Come Funzionano Gli Impianti Solari Termici Con Tubi Sottovuoto?

1. Struttura E Funzionamento Dei Tubi Sottovuoto Solari Termici

Quando si parla di energia solare termica, una delle soluzioni più performanti attualmente disponibili sul mercato è rappresentata dai tubi sottovuoto, una tecnologia che ha rivoluzionato l’approccio alla captazione e al trasferimento dell’energia solare. Nati originariamente in Cina, questi dispositivi si sono rapidamente affermati anche in Europa grazie alle loro elevate prestazioni e alla crescente attenzione verso soluzioni ad alta efficienza energetica. I tubi sottovuoto non vanno confusi con i pannelli fotovoltaici: se questi ultimi trasformano la luce del Sole in elettricità, i collettori solari termici si occupano di raccogliere calore solare per utilizzarlo, tipicamente, per la produzione di acqua calda sanitaria, riscaldamento degli ambienti, o anche in ambito industriale.

La struttura dei tubi sottovuoto è molto particolare e punta tutto sull’isolamento termico. Essi sono costituiti da due tubi di vetro concentrici, l’uno inserito dentro l’altro, fra i quali viene rarefatta l’aria fino a ottenere un vero e proprio vuoto parziale. Questa condizione permette di azzerare praticamente le perdite di calore per convezione, trattenendo quindi il calore all’interno del sistema con altissima efficienza.

All’interno del tubo interno viene inserita una superficie captante, ovvero un sottile strato di materiale selettivo che ha la funzione di assorbire il più possibile la radiazione solare trasformandola in calore, minimizzando al contempo la propria emissività. Generalmente si utilizza un rivestimento formato da composti azotati su un film di alluminio, altamente selettivo, in grado di comportarsi come una superficie captante di nuova generazione. Questo strato viene applicato all’interno del tubo interno, che si trova nella zona sottovuoto, proprio per garantire la massima efficienza nel processo di assorbimento solare.

Il fluido termovettore – generalmente una miscela di acqua e glicole – circola all’interno di un elemento assorbitore (spesso in rame, per le sue eccellenti proprietà di conduzione termica), assorbendo il calore che verrà poi trasferito verso il serbatoio di accumulo o direttamente all’utenza. In configurazioni più semplici, come quelle ad accumulo integrato, il fluido circola direttamente all’interno del tubo. In impianti più complessi, invece, il calore viene ceduto a un circuito secondario tramite uno scambiatore di calore.

Questa architettura rende i tubi sottovuoto particolarmente efficaci nei mesi freddi o in giornate poco soleggiate, dove le dispersioni termiche diventano un fattore critico per l’efficienza complessiva dell’impianto. Il vuoto, infatti, agisce come un eccellente isolante, riducendo in maniera significativa il flusso termico verso l’esterno.

 

2. Altre Configurazioni Di Collettori Solari Termici Sottovuoto

Nel panorama tecnologico attuale, i collettori solari termici a tubi sottovuoto sono disponibili in varie configurazioni, che si differenziano in base alla modalità di scambio termico e al tipo di assorbitore impiegato. Nonostante il principio di base sia comune – ovvero l’eliminazione delle perdite per convezione tramite il vuoto – le varianti costruttive influenzano sia le prestazioni che i costi di installazione e manutenzione.

Una prima distinzione riguarda i tubi sottovuoto con assorbitore diretto. In questa configurazione, il fluido termovettore scorre direttamente all’interno di un tubo metallico, spesso in rame o acciaio inossidabile, eventualmente disposto a “U”, che attraversa longitudinalmente il tubo di vetro. Questo tubo metallico è rivestito da un materiale selettivo nero, in grado di assorbire la radiazione solare e trasferirla direttamente al fluido. Il vuoto fra i due tubi concentrici – quello in vetro e quello metallico – viene mantenuto a valori molto bassi (circa 5 × 10⁻³ bar), garantendo l’isolamento necessario.

Un’altra tipologia particolarmente diffusa è rappresentata dai tubi sottovuoto con tecnologia heat-pipe. In questo caso, all’interno del tubo di vetro viene inserito un tubo di rame chiuso alle estremità, contenente un piccolo quantitativo di fluido a bassa pressione. Quando il Sole riscalda il tubo, il fluido evapora e risale verso l’estremità superiore del tubo, dove si condensa cedendo il calore raccolto a un collettore orizzontale. Il calore viene poi trasferito al fluido termovettore del circuito primario. Questo tipo di soluzione permette una disconnessione idraulica fra il tubo e il circuito principale, semplificando la manutenzione e riducendo il rischio di guasti.

In alcune configurazioni, invece di un tubo metallico, troviamo lamine assorbenti che percorrono orizzontalmente il tubo di vetro. Queste lamelle sono progettate per massimizzare l’area di captazione solare all’interno di ciascun tubo, permettendo un’efficace trasmissione del calore al punto di contatto con il fluido termovettore. Anche in questo caso, la tecnologia sfrutta il vuoto per ridurre drasticamente le dispersioni.

Queste varianti costruttive offrono vantaggi diversi a seconda dell’applicazione specifica, della latitudine di installazione e dell’obiettivo dell’impianto (acqua calda sanitaria, integrazione al riscaldamento, processi industriali, etc.).

 

3. Pannelli Solari Termici Sottovuoto: Caratteristiche E Prestazioni

I pannelli solari termici sottovuoto, conosciuti anche come collettori a tubi sottovuoto, rappresentano una delle tecnologie più avanzate nel campo della captazione di calore solare. Il motivo del loro successo risiede nella capacità di garantire ottime prestazioni anche in condizioni di basso irraggiamento solare o in ambienti con temperature esterne particolarmente rigide.

A differenza dei collettori piani tradizionali, questi dispositivi possono operare con efficienza anche durante l’inverno o in giornate nuvolose, rendendoli ideali per l’installazione in zone dal clima freddo o con elevata umidità atmosferica. Non a caso, molte installazioni nel Nord Italia o in paesi dell’Europa centrale fanno largo uso di questa tecnologia.

In pratica, ogni tubo funziona come un piccolo thermos: il vetro esterno protegge la struttura, mentre il vuoto interno agisce da isolante termico. L’assorbitore, generalmente un tubo di rame altamente conduttivo, è posto all’interno del tubo sottovuoto, e vi scorre o direttamente il fluido termovettore oppure – nel caso degli heat pipe – un fluido a bassa pressione che consente la trasmissione del calore per evaporazione e condensazione.

Tra le due principali configurazioni, quella a tubo a U e quella heat pipe, non esiste una soluzione universalmente migliore. Tuttavia, le heat pipe offrono vantaggi in termini di manutenibilità, modularità e maggiore flessibilità d’installazione, potendo essere sostituite singolarmente senza svuotare l’intero circuito.

Inoltre, la possibilità di orientare i tubi singolarmente verso il Sole può aumentare la resa energetica giornaliera, soprattutto nelle stagioni in cui l’inclinazione dei raggi solari varia sensibilmente.

 

4. Efficienza Comparata: Le Curve Di Rendimento Dei Diversi Collettori

Uno degli aspetti più tecnici, ma anche più rilevanti dal punto di vista progettuale, è rappresentato dall’analisi delle curve di efficienza dei vari tipi di collettori solari. Le prestazioni di un impianto solare termico non sono infatti costanti, ma variano in base a numerosi fattori: irraggiamento solare incidente, temperatura ambiente, velocità del vento, qualità dell’isolamento, e naturalmente tipo di collettore.

I collettori non vetrati, come quelli usati per il riscaldamento dell’acqua delle piscine, sono i meno efficienti: la loro efficienza decade drasticamente quando il delta T – ovvero la differenza tra la temperatura del fluido termovettore e quella dell’ambiente – aumenta. Ciò li rende inadatti ad applicazioni domestiche o industriali in cui è richiesta una temperatura elevata dell’acqua.

I collettori piani non selettivi rappresentano un miglioramento, ma le perdite per irraggiamento e convezione rimangono elevate, rendendoli competitivi solo in climi caldi e in condizioni favorevoli. I collettori piani selettivi, grazie all’uso di rivestimenti assorbenti avanzati, offrono un compromesso tra efficienza e costo, mantenendo prestazioni accettabili anche in mesi meno soleggiati.

Tuttavia, quando si analizzano le curve di rendimento dei collettori sottovuoto, si nota una stabilità molto maggiore delle prestazioni al variare delle condizioni esterne. L’isolamento garantito dal vuoto protegge il sistema dalle dispersioni, e consente di mantenere un’elevata efficienza anche quando il delta T è molto alto. Questo rende i collettori sottovuoto la scelta ideale per chi desidera un impianto performante durante tutto l’anno, con basse perdite stagionali e un ritorno energetico superiore nel lungo periodo.

 

5. Tubi Sottovuoto O Pannelli Piani? Considerazioni Tecnico-Economiche

La scelta tra collettori piani e tubi sottovuoto dipende da numerosi fattori. Una delle considerazioni principali riguarda la superficie disponibile sul tetto. I tubi sottovuoto, avendo un miglior rapporto superficie assorbente/superficie totale, risultano più efficienti quando lo spazio è limitato. Anche se l’area captante è generalmente inferiore rispetto a quella di un collettore piano, la maggiore efficienza termica compensa ampiamente questa differenza.

Dal punto di vista del comportamento termico, i collettori piani tendono a cedere più calore all’ambiente, soprattutto quando le temperature operative sono elevate. Per questo motivo, risultano inadatti per applicazioni ad alta temperatura, come la produzione di vapore o l’integrazione in impianti industriali.

I tubi sottovuoto, invece, si distinguono per la loro capacità di funzionare bene anche in condizioni climatiche sfavorevoli, grazie alla protezione garantita dal vuoto e alla minore sensibilità alle variazioni ambientali. Questo li rende più adatti alle installazioni in aree fredde, invernali o montane, o dove si voglia massimizzare la produzione nei mesi meno favorevoli.

Tuttavia, bisogna anche considerare il fattore economico. I pannelli solari piani, specie quelli non selettivi, hanno un costo inferiore e possono offrire un miglior rapporto costo-beneficio in aree ad alta insolazione, dove l’efficienza termica è comunque buona per la maggior parte dell’anno. In zone del Centro-Sud Italia, per esempio, un sistema ben progettato con collettori piani può comunque soddisfare efficacemente il fabbisogno di acqua calda sanitaria.

Va anche sottolineato che lo Scambio sul Posto (SSP), precedentemente applicabile ai sistemi fotovoltaici, non si applica più al solare termico, e attualmente l’incentivo più rilevante è rappresentato dal Conto Termico 2.0. Questo incentivo permette di ottenere un rimborso parziale della spesa sostenuta per l’installazione dei collettori, fino al 65% del totale, direttamente erogato dal GSE in tempi relativamente brevi (in genere 2 mesi dalla richiesta).

 

Conclusione

I collettori solari termici a tubi sottovuoto rappresentano una tecnologia avanzata, efficiente e affidabile per sfruttare il calore del Sole a fini energetici. Sebbene il costo iniziale sia superiore rispetto ai collettori piani, le prestazioni stagionali, la minore dispersione termica e l’elevata durata nel tempo giustificano spesso l’investimento, specialmente in climi rigidi o in impianti ad alta temperatura. In ogni caso, una valutazione tecnica approfondita, magari supportata da una simulazione energetica, permette di scegliere la soluzione più adatta alle esigenze specifiche dell’utente, con un occhio attento sia all’efficienza che al ritorno economico dell’investimento.