Gli impianti solari termici sono dispositivi che permettono di catturare l'energia solare, immagazzinarla e usarla nelle maniere più svariate. Le tecnologie termo solari si possono considerare mature per una adozione diffusa e conveniente: ci sono configurazioni e soluzioni per tutte le regioni climatiche e per tutte le esigenze termico - logistiche, residenziali, commerciali e produttive - industriali.
L’Italia, grazie all’ottima esposizione solare, è fra i paesi europei dove il solare termico ha potenziale di crescita enorme. Un sistema solare termico permette di sfruttare l’energia del sole principalmente per produrre acqua calda per uso domestico. In presenza di impianti di riscaldamento a pannelli radianti (ad esempio riscaldamento a pavimento, a parete, …) è possibile utilizzare i pannelli solari anche per integrare il riscaldamento degli ambienti. I pannelli solari (o collettori) sono il componente principale del sistema. Debitamente posizionati sul tetto, hanno il compito di catturare i raggi del sole che verranno utilizzati dal sistema per scaldare l’acqua accumulata in un apposito serbatoio.
In Italia esistono, inoltre, degli incentivi fiscali per il solare termico che portano ad un ulteriore risparmio.

Una soluzione per ogni situazione
Tutti gli edifici che dispongono di uno spazio soleggiato (tetto inclinato, tetto terrazzato, giardino, ecc.) possono essere dotati di un impianto solare per la produzione di acqua calda sanitaria.
Il costo dell’installazione è tanto più basso quanto più facile è l’accesso a tali luoghi. Un tetto terrazzato o un giardino ben soleggiato sono in genere da preferire, ma va bene anche un tetto con tegole.
Occorre prestare particolare attenzione a posizionare nel modo migliore il pannello solare. Bisogna scegliere la posizione che offre la migliore insolazione, ma anche le zone più facilmente accessibili e meno critiche negli ancoraggi, in questo modo si risparmia sui costi di installazione.
I pannelli solari devono essere rivolti preferibilmente verso Sud, con una tolleranza di deviazione verso Est o verso Ovest di 30°, ed essere inclinati di circa 35-40° rispetto al piano orizzontale. Tale oscillazione terrà conto della posizione geografica: l’optimum è 30° per l’Italia meridionale e 35-40° per l’Italia settentrionale. I pannelli solari a tubi sottovuoto possono essere installati, in un tetto con tegole, anche complanari alla copertura.
Ogni installazione di pannelli solari presenta problemi specifici, tutti risolvibili, ma che vanno affrontati consultando e chiedendo preventivi di spesa ad imprese e installatori qualificati.

Tecnologie
Un sistema solare termico normalmente è composto da uno o più pannelli che riceve l'energia solare, da uno scambiatore dove circola il fluido utilizzato per trasferirla al serbatoio utilizzato per immagazzinare l'energia accumulata. Il sistema può avere due tipi di circolazione, naturale o forzata.

Circolazione naturale

Schema di un impianto a circolazione naturale:  (fig 2)
(A) Entrata dell'acqua fredda
(B) Serbatoio coibentato
(C) Pannello solare termico
(D) Radiazione solare
(E) Uscita dell'acqua calda.

Nel caso della circolazione naturale, per far circolare il fluido vettore nel sistema solare, si sfrutta la convezione. Il liquido vettore riscaldandosi nel pannello solare si dilata e galleggia rispetto a quello più freddo presente nello scambiatore del serbatoio di accumulo spostandosi, quindi, nello scambiatore posto più alto rispetto al pannello solare cedendo il suo calore all'acqua sanitaria del secondario. Questa tipologia è più semplice di quella a circolazione forzata. Non esiste consumo elettrico dovuto alla pompa di circolazione e alla centralina solare differenziale presente nel sistema a circolazione forzata. Il fluido vettore usato nel circuito primario è glicole propilenico atossico (comunemente conosciuto come antigelo) miscelato con acqua in una percentuale tale da garantire un'adeguata resistenza al gelo. Il serbatoio viene disposto ad un'altezza maggiore di quella dei pannelli solari a cui è collegato e per ragioni estetiche è del tipo orizzontale ad intercapedine. 

Circolazione forzata

Schema di un impianto a circolazione forzata:  (fig3)

1. Pannello solare;
2. Pompa
3. Accumulo termico
4. Altra fonte di calore (caldaia, pompa di calore ecc.)

La circolazione del liquido avviene con l'aiuto di pompe solo quando nei pannelli il fluido vettore si trova ad una temperatura più elevata rispetto a quella dell'acqua contenuta nei serbatoi di accumulo. Per regolare la circolazione ci si avvale di sensori elettrici che confrontano la temperatura del fluido vettore nel collettore con quella nel serbatoio di accumulo (termocoppia).

Componenti Principali del Sistema Solare Termico

• Accumulo
• Collettori solari ( pannelli solari)

L'accumulo talvolta è parte integrante del pannello solare e in questi casi spesso è in vista immediatamente sopra ad esso o nelle immediate vicinanze. Molto spesso l'accumulo non fa parte del pannello ma dell'impianto termico.

Tipologie Collettori Solari (pannelli solari)
I pannelli solari termici si possono suddividere in alcune tipologie costruttive:

Collettori a tubo sottovuoto

• Sono composti da tubi di vetro speciale sottovuoto (le estremità di un tubo vetro interno e di uno esterno vengono fuse tra loro e l'aria è estratta dall'intercapedine) ricoperti da uno strato altamente selettivo che trasforma la luce solare in calore. In questo caso l'assorbitore di calore è di forma circolare ed è alloggiato all'interno della cavità sottovuoto dei tubi stessi; in questo modo il fluido termoconvettore evapora e, cedendo il suo calore all'estremità superiore del tubo, si condensa e ritorna in basso.
• A differenza dei pannelli a piastra, questa tipologia di collettori sottovuoto disperde meno calore , essendo il vuoto il migliore isolante, per cui non si verificano perdite per convezione e conduzione e pertanto il loro rendimento è superiore. Inoltre, vista la loro maggiore resa, richiedono una minore superficie espositiva rispetto alle altre tipologie di pannelli e sono capaci di trattenere il calore accumulato anche in condizioni atmosferiche molto rigide, garantendo prestazioni elevate e costanti durante l'intero arco dell'anno; per questi motivi possono essere utilizzati anche in zone con un'insolazione medio - bassa o con condizioni climatiche particolarmente rigide durante l'inverno, come in alta montagna o nei paesi nordici. Generalmente sono forniti con concentratori a specchio retrostanti i tubi sottovuoto, in modo da sfruttare al massimo la radiazione solare.

Collettori a piastra o collettori piani

• I collettori a piastra, sono composti da una cella/intelaiatura termicamente isolata (in legno incollato a tenuta di acqua o in alluminio), coperta da un vetro protettivo in grado di sopportare pioggia, grandine e temperature rigide, filtra i raggi solari e crea l'effetto serra per intrappolare il calore.
• All'interno della cella si trova l'assorbitore di calore vero e proprio, che è una lastra metallica scura, detta anche piastra captante, o corpo nero assorbente,sulla quale sono saldati i tubi all'interno dei quali circola un liquido termoconvettore (per esempio composto da acqua e glicole propilenico atossico).
• Questo liquido, riscaldato dal calore solare, sale alla cima del collettore e va nel serbatoio dove, tramite uno scambiatore, cede il calore all'acqua da riscaldare contenuta all'interno e da dove viene distribuita ai diversi punti di presa. A questo punto il liquido termoconvettore raffreddato scende ed il processo ricomincia da capo.

I pannelli a piastra possono essere di due tipi:

• a superficie non selettiva: cioè l'assorbitore di calore è semplicemente verniciato in nero, un colore che contribuisce a captare e trattenere meglio e più a lungo i raggi solari; questa tipologia di pannelli, è consigliata per le case abitate in brevi periodi o con un'insolazione media annuale di almeno 1200 Megacalorie.
• a superficie selettiva: cioè l'assorbitore di calore è potenziato da un trattamento effettuato con un prodotto infrarosso che consente al pannello di trattenere maggiormente il calore del sole, riducendo al tempo stesso la riflessione; questa tipologia di pannelli è maggiormente indicata per le case dove si risiede abitualmente o per un utilizzo di almeno 10 mesi all'anno e sono in grado di produrre acqua calda in qualunque mese dell'anno, raggiungendo in estate anche punte di 80-90ƒ. Hanno un costo maggiore rispetto ai pannelli a superficie non selettiva, giustificato dalla maggiore complessità dell'impianto e dai trattamenti tecnologici cui è sottoposto e possono essere utilizzati sia per la produzione di acqua calda sanitaria, che per l'integrazione al sistema di riscaldamento.

Collettori monoblocco o ad accumulo
I collettori ad accumulo, detti anche monoblocco, sono di costruzione molto semplice rispetto alle precedenti categorie e sono prevalentemente composti da un serbatoio in acciaio inox che viene esposto direttamente al sole, solitamente sono asserviti da un collettore piano integrato.
Il serbatoio solitamente è dipinto di nero, termicamente coibentato e coperto da una lastra di materiale trasparente termoisolante, può anche essere montato direttamente in una cavità del tetto in cui si trova uno specchio solare concavo che riflette la luce.
Vengono collegati direttamente alla rete dell'acqua fredda e calda senza l'ausilio di scambiatori di calore e pompe e possono essere collegati ad una caldaia a gas ausiliaria, che interviene automaticamente quando la temperatura scende al di sotto di quella richiesta.
Rispetto alle precedenti tipologie hanno un costo più modesto, sono compatti, maneggevoli, occupano poco spazio e possono essere installati senza l'ausilio di tecnici specializzati. generalmente il loro uso è limitato alla sola produzione di acqua calda sanitaria e, inoltre, durante la notte o nei giorni con scarsi apporti solari possono raffreddarsi facilmente.

Esistono in commercio collettori monoblocco con resistenza elettrica, alternativi all'impianto assistito da una caldaia a gas o biomassa.
I sistemi monoblocco generalmente utilizzano collettori piani, esistono però anche collettori monoblocco in versione a tubi sottovuoto.

Considerazioni economiche
In Italia un impianto in base all'ubicazione e all'utilizzo, si ammortizza nel giro di 3-6 anni ne consegue che è un buon investimento a medio termine, escludendo eventuali sgravi fiscali o altre forme di agevolazione che rendono l'ammortamento ancora più rapido.

Benefici
I benefici sono molteplici:

• Mancata emissione di CO2
• Produzione di calore da fonte rinnovabile eco-compatibile (il sole)
• Minore necessità di infrastrutture per il trasporto dell'energia da grandi distanze
• Indipendenza energetica (non dipendono dalla fornitura di carburante)
• Mancata emissione di ossidi di zolfo, di azoto, e di pm10indirettamente la diminuzione dei disastri ambientali
• Mancata immissione nell'ambiente di calore
• Tecnologia accessibile (la forma più semplice consiste in un tubo metallico colorato di nero)
• Bassi oneri di realizzazione e smaltimento
• Alto rendimento termico