Impianto solare termico

Gli impianti solari termici sono dispositivi che permettono di catturare l'energia solare, immagazzinarla e usarla nelle maniere più svariate.
Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata dal Sole (fonte rinnovabile) verso la Terra.
La quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre è enorme, circa diecimila volte superiore a tutta l'energia usata dall'umanità nel suo complesso.
L'Italia è un paese con un buon livello di irraggiamento, pari mediamente a 5-6 kwh/mq/giorno.
L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità (fotovoltaico) o per generare calore (solare termico).
Sono tre le tecnologie principali per trasformare in energia sfruttabile l'energia del sole:
• il pannello solare termico sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali caratteristiche, che cede calore (tramite uno scambiatore di calore) all'acqua, contenuta in un serbatoio di accumulo. 
• il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a struttura lineare per concentrare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un fluido termovettore, o una serie di specchi piani che concentrano i raggi all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per il calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si riscalda a temperature molto elevate (400 °C ~ 600 °C) 
• il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori per produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce. 
Un impianto solare termico è composto sempre almeno dalle seguenti unità:
• uno o più collettori che cedono il calore del sole al fluido;
• un serbatoio di accumulo del fluido.

Esistono due tipi di impianti:
• a circolazione naturale: in questo tipo il fluido è l'acqua stessa che riscaldandosi sale per convezione in un serbatoio di accumulo (boiler); il circuito è aperto, in quanto l'acqua che viene consumata viene sostituita dall'afflusso esterno. Questo impianto ha per pregio la semplicità ma è caratterizzato da una elevata dispersione termica, a scapito dell’ efficienza. 
• a circolazione forzata: in questo caso il circuito è composto dal pannello, una serpentina posta all'interno del boiler ed da tubi di raccordo. Una pompa, detta circolatore, permette la cessione del calore raccolto dal fluido, il glicole propilenico, simile al glicole etilenico (il liquido usato per i radiatori delle automobili), alla serpentina posta all'interno del boiler. Il circuito è notevolmente più complesso, dovendo prevedere un vaso di espansione, un controllo di temperatura ed altri componenti. Ha una efficienza termica ben più elevata, visto che il boiler è posto all'interno e quindi meno soggetto a dispersione termica.
Il pannello solare termico non va confuso con il pannello solare fotovoltaico che serve per la produzione di corrente elettrica.
I pannelli solari si possono suddividere in alcune tipologie costruttive:
• piani non vetrati 
• piani vetrati 
• piani vetrati non selettivi 
• piani vetrati selettivi 
• sottovuoto 
• vetrati con aria calda 
• scoperti 
 

I pannelli solari piani non vetrati hanno il vantaggio di essere poco costosi e di avere un ottimo rendimento in condizioni ottimali di irraggiamento, quando la temperatura esterna è alta. A causa della mancanza dell'isolamento il loro rendimento diminuisce rapidamente all'allontanarsi dalle condizioni ottimali. Sono adatti perciò al solo uso stagionale ed esclusivamente per la produzione di acqua calda sanitaria, sono spesso impiegati nel riscaldamento delle piscine.
I pannelli solari vetrati hanno una struttura attorno all'assorbitore che ne limita le dispersioni sia per convezione con l'aria che per irraggiamento dato che il vetro che ricopre la parte superiore dell'assorbitore è progettato per questa funzione. Hanno un rendimento leggermente inferiore ai non vetrati in condizioni ottimali, ma in condizioni meno favorevoli hanno un rendimento decisamente più alto arrivando a produrre acqua calda per uso sanitario circa dal marzo a ottobre.
I pannelli solari sottovuoto sono in grado di garantire un maggiore apporto energetico anche in condizioni di basso irraggiamento o basse temperature esterne, esistono principalmente due tipi di collettori sottovuoto, (detti anche collettori a tubi sottovuoto), quelli che contengono un tubo a U in cui circola direttamente il liquido che assorbe il calore, e quelli Heat pipe che contengono un tubo in rame chiuso alle estremità contenente un liquido in bassa pressione, che evapora riscaldandosi e si condensa nella parte alta del tubo cedendo il calore all'acqua sovrastante.
Nei pannelli solari vetrati con aria calda circola aria anziché acqua. L’aria viene fatta circolare tra vetro e assorbitore o, in alcuni casi, in una intercapedine ricavata tra l’assorbitore ed il fondo di poliuretano isolante.
I pannelli scoperti sono privi di vetro e l’acqua passa direttamente all’interno dei tubi del pannello dove viene riscaldata dai raggi solari ed è pronta per essere usata. Il limite di questi pannelli è che, non essendo coibentati, funzionano con una temperatura ambiente di almeno 20 °C (al di sotto il bilancio tra energia accumulata ed energia dispersa è sfavorevole), e la temperatura massima dell’acqua non supera i 40 °C

I pannelli solari possono essere utilizzati per fornire acqua calda e riscaldamento o per generare energia elettrica.
• Nel primo caso il serbatoio provvede a immagazzinare l'acqua domestica che viene messa a contatto con il fluido tramite una serpentina. La serpentina consente al fluido di trasferire all'acqua l'energia immagazzinata senza contaminare l'acqua. Questa acqua può essere utilizzata come acqua calda nelle abitazioni(80%integrazione) o può essere utilizzata per integrare il riscaldamento a pavimento degli ambienti(10%integrazione). I pannelli solari sono in grado di fornire acqua calda in buone quantità ma non possono sostituire completamente gli usuali metodi di riscaldamento per via dell'incostanza dell'energia solare. 
• Il secondo utilizzo prevede che lo scambiatore di calore sia riscaldato fino ad essere portato in ebollizione. Una volta che il liquido sia passato in fase gassosa lo si invia in una turbina termoelettrica che convertirà il movimento del gas in energia elettrica. Questo tipo di centrale elettrica richiede ampi spazi per l'installazione dei pannelli solari e una presenza di sole costante. 
L'utilizzo dei pannelli solari ha come diretta conseguenza il risparmio di idrocarburi e di energia elettrica. 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 pm10 
• 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 
Un pannello riceve più energia solare quando è orientato direttamente verso il sole. Il pannello fisso fornisce la migliore resa se orientato a sud ed è inclinato 10 gradi in meno rispetto alla latitudine del luogo se deve produrre acqua calda, 10 gradi in più se serve per il riscaldamento. L'Italia è un paese con un buon livello di irraggiamento, pari mediamente a 5-6 kwh/mq/giorno, vale a dire che in concreto, l'energia solare disponibile su 4mq di pannelli solari è in grado di soddisfare il 70% circa del fabbisogno di acqua calda di una famiglia di 4 persone durante tutto l'anno.
In Italia un impianto in base all'ubicazione e all'utilizzo, si ammortizza nel giro di 3-6 anni e poiché la durata media di questi impianti è di 15-20 anni, ne consegue che è un buon investimento a medio termine, escludendo eventuali sgravi fiscali o altre forme di agevolazione che rendano l'ammortamento più rapido.