Qual È L'Efficienza Di Un Pannello Solare Termico?

I Fattori Di Efficienza Di Un Collettore Solare Termico

L’efficienza di un pannello solare termico, o più precisamente di un collettore solare, rappresenta un parametro fondamentale per valutare il rendimento dell’impianto. Si definisce come il rapporto tra l’energia utile trasferita al fluido termovettore e l’energia solare incidente sulla superficie del collettore in un dato intervallo temporale. In termini pratici, misura quanto bene il collettore riesce a convertire l’irraggiamento solare in energia termica utilizzabile.

Tuttavia, questa efficienza non è una costante, ma dipende da molteplici variabili esterne e interne. Tra i principali fattori ambientali che influenzano l’efficienza troviamo:

L’irraggiamento solare: maggiore è l’intensità dell’irraggiamento, più energia è disponibile per il collettore.
La temperatura esterna: temperature basse aumentano la dispersione termica verso l’esterno, riducendo l’efficienza del sistema.
Il delta termico (ΔT): cioè la differenza tra la temperatura media del fluido termovettore e la temperatura ambiente. Più questo valore è alto, più il collettore fatica a mantenere il calore all’interno, perdendone una parte per convezione e irraggiamento.

Anche la temperatura del fluido termovettore gioca un ruolo fondamentale: se la temperatura di esercizio si avvicina troppo alla temperatura ambiente, lo scambio termico sarà poco efficace. Viceversa, se è troppo elevata, aumentano le perdite per irraggiamento e conduzione.

Infine, l’angolazione e l’orientamento del collettore rispetto al Sole, insieme alla presenza di eventuali ombreggiamenti, influiscono direttamente sull’energia solare intercettata, e quindi sull’efficienza complessiva.

L’Efficienza In Funzione Delle Caratteristiche Costruttive Del Collettore

A parità di condizioni ambientali, l’efficienza di un collettore solare termico varia sensibilmente in base alle sue caratteristiche costruttive. Ogni componente del collettore influisce in misura diversa sulle prestazioni globali. Tra gli elementi più determinanti troviamo:

Il materiale dell’assorbitore: i materiali ad alta conducibilità termica come il rame sono preferibili. Inoltre, il trattamento superficiale (vernice nera, rivestimento selettivo, ecc.) gioca un ruolo chiave nell’assorbire la radiazione solare evitando la riflessione.
La qualità del vetro di copertura: il vetro solare temperato e antiriflesso riduce le perdite per riflessione e migliora la trasmissione della luce.
La coibentazione: un buon isolante posto sul fondo e sui lati del collettore riduce le dispersioni termiche.
Il tipo di attacco tra piastra e tubi: la tecnica di saldatura, la geometria e la distribuzione dei canali influenzano direttamente la capacità di trasmettere il calore al fluido vettore.

Per consentire una valutazione oggettiva, i produttori sono tenuti a certificare le curve di efficienza secondo la norma ISO 9806. Queste curve esprimono l’efficienza in funzione del delta T e dell’irraggiamento, e permettono un confronto tra prodotti diversi.

In particolare, per i collettori piani, l’efficienza si può approssimare con un’equazione lineare:

Il primo termine è dominante, ma il secondo diventa rilevante per grandi differenze di temperatura o basse radiazioni.

Analisi Termica Delle Perdite In Un Collettore Solare Piano

Le perdite termiche rappresentano il principale ostacolo all’ottenimento di un’elevata efficienza. Nei collettori solari piani, si distinguono tre principali modalità di perdita:

Perdite per conduzione: si verificano tra la piastra assorbente e l’ambiente esterno, soprattutto attraverso il fondo e le pareti laterali. Si combattono utilizzando materiali isolanti ad alta resistenza termica, come la lana minerale o il poliuretano espanso.
Perdite per convezione: sono dovute ai moti convettivi dell’aria tra la piastra assorbente e il vetro di copertura. Una soluzione è l’utilizzo di doppi vetri o di coperture in policarbonato alveolare, che intrappolano l’aria in piccoli volumi e riducono i moti convettivi.
Perdite per irraggiamento: si riducono impiegando superfici selettive con bassissima emissività (come il rivestimento in Tinox), in grado di assorbire efficacemente la radiazione solare e ridurre l’emissione infrarossa.

I pannelli migliori sono progettati per minimizzare tutte queste perdite contemporaneamente, grazie a una combinazione di tecnologie e materiali. Ad esempio, un collettore piano vetrato ad alta efficienza può raggiungere rendimenti superiori al 70% nelle ore centrali della giornata, in condizioni ottimali.

Confronto Tra Le Curve Di Efficienza Dei Diversi Tipi Di Collettori

Non tutti i collettori sono uguali. Le loro prestazioni variano in modo significativo a seconda della tecnologia utilizzata. Si possono individuare tre grandi categorie principali:

a) Collettori non vetrati

Sono i più semplici ed economici, ma anche i meno efficienti. Non avendo una copertura trasparente, perdono facilmente calore per convezione e irraggiamento. La loro efficienza può superare anche il 90% in estate con basse temperature operative, ma cala drasticamente al crescere del delta T. Sono adatti solo per applicazioni stagionali, come il riscaldamento di piscine.

b) Collettori piani vetrati

Sono la tecnologia più diffusa nel settore residenziale. La presenza di una lastra di vetro protegge l’assorbitore e riduce le perdite convettive. La loro efficienza varia dal 40% al 75%, a seconda della qualità dei materiali e delle condizioni operative. I modelli con rivestimento selettivo offrono rendimenti nettamente superiori rispetto a quelli verniciati semplicemente di nero.

c) Collettori sottovuoto

Rappresentano la tecnologia più avanzata. Ogni tubo è isolato termicamente grazie al vuoto, che elimina le perdite per convezione e riduce drasticamente quelle per irraggiamento. Sono ideali in zone fredde o per applicazioni ad alta temperatura (oltre 80°C), come il riscaldamento degli ambienti o la produzione di acqua calda sanitaria per molte utenze. Il loro rendimento può superare il 70% anche in inverno. Tuttavia, hanno un costo superiore, maggiore ingombro e più delicatezza meccanica.

Un confronto pratico tra le curve di efficienza mostra chiaramente come i collettori sottovuoto abbiano una curva più piatta e performante su un ampio spettro di condizioni, mentre i collettori non vetrati decadono rapidamente all’aumentare del delta T.

Com’è Fatto Un Pannello Solare Termico E Come Sceglierlo

Un pannello solare termico è un dispositivo relativamente semplice, ma il suo funzionamento dipende da un equilibrio raffinato tra i vari componenti:

La copertura trasparente: solitamente una lastra di vetro temperato o una serie di tubi di vetro nel caso dei collettori sottovuoto. Questa componente lascia passare la luce solare ma impedisce al calore di uscire (effetto serra).
L’assorbitore: è il cuore del collettore. Si tratta di una piastra in metallo (rame o alluminio) sulla quale è depositato un rivestimento selettivo (come il Tinox) per massimizzare l’assorbimento e ridurre l’irraggiamento. Al suo interno scorrono i tubi dove circola il fluido termovettore.
L’isolamento: viene posizionato dietro e ai lati della piastra assorbente. Un buon isolamento (come poliuretano ad alta densità o lana minerale) è essenziale per evitare perdite.

Quando si acquista un pannello solare termico, il parametro più importante è proprio la qualità dell’assorbitore. Evitare collettori con assorbitori semplicemente verniciati di nero: sono poco performanti e non durano nel tempo. Al contrario, un assorbitore in rame con rivestimento selettivo Tinox offre le migliori prestazioni e garantisce un rendimento elevato per molti anni.

Anche il fluido termovettore (solitamente una miscela di acqua e glicole propilenico) deve essere scelto con attenzione, per evitare fenomeni di corrosione o congelamento.

Conclusioni E Valutazioni Finali Sull’Efficienza Solare Termica

L’efficienza dei pannelli solari termici è un argomento centrale nella progettazione e nell’acquisto di un impianto solare per la produzione di calore. I dati tecnici e le curve di efficienza certificati secondo le norme ISO permettono di effettuare confronti obiettivi tra tecnologie diverse e produttori.

Per applicazioni domestiche in zone temperate, un collettore piano vetrato con assorbitore selettivo rappresenta spesso il miglior compromesso tra costo ed efficienza. Tuttavia, in ambienti freddi o per esigenze ad alta temperatura, i collettori sottovuoto offrono prestazioni insuperabili, giustificando l’investimento iniziale più elevato.

Infine, va ricordato che l’efficienza teorica di un collettore non corrisponde necessariamente all’efficienza reale dell’impianto. Quest’ultima dipende anche da altri fattori come: