Come funzionano i pannelli solari termici

I pannelli termici solari: cosa sono

I pannelli termici solari si caratterizzano per poter trasformare l'energia dei raggi del sole in energia termica, che viene usata per vari scopi grazie a un accumulatore termico. Ad esempio si usa per la produzione di acqua calda di processo o per scopi sanitari, per il solarcooling (il cosiddetto raffrescamento solare) e per il riscaldamento dell'unità immobiliare o dell'edificio. A differenza dei pannelli fotovoltaici, non servono a produrre energia elettrica. Chiamati anche collettori solari in ambienti tecnici, i pannelli termici solari sono stati inventati nel 1891, quando lo statunitense Clarence Kemp depositò il brevetto per elementi modulari che consentivano la produzione di acqua calda per usi sanitari utilizzando i raggi solari. Questo sistema conobbe un notevole successo grazie anche alla crisi energetica. Negli Stati Uniti si diffuse, a partire dal 1920, il sistema a circolazione naturale e risale al 1935 la costruzione del primo edificio il cui riscaldamento era completamente alimentato dai pannelli termici solari.

La composizione degli impianti termici solari

Il sistema a pannelli termici solari è composto dai pannelli veri e propri e da uno scambiatore: in quest’ultimo circola l'acqua che viene riscaldata e trasferita al serbatoio dove si accumula l'energia termica. Si può adottare un sistema a circolazione forzata oppure naturale. Al tempo stesso è possibile impiegare diverse tipologie di pannelli termici solari. Per ottenere basse temperature ( 50-90°C) si usa il collettore piano, con un assorbitore di rame: si tratta di un materiale che è un ottimo conduttore termico, che favorisce l'assorbimento del calore dei raggi solari. L'elemento metallico è coperto da una lastra di vetro, che favorisce l'arrivo dell'energia solare al rame e impedisce la dispersione delle radiazioni. Lo stesso scopo è svolto dalla parte interna da un isolante termico. L'interno dell'assorbitore in rame è attraversato da canali dove circola l'acqua destinata allo scambiatore. Nei pannelli termici vetrati ad aria nei condotti circola l'aria. Vi sono poi gli elementi scoperti o non vetrati, che non hanno la lastra superficiale di vetro e sono più economici.

I pannelli termici solari e i loro utilizzi

Il funzionamento del sistema solare termico consiste nel immagazzinare l'acqua da riscaldare all'interno di un serbatoio dotato di una serpentina, che trasferisce l'energia ottenuta dalla trasformazione dei raggi del sole evitando contaminazioni. Se l'integrazione dell'impianto è al 10%, l'acqua calda viene usata per contribuire a riscaldamento dell'edificio, mentre con un'integrazione al 80% la si utilizza per scopi sanitari. Bisogna tenere a mente che i pannelli termici possono soltanto integrare l'impianto di riscaldamento e non lo sostituiscono mai completamente: infatti l'energia solare non viene mai recepita in maniera continua a causa dell'alternanza tra ore notturne e diurne e per gli agenti atmosferici che possono coprire il sole. Di conseguenza è praticamente impossibile avere un riscaldamento alimentato soltanto dai pannelli termici, soprattutto in inverno, per ragioni pratiche.

Pannelli termici prezzi

I pannelli termici hanno prezzi variabili in base alla dimensione degli impianti, del sistema di circolazione e della tipologia utilizzata. La soluzione meno costosa prevede l'impiego di pannelli termici vetrati piani a circolazione naturale nel caso di impianti di ridotta estensione: i prezzi variano dai 400 agli 800 euro al metro quadro, compresa la messa in opera. Invece risultano più convenienti in impianti più grandi i pannelli termici a circolazione forzata, i cui costi vanno da un minimo di 800 euro a un massimo di 1100 euro al metro quadro. Ogni elemento ha dimensioni che si aggirano sui 4-5 metri quadrati se a circolazione naturale o di 8-10 metri quadrati se a circolazione forzata: di conseguenza i pannelli termici hanno prezzi che si aggirano rispettivamente sui 1600-4000 euro e 6400-11000 euro. Le cifre comprendono anche componenti e accumulo. I pannelli termici sottovuoto hanno costi superiori del 50%.

Domande frequenti

Qual è la differenza principale tra pannelli termici e pannelli fotovoltaici?

La distinzione fondamentale risiede nella forma di energia prodotta: i pannelli termici (o collettori solari) convertono la radiazione solare in calore per riscaldare acqua o fluidi, mentre i pannelli fotovoltaici generano elettricità. Non confonderli, poiché le applicazioni sono diverse. Il solare termico è ideale per produrre acqua calda sanitaria, supportare il riscaldamento ambientale o alimentare sistemi di solarcooling. A differenza del fotovoltaico, non alimenta direttamente elettrodomestici o reti elettriche, ma agisce come fonte di energia termica integrata in un circuito idraulico o aerifero.
I pannelli solari termici possono sostituire completamente la caldaia tradizionale?

No, i pannelli termici non sostituiscono mai l'impianto di riscaldamento esistente, ma lo integrano. A causa della discontinuità della radiazione solare (notti, nuvole, inverni) e delle esigenze energetiche elevate, specialmente in stagione fredda, il solo apporto solare non garantisce temperature costanti. Possono coprire fino all'80% del fabbisogno di acqua calda sanitaria, ma per il riscaldamento degli ambienti richiedono quasi sempre un integrazione con caldaie a gas, pompe di calore o biomasse per garantire comfort e continuità operativa.
Quanto costa installare un impianto a pannelli termici solari?

Il costo varia in base alla tecnologia e alle dimensioni. Per piccoli impianti a circolazione naturale, i prezzi oscillano tra 400 e 800 euro al mq, con un investimento totale indicativo di 1.600-4.000 euro. Gli impianti più grandi a circolazione forzata costano tra 800 e 1.100 euro al mq, totalizzando circa 6.400-11.000 euro. Questa cifra include generalmente i pannelli, il serbatoio di accumulo e la messa in opera. I pannelli a vuoto sono più efficienti ma costano circa il 50% in più rispetto alle soluzioni standard vetrate.
Come funziona il meccanismo di riscaldamento dell'acqua nei pannelli termici?

L'energia solare colpisce un assorbitore, spesso in rame per la sua eccellente conducibilità termica, protetto da una lastra di vetro che massimizza l'ingresso della luce e minimizza le dispersioni. Un fluido termovettore (acqua o miscela antigelo) scorre attraverso tubi collegati all'assorbitore, assorbendo il calore. Questo fluido caldo passa poi in uno scambiatore di calore posto all'interno di un serbatoio di accumulo, cedendo il suo calore all'acqua sanitaria senza mescolarsi con essa, mantenendola pulita e pronta per l'uso.