I collettori piani vetrati rappresentano la tipologia più diffusa e consolidata nel panorama degli impianti solari termici. La loro semplicità costruttiva, unita ad un buon rapporto qualità-prezzo, li rende una soluzione versatile per la produzione di acqua calda sanitaria e, in alcuni casi, per l'integrazione al riscaldamento degli ambienti.

Come Funzionano? Il Principio del "Sole in Scatola"

Il principio di funzionamento di un collettore piano vetrato è relativamente semplice, ma efficace. Possiamo immaginarlo come una "scatola" progettata per catturare e trattenere il calore del sole. Gli elementi chiave sono:

• Piastra Assorbente: Il cuore del collettore. Si tratta di una piastra metallica, generalmente in rame o alluminio, trattata con speciali rivestimenti selettivi di colore scuro (tipicamente nero o blu molto scuro). Questi rivestimenti, spesso ottenuti tramite deposizione sotto vuoto di strati multipli di materiali come il cermet (ceramica-metallo), hanno la proprietà di assorbire la massima quantità di radiazione solare incidente (assorbanza solare superiore al 95%), minimizzando al contempo le perdite per irraggiamento (emissione di calore verso l'esterno, con emissività termica inferiore al 5%). La piastra può essere realizzata in diverse configurazioni, che influenzano l'efficienza del trasferimento di calore al fluido termovettore:

  Serpentina: un tubo piegato a serpentina in cui circola il fluido termovettore, saldato o fissato alla piastra. È la soluzione più semplice e diffusa.

  • Meandro o Arpa: in questa configurazione, il fluido termovettore circola all'interno di tubi paralleli (generalmente da 6 a 12) collegati a due collettori, uno di mandata e uno di ritorno, disposti alle estremità della piastra. Il nome "arpa" deriva proprio dalla somiglianza con le corde di un'arpa. Questa disposizione offre una migliore distribuzione del fluido rispetto alla serpentina, una maggiore superficie di scambio termico e, di conseguenza, un'efficienza leggermente superiore. La configurazione a meandro è una variante, dove i tubi paralleli sono piegati a formare una sorta di serpentina continua.

  • Doppia Arpa: ancora più efficiente, prevede due circuiti idraulici a "meandro" o "arpa" separati e interconnessi, per massimizzare la superficie di scambio.

  • Tecnologia "full face": l'assorbitore è un unico foglio metallico saldato a laser su tutta la superficie dei tubi, per un trasferimento del calore ottimale ed uniforme.

• Copertura Trasparente (Vetro): Una lastra di vetro temperato, con caratteristiche di basso contenuto di ferro per massimizzare la trasparenza alla radiazione solare (trasmittanza solare tipicamente superiore al 91%) e spesso con trattamento antiriflesso sulla superficie esterna, protegge la piastra assorbente dagli agenti atmosferici e crea una camera d'aria isolante. Questo vetro è progettato per resistere a shock termici e a carichi meccanici.

• Isolamento Termico: Il retro e i lati della piastra assorbente sono racchiusi in uno strato di materiale isolante, come lana di roccia o poliuretano espanso (con coefficiente di conducibilità termica λ compreso tra 0,03 e 0,05 W/(m·K)). In alcuni collettori di alta gamma si utilizza l'aerogel, un materiale altamente poroso con un'eccezionale capacità di isolamento (λ inferiore a 0,015 W/(m·K)). L'isolamento minimizza le dispersioni di calore, massimizzando l'efficienza del collettore.

• Telaio: Una struttura metallica (solitamente in alluminio anodizzato) racchiude e protegge tutti i componenti, garantendone la robustezza e la durata nel tempo.

Il Processo di Riscaldamento in Dettaglio

1. Irraggiamento: La radiazione solare incide sulla copertura trasparente del collettore.

2. Assorbimento: La piastra assorbente, grazie al suo colore scuro e alle proprietà selettive del rivestimento, assorbe l'energia solare, trasformandola in calore e innalzando la propria temperatura.

3. Conduzione: Il calore accumulato dalla piastra viene trasferito per conduzione al fluido termovettore (acqua o miscela acqua/glicole) che circola nei tubi.

4. Trasporto: Il fluido termovettore, ormai riscaldato, viene trasportato verso il serbatoio di accumulo termico tramite:

   • Circolazione Naturale: basata sul principio del termosifone (il fluido caldo sale, il freddo scende), con il serbatoio posto più in alto rispetto ai collettori.

   • Circolazione Forzata: una pompa fa circolare il fluido, offrendo maggiore flessibilità di installazione e un miglior controllo della temperatura.

Vantaggi dei Collettori Piani Vetrati

• Costo Accessibile: Rispetto ai collettori sottovuoto, hanno un costo di acquisto e installazione inferiore.

• Affidabilità e Durata: La loro semplicità costruttiva si traduce in una maggiore affidabilità nel tempo e in una minore necessità di manutenzione. Se ben installati e manutenuti, hanno una durata media di 20-25 anni.

• Buona Efficienza in Condizioni Standard: Offrono un buon rendimento in climi temperati e con buona irradiazione solare, raggiungendo temperature del fluido termovettore di 60-80°C in condizioni ottimali.

• Versatilità: Adatti principalmente per la produzione di acqua calda sanitaria, possono contribuire anche all'integrazione del riscaldamento in contesti favorevoli.

Limiti dei Collettori Piani Vetrati

• Efficienza Ridotta in Climi Freddi: A causa delle maggiori dispersioni termiche attraverso il vetro, la loro efficienza si riduce significativamente in condizioni di basse temperature esterne o di cielo nuvoloso.

• Prestazioni Inferiori ai Sottovuoto: Non raggiungono le temperature elevate dei collettori sottovuoto (che possono superare i 100°C), limitandone l'utilizzo in applicazioni che richiedono temperature elevate.

Considerazioni sull'Installazione, sull'Integrazione e sull'Efficienza

Per ottenere la massima efficienza, i collettori piani vetrati dovrebbero essere orientati idealmente verso sud e con un'inclinazione che dipende dalla latitudine del luogo di installazione e dall'utilizzo prevalente (più inclinati per un utilizzo invernale, meno per un utilizzo estivo).

L'integrazione con un sistema di riscaldamento tradizionale, come una caldaia a condensazione o una pompa di calore, è quasi sempre necessaria, soprattutto in climi con inverni rigidi o con giornate poco soleggiate.

L'efficienza di un collettore è descritta dalla curva di efficienza, che mostra come varia il rendimento in funzione della differenza di temperatura tra il fluido termovettore e l'ambiente esterno, e dell'irraggiamento solare. Questa curva è definita da parametri come il fattore di efficienza ottica (η0) e i coefficienti di dispersione termica (a1 e a2), misurati secondo normative come la UNI EN 12975.

Incentivi Statali e Detrazioni Fiscali: informati e risparmia.

Una Scelta Consolidata e Sostenibile

I collettori piani vetrati rappresentano una soluzione matura, affidabile e dal buon rapporto qualità-prezzo per chi desidera sfruttare l'energia solare per la produzione di acqua calda sanitaria, contribuendo alla riduzione delle emissioni di CO2 rispetto ai sistemi tradizionali. Pur avendo limiti prestazionali rispetto ai collettori sottovuoto, il loro costo più contenuto e la loro buona efficienza in condizioni standard li rendono una scelta ancora molto diffusa e conveniente, soprattutto in climi temperati. Grazie all'impiego di materiali innovativi come l'aerogel e a trattamenti superficiali selettivi sempre più performanti, anche i collettori piani continuano ad evolversi, migliorando la loro efficienza e ampliando il loro campo di applicazione.

Tipologie di Collettori Solari Termici:

• Collettori Piani Vetrati: Sono la soluzione più diffusa e versatile, adatti per la produzione di acqua calda sanitaria e integrazione al riscaldamento, ma con un'efficienza inferiore rispetto ai sottovuoto, soprattutto in climi freddi.

• Collettori Sottovuoto: Offrono la massima efficienza, ideali per climi freddi, applicazioni ad alta temperatura (es. riscaldamento) e dove lo spazio è limitato, ma hanno un costo maggiore rispetto ai collettori piani.

• Collettori Solari Scoperti (o non vetrati): Sono la soluzione più semplice ed economica, adatti principalmente per il riscaldamento di piscine scoperte o applicazioni industriali a bassa temperatura, ma con una bassa efficienza e forti dispersioni termiche.

Indice delle Tecnologie Solari

1. Pannelli Fotovoltaici
   La tecnologia più comune, utilizzata per convertire la luce solare in elettricità tramite l'effetto fotovoltaico.

2. Impianti Solari Termici
   Sistemi che utilizzano collettori solari per riscaldare acqua o fluidi, destinati a uso domestico o industriale.

3. Centrali Solari a Concentrazione (CSP)
   Tecnologie che utilizzano specchi o lenti per concentrare la luce solare e produrre calore ad alta intensità, generando energia elettrica.

4. Pannelli Solari Ibridi (PVT)
   Sistemi che combinano fotovoltaico e termico, producendo sia elettricità che calore.

5. Fotovoltaico Integrato negli Edifici (BIPV)
   Pannelli fotovoltaici integrati direttamente nelle superfici di edifici, come tetti, facciate e finestre.

6. Solare a Film Sottile
   Una versione più leggera e flessibile dei pannelli solari, ideale per applicazioni portatili o su superfici curve.

7. Celle Solari a Perovskite
   Una tecnologia emergente che promette costi ridotti e maggiore efficienza rispetto ai pannelli tradizionali.

8. Impianti Solari Flottanti
   Sistemi installati su superfici d'acqua, come laghi o bacini idrici, per risparmiare spazio e ridurre l'evaporazione dell'acqua.

9. Fotovoltaico Trasparente
   Celle solari trasparenti che possono essere integrate in finestre o schermi, generando energia senza compromettere la visibilità.

10. Torri Solari Termiche
    Impianti che concentrano la luce solare su una torre centrale per riscaldare un fluido e generare energia elettrica

11. Sistemi di Desalinizzazione Solare
    Tecnologie che sfruttano l'energia solare per purificare e desalinizzare l'acqua, rendendola potabile.

12. Pompe di Calore Solari
    Sistemi che combinano energia solare e pompe di calore per applicazioni di riscaldamento e raffreddamento efficienti.

13. Fotocatalisi Solare
    Una tecnologia avanzata che utilizza la luce solare per decomporre sostanze chimiche o produrre idrogeno.

Collettori Piani Vetrati

La soluzione più diffusa e versatile negli impianti solari termici.