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Solare termico: usare il calore del sole

Solare termico: usare il calore del sole

Il solare termico utilizza l’energia del sole per produrre calore e acqua calda. Scoprite come funziona esattamente.

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Il sole fornisce luce e calore. Con il suo aiuto è possibile generare energia elettrica e termica. A differenza del fotovoltaico, i collettori solari termici non convertono l’energia solare in elettricità, ma utilizzano direttamente l’energia termica. Questa energia è impiegata per riscaldare l’acqua della doccia o della piscina oppure per integrare l’impianto di riscaldamento. 

Le differenze tra un impianto solare termico e un impianto fotovoltaico.

Un impianto solare, chiamato anche impianto solare termico, utilizza il calore dei raggi del sole per riscaldare un liquido. Ad esempio, nelle centrali solari termiche l’acqua viene riscaldata fino a una temperatura tale da vaporizzare. Questo vapore aziona le turbine che generano elettricità. 

Il calore solare ha un rendimento del sistema compreso tra il 30% e il 60%

Gli impianti solari termici per edifici residenziali funzionano invece diversamente: riscaldano l’acqua che viene utilizzata come acqua sanitaria, acqua per una piscina o acqua di riscaldamento. La “raccolta” dell’energia solare è molto più efficiente rispetto a quanto avviene con un impianto fotovoltaico, perché l’energia non ha più bisogno di essere convertita.

Questo si riflette chiaramente nell’efficienza e nel rendimento. Il calore solare ha un rendimento del sistema compreso tra il 30% e il 60%, mentre negli impianti fotovoltaici questo valore è solo del 14% - 20%. La resa netta media per metro quadrato e per anno negli impianti solari termici nuovi è di 450 kWh. Questo vale per l’uso di collettori piani. Per un impianto fotovoltaico con moduli cristallini, la resa netta media è di soli 180 kWh. 

Un sistema fotovoltaico, invece, è composto da speciali celle che convertono la luce in elettricità. Solitamente queste celle solari sono di silicio. Nel frattempo gli scienziati stanno già lavorando a celle solari basate su composti di carbonio e costituite da materiale organico, che sono più facili da lavorare rispetto alle celle solari in silicio e sono notevolmente più economiche. Oggi i moduli solari sono già disponibili in diversi colori e forme. 

Com’è strutturato un impianto solare termico

Un impianto solare termico è composto da collettori solari, un accumulatore solare, un regolatore solare e uno scambiatore di calore. 

Negli impianti solari termici sono impiegati per lo più collettori piani, che servono per riscaldare l’acqua attraverso l’energia solare. Per questo scopo Hoval SA offre il collettore piano UltraSol 2 V

Il calore solare viene accumulato in un accumulatore solare. Gli accumulatori solari sono serbatoi che producono acqua calda o integrano il riscaldamento. L’accumulatore è necessario perché il sole non splende tutti i giorni e naturalmente non segue il ritmo del consumo. L’accumulatore solare serve proprio per avere acqua calda anche in periodi senza sole. 

Un impianto solare ospita anche un regolatore solare, che costituisce l’elemento centrale dell’impianto. Il regolatore solare controlla il circuito del liquido all’interno del sistema e stabilisce quando deve entrare in funzione l’impianto. Il circuito si avvia quando la temperatura nei collettori è superiore a quella nell’accumulatore. 

Un altro elemento dell’impianto solare è lo scambiatore di calore, che trasferisce il calore a un altro mezzo – di solito acqua. Gli scambiatori di calore possono essere un componente fisso dell’accumulatore di calore oppure possono essere installati all’esterno del sistema di tubazioni. Si parla dunque di scambiatori di calore interni o esterni. 

In un impianto solare termico si trova inoltre una pompa a circuito solare, che trasporta il liquido solare riscaldato dai collettori all’accumulatore solare. In alcuni casi il liquido solare può essere costituito da acqua. Ma spesso viene utilizzata una miscela composta da acqua e un prodotto antigelo. L’antigelo assicura che il liquido non si congeli durante l’inverno.

Come funziona un impianto solare termico

Quando colpiscono la superficie della terra, i raggi del sole vengono riflessi o assorbiti dal terreno o da superfici artificiali. Più le superfici sono scure, più calore solare assorbono. Le superfici chiare come la neve, invece, riflettono la maggior parte dei raggi solari. I collettori solari sono dunque costituiti da superfici scure, che assorbono la maggior quantità possibile di luce solare. La maggior parte dei collettori solari è posizionata sui tetti delle case, cioè nel punto in cui la luce del sole colpisce l’assorbitore. 

Gli assorbitori sono realizzati in rame, alluminio o altro metallo altamente conduttivo. Ad essi sono attaccati dei piccoli tubi che corrono attraverso i collettori solari con un andamento a serpentina. Il calore viene trasferito a un accumulatore solare tramite un liquido. Una pompa solare riporta in seguito il liquido termovettore al sistema di tubi, realizzando un circuito chiuso. Il calore viene trasportato all’accumulatore con l’aiuto di uno scambiatore di calore. 

Il fluido termovettore contiene un antigelo e pertanto deve essere separato dal resto con uno scambiatore di calore. Lo scambiatore di calore è costituito da uno strato di separazione nel quale non penetra acqua. In questo modo, lo scambiatore di calore trasferisce il calore all’acqua sanitaria e di riscaldamento. Alcuni di questi scambiatori di calore si trovano direttamente nell’accumulatore solare. L’accumulatore assicura la disponibilità di acqua calda anche quando non splende il sole. 

Solare termico per la generazione di calore

Il solare termico è usato principalmente per la produzione di calore, anche per le case unifamiliari. Per utilizzare un impianto solare termico, i requisiti fondamentali sono aree di dimensioni sufficientemente ampie per l’installazione dei collettori, una posizione soleggiata e poca ombra. Si distingue tra impianti solari termici che servono ad integrare l’impianto di riscaldamento e impianti per il riscaldamento di acqua potabile o sanitaria. 

Impianti a integrazione del riscaldamento

Gli impianti solari termici che servono a complemento del riscaldamento richiedono un tetto con un’inclinazione compresa tra 45 e 70 gradi. Poiché questi impianti sono utilizzati soprattutto in autunno e in primavera, quando il sole è basso, questi angoli sono ottimali. Nella maggior parte dei casi, gli impianti per integrazione del riscaldamento sono sistemi combinati che riscaldano anche l’acqua potabile. Ecco perché serve un serbatoio di accumulo. Esistono sia accumulatori tank-in-tank sia accumulatori tampone. 

Impianti per il riscaldamento dell’acqua potabile

Questi impianti sono usati principalmente nei mesi estivi, quando l’impianto di riscaldamento è spento. Per questi impianti solari termici è necessario un angolo del tetto meno ripido. L’orientamento migliore per un impianto di questo tipo è verso sud, con un angolo d’inclinazione di 30-45 gradi. Bisogna tuttavia fare attenzione all’eventuale ombra degli alberi. In ogni caso, per questi impianti è necessario un accumulatore solare. 

Dov’è più opportuno utilizzare il solare termico?

Solare termico e fotovoltaico sono spesso visti come tecnologie concorrenti. Entrambi presentano tuttavia vantaggi e svantaggi, e possono essere utilizzati di conseguenza. In generale vale questo principio: se deve essere generato soprattutto calore, è ragionevole utilizzare il solare termico. Se il consumo di elettricità è elevato, è consigliabile installare un sistema fotovoltaico in combinazione con pompe di calore. L’impiego di un impianto solare termico è vantaggioso in questi casi:

  • Per la produzione di acqua calda in case unifamiliari con una superficie dei collettori inferiore a 12 m².  
  • Per la preparazione di acqua calda in case plurifamiliari con impianti di riscaldamento a olio combustibile o a gas. La superficie dei collettori rappresenta meno del 7% della superficie di riferimento energetico.  
  • Come integrazione per impianti di riscaldamento a legna in vecchi edifici, se si trovano ad altitudini elevate. In questo caso i collettori sono vantaggiosi sulle facciate.  
  • Un impianto solare termico è ideale per il riscaldamento di piscine, in quanto è necessario un basso livello di temperatura e le piscine sono in funzione principalmente durante i mesi estivi.  
  • Per la produzione di calore a bassa temperatura al di sotto di 60 °C e per grandi consumatori di calore con uso tutto l’anno.  
  • Per la produzione di calore ad alta temperatura sopra i 60 °C per grandi consumatori di calore. 

Anche gli edifici con un consumo di acqua calda molto alto sono adatti a un impianto solare termico. Queste tipologie di edifici includono, ad esempio, ospedali, case di riposo e di cura, oltre ad alberghi e impianti sportivi. 

Collettori solari e accumulatori solari

Un impianto solare termico è costituito essenzialmente da due componenti principali: i collettori solari e l’accumulatore solare. Per i collettori solari oggigiorno sono disponibili diverse tecnologie. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, vengono utilizzati collettori piani o collettori a tubi sottovuoto. 

Nel collettore piano, all’interno di un contenitore rettangolare vi sono singoli tubi riempiti con un liquido speciale. Si tratta del già citato liquido solare. 

Al di sopra si trovano delle piastre assorbenti, che possono assorbire al meglio la luce solare incidente. 

La luce del sole colpisce una superficie di vetro al di sopra di questa piastra e riscalda il liquido solare. In seguito il liquido viene trasportato all’accumulatore solare. In cambio, il liquido freddo scorre dall’accumulatore ai collettori. 

Il collettore a tubi sottovuoto è la seconda variante. È costituito da singoli tubi di vetro, con un vuoto nell’intercapedine tra i tubi. Questa costruzione ha un elevato grado di rendimento, soprattutto in inverno. Il vuoto forma uno strato isolante, che impedisce al calore di fuoriuscire. Tuttavia, i collettori a tubi sottovuoto sono più costosi dei tradizionali collettori piani. 

Protezione del clima grazie al solare termico

Il solare termico contribuisce anche in misura significativa alla protezione del clima. Questa forma alternativa di produzione di energia beneficia di incentivi nella maggior parte dei Cantoni svizzeri. Il fondamento è costituito da un modello di prescrizioni per il consumo energetico nei Cantoni svizzeri, chiamato in breve MoPEC 2014. Questo modello fa parte della Strategia energetica 2050 e mira a ridurre in misura significativa il consumo di energia pro capite entro tale anno. 

Assieme ad altre misure di isolamento termico, l’installazione di un impianto solare termico può beneficiare degli incentivi previsti ed è anche raccomandata. Inoltre, i costi sono deducibili dalle tasse. Gli investitori possono far ricadere una parte dei costi di investimento agli inquilini, che a loro volta beneficiano di una riduzione delle spese accessorie. L’installazione di un impianto solare può ridurre considerevolmente il consumo di energia.

Un impianto solare termico può anche essere combinato con tutti gli impianti di riscaldamento o i generatori di calore. Anche questo consente di risparmiare energia e di ridurre al minimo l’impatto sull’ambiente. 

Avvalendosi delle tecnologie più avanzate, Hoval SA si adopera per ridurre l’inquinamento ambientale e garantire utilizzi efficienti dell’energia degli impianti. 

Solare termico e fotovoltaico

Esiste inoltre la possibilità di accoppiare un impianto solare termico con un impianto fotovoltaico per la generazione di elettricità. In questo caso, si parla di cosiddetti tetti energetici. In questo settore Hoval SA collabora con la società svizzera Helion, leader di mercato nel settore del fotovoltaico. 

Helion è specialista di soluzioni nel campo del fotovoltaico. Ad esempio, è possibile impiegare un impianto fotovoltaico di Helion per generare elettricità e una pompa di calore ad aria di Hoval. Il compressore installato nella pompa di calore richiede elettricità, che a sua volta viene generata dall’impianto fotovoltaico. 

Solare termico e riscaldamento a pellet

La combinazione di un impianto di riscaldamento a pellet con un impianto solare è considerata una delle varianti più rispettose dell’ambiente. Il riscaldamento a pellet si basa sulla biomassa e può fornire a una casa unifamiliare tutta l’acqua calda di cui necessita. Assieme al riscaldamento a pellet è comunque necessario un accumulatore tampone, che può essere alimentato come accumulatore combinato dall’impianto solare termico. 

In estate, la caldaia a pellet funziona in modo meno efficiente. Deve essere azionata solo per la preparazione di acqua calda. L’impianto solare termico può coprire il fabbisogno di acqua calda durante i mesi estivi. Inoltre, l’energia solare è maggiormente disponibile nei mesi estivi. 

Solare termico e geotermia

È inoltre possibile una combinazione di energia geotermica sotto forma di pompa di calore acqua glicolata/acqua e solare termico. Anche in questo caso, un accumulatore combinato può fungere da elemento di collegamento. In alternativa, l’impianto solare termico può riscaldare il terreno o l’accumulatore con cui la pompa di calore fornisce il calore. Questo aumenta di conseguenza il rendimento dell’impianto e consente alla sonda geotermica di rigenerarsi.

La rigenerazione della sonda geotermica impedisce che il terreno possa raffreddarsi. Se l’impianto solare è correttamente dimensionato, nel caso di sonde multiple è anche possibile ridurre la lunghezza delle sonde geotermiche. La rigenerazione è importante perché le sonde geotermiche vengono installate sempre più vicine l’una all’altra. 

Inoltre, è ormai provato che la temperatura delle sonde geotermiche diminuisce nel tempo. Per l’impianto solare si genera un ulteriore effetto. L’eccedenza di calore in estate può essere facilmente immessa nella sonda. Ciò significa che l’impianto non ha tempi di inattività e che l’energia viene utilizzata in maniera efficiente.

Solare termico e olio combustibile o gas

Questa combinazione rappresenta una soluzione valida ed è già utilizzata frequentemente. L’impianto di riscaldamento a gas o a olio combustibile entra in funzione quando l’impianto solare termico fornisce troppa poca energia o troppo poco calore per il riscaldamento o per la produzione di acqua calda. Tuttavia, gli impianti di riscaldamento con combustibili fossili dovrebbero essere impiegati soltanto quando non esista un’opzione alternativa. In questo caso, il riscaldamento dovrebbe essere integrato con il solare termico. 

Quali vantaggi offre il solare termico

Risparmio sui costi di riscaldamento: il solare termico può ridurre significativamente i costi di riscaldamento.

Il solare termico utilizza l’energia del sole per riscaldare l’acqua e quindi fornire acqua calda agli impianti di riscaldamento. Poiché il sole continuerà a fornire energia per i prossimi cinque miliardi di anni, è una fonte di energia che può essere sfruttata pressoché all’infinito. Il solare termico offre inoltre numerosi altri vantaggi. Ecco i più importanti:

Risparmio sui costi di riscaldamento: il solare termico può ridurre significativamente i costi di riscaldamento. Negli impianti che servono a complemento del riscaldamento, questo risparmio è compreso tra il 20% e il 50% dei costi energetici, a seconda della dimensione dell’impianto. Gli impianti di produzione di acqua calda consentono un risparmio fino all’80% dei costi. In alcuni casi, sono possibili risparmi ancora maggiori, dipende dall’impianto utilizzato. 

  • Durata: oggi gli impianti solari termici hanno già una durata particolarmente lunga. Anche i costi di manutenzione sono abbastanza contenuti, a differenza degli impianti di riscaldamento a gas o a olio combustibile. Qui non c’è combustione. 
  • Indipendenza: gli impianti solari si riscaldano anche quando il cielo è nuvoloso.   
  • A prova di crisi: l’energia solare è resistente alle crisi perché non è soggetta a lobby o cartelli. Può essere sfruttata in modo gratuito ed è accessibile a tutti.  
  • Facilità d’installazione: un impianto solare può essere installato in modo relativamente semplice. Quasi ovunque vi sono le condizioni per farlo. 
  • Aumento di valore: il vostro immobile aumenterà di valore, perché gli impianti solari migliorano la classe energetica dell’edificio. Questo rende le proprietà più facili da vendere e gli edifici più facili da affittare.  
  • Risparmio fiscale: l’investimento per un impianto solare è deducibile dalle tasse. 
  • Rispetto per l’ambiente: un impianto solare termico funziona senza emissioni di CO2 ed è quindi privo di emissioni. Questo contribuisce a proteggere l’ambiente e a mantenere l’aria pulita. Così anche le generazioni future beneficeranno di un’aria salubre.

L’unico svantaggio di un impianto solare sono i costi di investimento più alti rispetto ai classici impianti di riscaldamento a energie fossili. Questo maggiore investimento viene tuttavia ammortizzato dai risparmi sui costi dei combustibili fossili. La maggior parte dei Cantoni offre incentivi per l’installazione di impianti solari termici.

Un ulteriore punto debole potrebbe essere la mancanza di irraggiamento solare. Ma si può risolvere il problema posizionando l’impianto in modo tale che catturi più luce solare possibile quando splende il sole. In questo caso si consiglia tuttavia di chiedere una consulenza da parte di uno specialista.  

Moderni collettori solari

Oggi esistono collettori solari moderni e dal funzionamento efficiente. Hoval UltraSol ne è un esempio. Questo collettore solare assicura un elevato rendimento energetico. Dispone della tecnologia di conduzione termica WLT. I tubi a D dell’impianto sono completamente circondati da gusci termici. Questo garantisce una trasmissione uniforme del calore solare. La resa dell’impianto è quindi circa il 20 percento più alta rispetto a collettori solari analoghi. 

Hoval UltraSol 2 può essere montato in modo molto flessibile. Può essere posizionato su un tetto inclinato o installato su un tetto piano. Ma il collettore può anche essere montato su un supporto o collocato in giardino. L’installazione può quindi basarsi sull’irraggiamento solare.