Collettori per sistemi solari – modelli, differenze e vantaggi e svantaggi

I collettori solari sono l’elemento più importante di un sistema solare. L’energia solare viene catturata nei collettori e resa disponibile per riscaldare l’acqua e rilasciarla per uso domestico. I collettori solari si dividono in due modelli diversi, entrambi con vantaggi e svantaggi. I collettori hanno anche diversi valori di efficienza e categorie di prezzo, il che li differenzia.

Collettori solari – il cuore del sistema solare

Senza il collettore, un sistema solare non potrebbe convertire l’energia solare in calore utilizzabile. Il collettore è quindi il cuore del sistema solare, che permette di utilizzare l’energia rinnovabile in casa. Vuoi saperne di più sui sistemi solari e i costi? Calcola i costi del tuo impianto solare individuale con il nostro calcolatore di impianti solari! Ma quali sono i diversi modelli di collettori e qual è quello giusto per il mio sistema solare?

Collettore piatto – il modello collaudato

I collettori piani sono stati i primi collettori ad essere utilizzati per sfruttare l’energia solare. Sono quindi ancora oggi il modello più diffuso e formano una quota di mercato di un orgoglioso 70%. La loro reputazione non è probabilmente del tutto estranea a questo, perché i collettori piani sono considerati molto economici, affidabili e, soprattutto, offrono una tecnologia che si è decisamente dimostrata negli anni.

Struttura di un collettore piatto – assorbitore, alloggiamento e fluido di trasferimento del calore

Un collettore piatto ha due semplici componenti. Un alloggiamento e una lamiera annerita che si trova all’interno dell’alloggiamento. Questa lamiera è anche chiamata assorbitore, poiché il rivestimento scuro assicura un buon assorbimento della radiazione solare incidente. L’assorbitore converte anche efficientemente l’energia solare incidente in calore. Affinché il calore sia trasportato, lungo la parte posteriore dell’assorbitore corrono dei tubi in cui scorre il fluido di trasferimento del calore. Questo fluisce freddo nel collettore e lo lascia caldo. Per proteggere il collettore dalle condizioni esterne come il tempo, è coperto da un vetro di sicurezza. Questo vetro è molto stabile e allo stesso tempo molto trasparente, in modo che rimbalzi il meno possibile di radiazioni. Questo assicura che quanta più energia solare possibile raggiunga l’assorbitore per essere convertita in calore. Affinché anche l’alloggio contribuisca efficacemente alla produzione di calore, è particolarmente ben isolato e quindi non perde quasi nessuna energia termica. L’efficienza del sistema solare viene così aumentata.

Differenze nei collettori piani – struttura, forma e tubazioni

Anche se i collettori piani sono combinati in un unico modello, ci sono ancora delle differenze. I diversi collettori piani differiscono per il materiale dell’alloggiamento, il diverso collegamento dei tubi e altre caratteristiche. A seconda dell’applicazione, i diversi design hanno i loro vantaggi e svantaggi.

• Forma dell’assorbitore – L’assorbitore può essere fatto di diversi materiali. Ci sono assorbitori in acciaio, acciaio inossidabile o fogli di alluminio. Questi possono essere uniti in vari modi, per esempio con la saldatura a punti o l’incollaggio a rullo. Ci sono anche differenze nei tubi di rame in cui viene condotto il liquido. Possono essere inseriti a pressione ma anche saldati.
• Rivestimento dell’assorbitore – Lo strato dell’assorbitore ha continuato a svilupparsi negli ultimi anni. Dopo tutto, lo strato dovrebbe essere in grado di assorbire la maggior parte possibile dell’energia solare. La tecnologia odierna prevede strati altamente selettivi che hanno un grado di assorbimento particolarmente elevato. Ha anche una bassa emissività della radiazione termica a onde lunghe.
• Posa dei tubi di trasferimento del calore – I tubi possono essere posati in un registro di tubi, dove giacciono paralleli uno accanto all’altro e sono collegati in alto e in basso, oppure possono essere posati in un meandro, cioè a serpente in un unico pezzo.
• Materiale dell’alloggiamento – Il materiale dell’alloggiamento può anche variare a seconda del modello. I più comuni sono l’alluminio, l’acciaio inossidabile ma anche la plastica. Anche il legno sarebbe un’opzione come alloggiamento per un collettore solare.

Collettore a tubi – il migliore isolamento termico assicura una maggiore efficienza

Il collettore a tubi è venuto dopo il collettore piatto ed è un’alternativa ad esso. Nonostante la diversa tecnologia e la minore quota di mercato, anche questo modello ha i suoi vantaggi.

Struttura di un collettore a tubi – vuoto, tubo di calore e tubi di vetro

Il modello di collettore a tubi differisce dal collettore a piastra piana in un aspetto particolare, cioè nell’isolamento. Mentre solo l’alloggiamento del collettore piatto è isolato, ogni singolo assorbitore del collettore a tubi è isolato in modo speciale. L’assorbitore è racchiuso in un tubo di vetro evacuato, poiché il vuoto ha proprietà di isolamento termico particolarmente buone e non permette né perdite per convezione né per conduzione del calore. Diversi tubi insieme sono collegati a un collettore e quindi formano un collettore di tubi. Dato che questo metodo di isolamento è molto più efficace di quello di un collettore piatto, l’efficienza qui è significativamente più alta, poiché si perde meno energia. A causa della tecnologia, questo modello è anche chiamato collettore a tubi sottovuoto.

Diversi design di collettori tubolari – tubo di calore, CPC e flusso diretto

I modelli di collettore a tubi sono anche divisi in diversi design. Uno è il flusso diretto e i collettori tubolari a flusso non diretto – sono anche chiamati tubi di calore. Un’altra forma è il CPC – collettori a valvole.

• Collettori a tubo a flusso diretto – In questo design, il fluido di trasferimento del calore scorre direttamente attraverso i tubi di rame nei tubi di vetro. Qui viene riscaldato e, uscendo, si fonde con gli altri tubi del collettore. Sono poi trasportati allo scambiatore di calore attraverso il circuito solare. In caso di vuoto difettoso, non è difficile sostituire uno dei tubi indipendentemente dagli altri.
• Heat pipe (non a flusso diretto) – L’heat pipe utilizza un processo termodinamico per il trasferimento di calore in cui un tubo di calore (head pipe) attraversa il tubo di vetro, che contiene un liquido che evapora facilmente, come l’acqua o l’alcol. Quando viene riscaldato, questo liquido evapora e sale verso la testa del tubo di vetro dove il calore viene trasferito per condensazione del vapore al fluido termovettore che passa all’esterno della testa. Il resto del liquido rifluisce sul fondo dei tubi e ripete il processo una volta raggiunta la temperatura ambiente. Questo è sufficiente per far condensare il liquido, poiché c’è una pressione negativa nei tubi – il vuoto.
• Collettore a tubo sottovuoto CPC – Questo design è una variazione dei collettori a tubo a flusso diretto. Anche qui, i tubi di rame passano attraverso i tubi di vetro, ma la particolarità è che due tubi di vetro sono disposti concentricamente e si trovano davanti a uno specchio parabolico. Il rivestimento assorbente è applicato all’interno dei tubi di vetro. Lo specchio parabolico aiuta a rendere il collettore ancora più efficiente, specialmente con un basso irraggiamento. I rendimenti sono quindi relativamente più alti e il collettore lavora in modo più efficace.

Il fluido di trasferimento del calore – cosa bisogna considerare

Il fluido termovettore immagazzina il calore e lo trasporta attraverso il circuito solare all’accumulatore solare. Il calore viene poi rilasciato dal fluido e utilizzato per riscaldare l’acqua del rubinetto o del riscaldamento. Il fluido raffreddato torna indietro e ricomincia il suo viaggio. La questione che si pone, tuttavia, è cosa sia adatto come fluido di trasferimento del calore. Qui la risposta è relativamente semplice, perché l’acqua normale è già perfettamente adatta a questo compito. Tuttavia, poiché c’è il rischio di gelo, soprattutto nei mesi freddi, che potrebbe causare danni irreparabili al collettore o al tubo dell’assorbitore, l’acqua deve essere mescolata con un antigelo. Ma il fluido di trasferimento del calore deve anche essere in grado di resistere alle alte temperature. Specialmente nei collettori a tubo sottovuoto CPC, possono verificarsi temperature fino a 350 °C. Per assicurarsi che la viscosità non soffra a causa dell’antigelo e di temperature così alte, riducendo così la capacità termica, di solito si punta a un rapporto di miscelazione del 40% di glicole propilenico e del 60% di acqua. Questa miscela non solo resiste al freddo fino a -25°C, ma è anche adatta alle alte temperature. Quando si acquista il fluido di trasferimento del calore, bisogna prestare particolare attenzione alla stabilità alle alte temperature, alla buona protezione dalla corrosione, alla più bassa viscosità possibile, all’alta compatibilità ambientale e all’alta capacità termica.