Un collettore a tubi sottovuoto è un collettore solare termico costituito da tubi di vetro paralleli, ciascuno dei quali racchiude il proprio assorbitore in un vuoto che elimina praticamente le dispersioni termiche per convezione e conduzione. Con coefficienti di dispersione termica intorno a a1 ≈ 1–2 W/m²K contro 3–4 dei collettori piani, mantiene il rendimento con grandi differenze di temperatura, al prezzo di un costo maggiore e di temperature di stagnazione fino a 300 °C.
Come funziona un collettore a tubi sottovuoto?
Il vuoto è il miglior isolante termico disponibile e il tubo sottovuoto ne avvolge uno attorno a ogni lamella dell'assorbitore. Ogni tubo è un involucro di vetro, di solito un tubo «Sydney» a doppia parete oppure una singola parete di vetro attorno a un'aletta metallica, svuotato fino a circa un centomilionesimo della pressione atmosferica. Senza aria all'interno, la convezione e la conduzione dall'assorbitore caldo al vetro esterno freddo cessano di fatto; resta solo l'irraggiamento, che il rivestimento selettivo riduce a pochi punti percentuali. Il risultato è un collettore le cui perdite aumentano appena quando lavora a temperature più alte, ed è esattamente ciò che esprimono i bassi valori di a1 e a2 nei suoi parametri di rendimento.
Heat pipe o flusso diretto: che cosa c'è dentro i tubi?
Predominano due costruzioni. In un tubo heat pipe, un tubo di rame sigillato contiene una piccola carica di fluido che evapora sull'assorbitore caldo, sale e condensa in un bulbo inserito nel collettore di testa, un collegamento «a secco» che consente di sostituire un singolo tubo senza svuotare il circuito. I tubi heat pipe richiedono un'inclinazione minima di installazione, in genere 20–30°, perché il condensato possa tornare indietro. In una configurazione a flusso diretto (tubo a U), nel singolo tubo circola il fluido termovettore dell'impianto stesso, il che consente il montaggio su tetti piani e facciate ma rende la sostituzione del tubo un intervento a umido.
Quando un tubo sottovuoto supera un collettore piano?
Ogni volta che il collettore deve lavorare a una temperatura molto superiore a quella dell'aria esterna. Poiché le perdite sono così basse, i collettori a tubi continuano a funzionare con differenze di temperatura di 60–100 K, dove la resa di un collettore piano è calata nettamente.
| Proprietà | Tubi sottovuoto | Collettore piano |
|---|---|---|
| Dispersione termica a1 | ≈ 1 – 2 W/m²K | ≈ 3 – 4 W/m²K |
| Rendimento ottico η0 (area lorda) | ≈ 0,45 – 0,65 | ≈ 0,75 – 0,82 |
| Temperatura di stagnazione | Fino a ≈ 300 °C | 160 – 200 °C |
| Punti di forza | Calore di processo, raffrescamento solare, climi freddi, obiettivi oltre 70 °C | Acqua calda sanitaria, impianti combinati, costo, robustezza |
Per la normale acqua calda sanitaria a 45–60 °C nella maggior parte dell'Europa, entrambe le tecnologie offrono una resa annua simile per metro quadrato lordo e il collettore piano di solito vince sul prezzo; il confronto completo è in collettori piani o a tubi sottovuoto. A livello mondiale i tubi sottovuoto dominano la capacità installata: la maggior parte dei 544 GWth di capacità solare termica del mondo (IEA SHC, dati 2024) è costituita da collettori a tubi del mercato cinese, mentre in Europa le installazioni restano prevalentemente a collettori piani.
Quali sono gli svantaggi pratici?
Il principale è la stagnazione. Temperature fino a 300 °C nel collettore di testa sollecitano il fluido glicolato e richiedono componenti per alte temperature e un attento dimensionamento del vaso di espansione: vedere temperatura di stagnazione. Un altro è la neve: poiché il vetro esterno resta freddo (conseguenza dell'ottimo isolamento), la neve non si scioglie e non scivola via dalle batterie di tubi come accade su un collettore piano caldo. I singoli tubi possono rompersi per un urto, anche se la cosa vale in entrambi i sensi: un tubo rotto si sostituisce in pochi minuti, mentre un danno al vetro di un collettore piano comporta la sostituzione del pannello. Infine, il vuoto stesso è un componente che deve durare.
Quanto dura il vuoto?
I tubi di qualità mantengono il vuoto per 15–20 anni e oltre. Ogni tubo contiene un «getter» al bario, un sottile deposito metallico vaporizzato all'interno del vetro che assorbe le molecole di gas residue e funge anche da indicatore: aspetto a specchio argentato significa vuoto integro, bianco lattiginoso significa vuoto perso e tubo da sostituire. La durabilità e le prestazioni del vuoto sono verificate nelle prove EN ISO 9806 e i parametri certificati di ogni modello sono pubblicati nel database Solar Keymark.
Domande frequenti
I tubi sottovuoto funzionano meglio dei collettori piani in inverno?
A temperature ambiente sotto zero, la loro bassa dispersione termica conserva più resa a una data irradianza, quindi sì per temperature di erogazione elevate. Una copertura nevosa persistente può invertire il vantaggio, perché le batterie di tubi smaltiscono la neve peggio dei collettori piani.
Posso sostituire un singolo tubo rotto?
Sì. I tubi heat pipe si inseriscono nel collettore di testa con un collegamento a secco e si sostituiscono singolarmente senza svuotare il circuito solare. Anche i tubi a flusso diretto sono sostituibili, ma richiedono di svuotare e riempire di nuovo il circuito.
Come capisco che un tubo ha perso il vuoto?
Osservare la macchia del getter all'estremità del tubo: un vuoto integro la mantiene a specchio argentato; l'esposizione all'aria la rende bianco lattiginosa. Un getter bianco o una condensa visibile all'interno del tubo significano che quel tubo non isola più e va sostituito.
Vale la pena scegliere i tubi sottovuoto per l'acqua calda sanitaria?
Per l'acqua di rubinetto a 45–60 °C nella maggior parte dei climi europei, i collettori piani offrono una resa annua comparabile per metro quadrato lordo a un costo inferiore. I tubi giustificano il sovrapprezzo dove le temperature obiettivo superano circa 70 °C, in inverni rigidi o per calore di processo e raffrescamento solare.