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Quanto mi rende un collettore solare termico?

I pannelli solari termici sono tutti uguali per un consumatore? Quali prestazioni può attendersi un utente da un collettore commerciale? Un confronto tra prodotti mostra come e quando sia più o meno conveniente adottare una soluzione a più elevata resa. Fondamentale è valutare le condizioni nelle quali si troverà ad operare.

I pannelli solari termici sono davvero tutti uguali? Quali prestazioni deve attendersi un utente finale da un collettore commerciale e come può un consumatore tecnicamente informato confrontare diverse soluzioni e capire l’eventuale convenienza di acquistare un prodotto che garantisca una resa maggiore rispetto a un concorrente?

Il livello di maturità raggiunto dalla tecnologia solare termica è ormai piuttosto consolidato. Dal punto di vista dei requisiti di qualità, ciò si traduce, ad esempio, nel fatto che il sistema di incentivazione del “conto termico” richieda, per l’accesso all’incentivo stesso, la certificazione del “Solar Keymark” per i collettori solari impiegati nell’impianto.

A parità di certificazione, però, diversi collettori possono presentare differenti livelli di producibilità, vale a dire di resa media annua. Questa informazione è riassunta nella cosiddetta curva di efficienza, sempre presente nella scheda dati di un pannello solare.

Scendendo più nel dettaglio, i valori che un consumatore può immediatamente rilevare e confrontare sono tre: l’efficienza ottica0), che rappresenta il massimo rendimento di un collettore (nella situazione ideale, cioè, di perdite termiche pari a zero) e i due parametri di perdita termica (a1 e a2), che misurano quanto l’efficienza del collettore sia sensibile alle condizioni operative (ad esempio più questi coefficienti sono bassi e meno diminuisce l'efficienza quando aumenta la differenza di temperatura tra il fluido caldo nel collettore e l'ambiente esterno).

Detto in parole povere, più è alto il valore di η0 e più sono bassi i valori di a1 e a2, quindi il collettore avrà una efficienza media più levata (perché avrà minori perdite di calore verso l’esterno) e, quindi, una alta resa annua.

Collettori a confronto

Senza definire la tecnologia, cioè senza dover dire se si tratta di collettori piani, sottovuoto o di altro tipo, si può immaginare di confrontare alcuni prodotti solo sulla base dei tre valori ora descritti, come nell’esempio riportato nella tabella, dove sono indicate anche le unità di misura normalmente utilizzate per i due parametri di perdita termica.

La prima considerazione da fare è che i valori dell’efficienza ottica sono piuttosto vicini tra di loro. Ricordiamo che si tratta di un valore puramente teorico, visto che rappresenta il rendimento di un collettore quando non perde calore verso l’esterno, quindi in una condizione ideale che non si verifica praticamente mai nel funzionamento.

La seconda osservazione è che il coefficiente a2 mostra sempre valori molto bassi. Le differenze più marcate, quindi, si riscontrano spesso nel valore di a1, al quale, perciò, il consumatore dovrebbe rivolgere la sua attenzione.

Alla prova dei fatti

Al di là dei numeri che si trovano sulla scheda tecnica, però, vediamo come questi valori si traducano poi in differenti rese: quanto calore producono in un anno questi tre prodotti che stiamo confrontando?

Supponiamo di dover scegliere, tra i pannelli descritti, quale acquistare per un impianto destinato alla produzione di acqua calda sanitaria alla temperatura di 45 °C nel centro nord (per esempio in Emilia-Romagna). Indipendentemente dalla superficie complessiva del collettore, effettuiamo il confronto tramite software di calcolo riferendoci a 1 m2 di superficie captante e ottenendo i risultati riportati in tabella.

I prodotti più efficienti (2 e 3) comportano un incremento percentuale di resa (rispettivamente del 4% e 8%), che genera un risparmio economico aggiuntivo derivante dalla maggiore quantità di energia termica prodotta tramite l’impianto solare. La convenienza di adottare o meno uno di questi prodotti “migliori” dipende da quale sia sul mercato il costo aggiuntivo di tali prodotti rispetto al collettore 1, probabilmente più economico e sicuramente meno efficiente.

Una situazione diversa: temperatura più alta

Il risultato del confronto cambia radicalmente se ipotizziamo condizioni di funzionamento differenti. Supponiamo, ad esempio, di dover fare operare l’impianto a 60 °C invece di 45 °C, perché è richiesta l’alimentazione di un sistema di riscaldamento a elevata temperatura o la produzione di acqua calda destinata a operazioni di lavaggio in una piccola impresa. In questo caso, i collettori devono operare in condizioni più gravose e il loro rendimento scende. A questo punto, perciò, diventa più importante scegliere un collettore in grado di contenere maggiormente le perdite termiche, vale a dire con un valore di a1 più basso.

Se, per rendere più agevole il confronto, paragoniamo solo le rese dei prodotti 1 e 2, otteniamo che la producibilità estiva del collettore 2 supera quella del collettore 1 del 16%, vale a dire molto di più di quel 4% riscontrato nel calcolo precedente. La convenienza di adottare il prodotto 2, quindi, è senza dubbio più alta.

Ancora più evidente è il vantaggio di acquistare un prodotto a più elevata efficienza se confrontiamo questi due stessi collettori, ma in inverno. Le condizioni di funzionamento ancora più “estreme”, infatti, favoriscono maggiormente il collettore di buona qualità e la differenza di resa tra il prodotto 2 e il prodotto 1 può addirittura superare il 100%.

Il gioco vale la candela?

In conclusione, quindi, per capire se valga la pena utilizzare, per il proprio impianto solare, un collettore a più elevata resa e quindi di maggior costo, è fondamentale valutare le condizioni operative nelle quali si troverà.

Più tali condizioni sono difficili (alta temperatura richiesta per il calore prodotto, clima rigido, bassa insolazione), maggiore sarà la convenienza di adottare un buon prodotto, perché, proprio in tali condizioni, tale prodotto sa dare “il meglio di sé”, mostrando una notevole differenza percentuale di resa rispetto a un collettore a più bassa producibilità.