Il solare termico fotovoltaico

Il funzionamento dei pannelli fotovoltaici

Il funzionamento dell'impianto solare termico fotovoltaico si basa sul principio di accumulazione energetica da parte delle celle che compongono il pannello fotovoltaico. Un singolo pannello solare è composto da numerose celle fotovoltaiche di circa venti centimetri quadrati di superficie, collegate in serie tra loro e dotate di utilizzatori di elettricità. Quando le radiazioni solari urtano le celle fotovoltaiche viene prodotta una piccola frazione di potenza elettrica oltretutto a bassissima tensione ed è perciò necessario collegare numerose celle nonchè diversi pannelli per ottenere una quantità di energia termica sufficiente a soddisfare il fabbisogno di una soltanto o di un gruppo di famiglie. L'impianto fotovoltaico può essere integrato con la caldaia domestica o con degli accumulatori termici.

Solare termico fotovoltaico

Le applicazioni del solare termico fotovoltaico sono sempre più numerose data la crescente sensibilizzazione, da parte degli organi di informazione, verso tematiche ambientaliste. La necessità di utilizzare fonti energetiche alternative rinnovabili come l'eolico e il solare scaturisce dall'aumento dei consumi energetici della popolazione mondiale e dalla conseguente riduzione delle riserve energetiche provenienti da fonti non rinnovabili come il petrolio, il carbone e il metano. Gli impianti solari fotovoltaici si presentano infatti economicamente vantaggiosi per una grande varietà di applicazioni. I generatori fotovoltaici, inoltre, necessitano di bassissima manutenzione rispetto ai gruppi elettrogeni tradizionali e il loro costo iniziale, anche se elevato, può essere ammortizzato durante il periodo di funzionamento degli impianti stessi.

Tipologie di impianti solari termici

Gli impianti termici alimentati ad energia solare, utilizzati sia a livello domestico che a livello industriale per il riscaldamento dell'acqua sanitaria vengono realizzati integrando i pannelli fotovoltaici con degli accumulatori termici o delle caldaie. La realizzazione del tipo e delle dimensioni di ogni singolo impianto dipendono dalle esigenze dell'utenza e dalle caratteristiche del fabbricato sul quale si interviene. Tipologie diverse di impianto solare termico possono essere dotati di componenti diversi tra loro e risultare, perciò, più o meno costosi. Inoltre, un impianto solare termico fotovoltaico che non riesce a fornire sufficiente calore per il riscaldamento domestico deve essere dotato di un circuito separato che consenta di riscaldare ulteriormente l'acqua utilizzando una caldaia convenzionale.

Caratteristiche della tecnologia solare termica

I pannelli solari termici sono appositamente progettati per catturare la maggiore quantità di luce possibile. La radiazione solare captata dalla superficie del pannello resta intrappolata al suo interno sotto forma di energia termica e serve a riscaldare una serpentina in cui scorre un fluido. Una volta raggiunto l'accumulatore idrico dell'impianto il fluido riscaldato cede il calore all'acqua in esso contenuta per mezzo di particolari scambiatori termici. Il rendimento in termini energetici dei pannelli solari termici dipende in gran parte dal loro posizionamento e dalla grandezza della loro superficie mentre la loro durata media è di circa venti anni. Il materiale utilizzato per la realizzazione delle celle è il silicio, un semiconduttore resistente e facilmente reperibile.

Domande frequenti

Qual è la differenza principale tra un impianto solare termico e uno fotovoltaico?

La distinzione fondamentale risiede nell'energia prodotta: il solare termico converte la radiazione solare direttamente in calore per riscaldare acqua o ambienti, utilizzando fluidi circolanti in serpentine e scambiatori termici. Al contrario, il fotovoltaico trasforma la luce solare in energia elettrica tramite celle al silicio. Spesso questi sistemi vengono confusi, ma mentre il primo riduce i costi di gas o elettricità per il riscaldamento dell'acqua sanitaria, il secondo produce corrente utile per alimentare elettrodomestici o per l'iniezione in rete. In alcuni casi, gli impianti possono essere ibridi, combinando entrambe le tecnologie per massimizzare l'efficienza energetica dell'edificio.
Quanto dura nel tempo un impianto solare termico e quali sono i costi di manutenzione?

Un impianto solare termico ben installato ha una vita media di circa vent'anni, grazie alla robustezza dei materiali utilizzati, come il silicio per le celle e i tubi sottovuoto o i collettori piani. La manutenzione richiesta è minima rispetto ai generatori termici tradizionali; non ci sono parti meccaniche complesse soggette a usura rapida nei pannelli stessi. Tuttavia, è consigliabile verificare annualmente la pressione del circuito idraulico, lo stato dell'antigelo e l'eventuale presenza di incrostazioni negli scambiatori. Questa bassa esigenza di manutenzione contribuisce significativamente alla convenienza economica dell'investimento nel lungo periodo.
È possibile integrare il solare termico con la caldaia esistente?

Sì, l'integrazione con la caldaia domestica è una soluzione molto comune e pratica. Poiché il sole non garantisce calore costante 24 ore su 24, specialmente nelle giornate nuvolose o in inverno, l'impianto solare viene accoppiato a un generatore termico tradizionale (caldaia a gas, condensazione, ecc.). Quando il serbatoio di accumulo dell'acqua calda non raggiunge la temperatura desiderata grazie al sole, la caldaia entra in funzione per integrare il calore. Questo sistema ibrido assicura comfort termico continuo, riducendo drasticamente i consumi del combustibile fossile grazie al contributo gratuito dell'energia solare.
Come influiscono orientamento e dimensione dei pannelli sul rendimento dell'impianto?

Il rendimento energetico dei pannelli solari termici dipende fortemente dal posizionamento e dalla superficie esposta. Per massimizzare la captazione della radiazione solare, i pannelli dovrebbero essere orientati idealmente a Sud (nell'emisfero boreale) e inclinati secondo la latitudine del luogo. Una superficie maggiore permette di accumulare più calore, soddisfacendo fabbisogni più elevati. Tuttavia, dimensionare correttamente l'impianto è cruciale: un pannello troppo piccolo non coprirà le esigenze domestiche, mentre uno eccessivamente grande potrebbe generare surplus termico inutilizzabile nei mesi estivi. L'analisi delle caratteristiche del fabbricato è quindi essenziale per un progetto efficiente.
Conviene installare un impianto solare termico considerando il costo iniziale elevato?

Nonostante il costo iniziale di acquisto e installazione possa sembrare oneroso, l'investimento si ammortizza rapidamente grazie ai risparmi sui bolletti energetici. L'energia solare è gratuita e illimitata, permettendo di abbattere significativamente i costi di approvvigionamento di gas o elettricità necessari per il riscaldamento dell'acqua sanitaria. Inoltre, la tecnologia richiede interventi manutentivi quasi nulli durante la sua lunga vita operativa. Considerando gli incentivi fiscali disponibili per le energie rinnovabili e la crescita continua dei prezzi delle fonti fossili, il ritorno sull'investimento diventa particolarmente conveniente, rendendo la tecnologia economicamente vantaggiosa per molte applicazioni domestiche.