazione e desalinizzazione agricola

Il sistema solare termico ad aria, combinato con collettori a tubi sottovuoto, può fornire una fonte di calore per l'essiccazione; nelle zone costiere o insulari prive di elettricità, è stato inoltre dimostrato e applicato un dispositivo di desalinizzazione dell'acqua di mare a distillazione multi-effetto, azionato da collettori a tubi sottovuoto.

IV. Iterazione tecnologica e prospettive di mercato

Negli ultimi anni, le innovazioni tecnologiche nel campo dei collettori solari termici a tubi sottovuoto si sono concentrate sui seguenti aspetti: l'efficienza di conversione della luce in calore del rivestimento ad assorbimento selettivo sul tubo interno è stata aumentata a oltre il 96%; sono stati introdotti tubi a U e tubi sottovuoto a tubo di calore, adatti a sistemi in pressione; è stato realizzato un sistema multi-energetico complementare con pompe di calore, impianti fotovoltaici e caldaie a gas.

Secondo il progetto IEA SHC (International Energy Agency Solar Heating and Cooling Project), la superficie totale di collettori solari in funzione in tutto il mondo ha superato i 750 milioni di metri quadrati entro il 2025. Di questi, i collettori a tubi sottovuoto rappresentano oltre il 65%, e nel mercato cinese la percentuale supera addirittura l'85%. Con l'attuazione del "14° Piano quinquennale" per il riscaldamento da fonti rinnovabili e l'avanzamento del piano "REPowerEU" dell'UE, il tasso di penetrazione dei collettori solari a tubi sottovuoto interamente in vetro negli interventi di riqualificazione energetica degli edifici esistenti e nella sostituzione dei sistemi di riscaldamento ecologici industriali continuerà ad aumentare.

V. Suggerimenti per l'acquisto

Per gli installatori di impianti o gli utenti finali che intendono acquistare sistemi solari termici a tubi sottovuoto, si raccomanda di prestare attenzione ai seguenti indicatori: specifiche dei tubi sottovuoto (attualmente lo standard è di 58/1800 mm), tasso di assorbimento ed emissività del rivestimento, durata del vuoto (i prodotti di alta qualità possono durare più di 15 anni), materiale del telaio del modulo (lega di alluminio o acciaio inossidabile) e presenza di certificazioni internazionali come Solar Keymark e CE.