Un rivestimento selettivo è la superficie ottica applicata a un assorbitore solare che assorbe il 94–95% della luce solare incidente riemettendone solo il 4–5% sotto forma di radiazione infrarossa termica. Sopprimendo le perdite radiative, mantiene efficiente il collettore quando lavora a temperature più alte ed è la principale differenza tra un collettore moderno e uno verniciato di nero.
Come funziona un rivestimento selettivo?
Un rivestimento selettivo sfrutta il fatto che la luce solare e la radiazione termica occupano lunghezze d'onda diverse. La radiazione solare arriva soprattutto tra 0,3 e 2,5 µm; un assorbitore caldo riemette nell'infrarosso termico, all'incirca da 2,5 a 50 µm. Il rivestimento è progettato per essere quasi nero nella banda solare (assorbanza α di 0,94–0,95) e quasi uno specchio nella banda infrarossa (emissività ε di 0,04–0,05). L'assorbitore cattura quindi quasi tutta l'energia in ingresso ma ne riemette solo un ventesimo rispetto a una normale superficie nera, ed è ciò che consente a un collettore vetrato di fornire acqua a 60–90 °C con un rendimento utile.
Rivestimento selettivo o vernice nera: qual è la differenza?
La vernice nera assorbe la luce solare quasi altrettanto bene di un rivestimento selettivo, e poi disperde di nuovo l'energia. La sua emissività nell'infrarosso di 0,85–0,90 significa che le perdite radiative crescono rapidamente con la temperatura, limitando un assorbitore verniciato a basse temperature di esercizio.
| Superficie | Assorbanza α | Emissività ε | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| Vernice nera opaca | 0,90 – 0,95 | 0,85 – 0,90 | Assorbitori per piscine, pannelli non vetrati |
| Cromo nero (galvanico) | 0,92 – 0,95 | 0,10 – 0,15 | Collettori di generazione precedente |
| Cermet depositato per sputtering (classe TiNOx) | 0,94 – 0,95 | 0,04 – 0,05 | Moderni collettori piani, tubi sottovuoto, PVT |
Il risultato pratico: a una temperatura di esercizio superiore di 50 K a quella ambiente, un collettore piano con rivestimento selettivo conserva gran parte della resa dove un equivalente verniciato di nero è già sceso a un rendimento marginale.
Di che cosa sono fatti i rivestimenti selettivi e come si applicano?
I rivestimenti moderni sono cermet, strati compositi ceramica-metallo spessi poche centinaia di nanometri, depositati su nastro di rame o alluminio mediante sputtering magnetron (PVD) in linee continue sotto vuoto da bobina a bobina. I sistemi a base di titanio di tipo TiNOx sono i più noti; uno strato superiore antiriflesso massimizza la trasmissione della luce solare nell'insieme. Le tecnologie precedenti, il cromo nero galvanico e l'alluminio anodizzato pigmentato al nichel, ottenevano una buona assorbanza ma un'emissività più alta, e lo sputtering le ha sostituite nei collettori di qualità perché è più costante, più durevole e privo di chimica galvanica.
I rivestimenti selettivi si degradano nel tempo?
I rivestimenti di qualità sono progettati per l'intera vita utile del collettore. La norma dedicata ISO 22975-3 sottopone campioni di rivestimento a invecchiamento accelerato (cicli di temperatura elevata, umidità e condensa) per dimostrare 25 anni di servizio senza deriva ottica significativa, e la stabilità del rivestimento viene sollecitata di nuovo nelle prove di stagnazione ed esposizione della EN ISO 9806. Gli impianti in esercizio lo confermano: i collettori piani di qualità raggiungono abitualmente i 25 anni di servizio sulle superfici originali dell'assorbitore. Ciò che degrada prematuramente un rivestimento non è il sole ma l'umidità che ristagna all'interno di una cassa mal ventilata o danneggiata: uno dei motivi per cui le casse dei collettori hanno aperture di ventilazione predefinite.
Quali valori del rivestimento controllare prima dell'acquisto?
Controllare assorbanza, emissività e il conseguente rendimento ottico. Le schede tecniche affidabili indicano esplicitamente α ed ε; la scheda tecnica Solar Keymark mostra poi ciò che offrono come prestazione certificata: rendimento ottico η0 di 0,75–0,82 per un buon collettore piano, insieme ai coefficienti di dispersione termica. Un collettore la cui coppia α/ε è peggiore di circa 0,94/0,05 spreca prestazioni che non costerebbe nulla ottenere con una specifica corretta, quindi la classe del rivestimento è uno dei controlli di qualità più rapidi che un acquirente possa fare.
Domande frequenti
Perché gli assorbitori solari sono blu e non neri?
La tonalità blu scuro è un effetto di interferenza ottica degli strati cermet depositati per sputtering e antiriflesso. La superficie è di fatto nera in tutto lo spettro solare (assorbe il 94–95% della luce solare) anche se l'occhio vede il blu.
Un rivestimento selettivo aiuta nelle giornate nuvolose?
Sì. Il rivestimento assorbe la radiazione diffusa esattamente come la luce solare diretta e la sua bassa emissività conta ancora di più quando il collettore lavora caldo con irradianza debole. Il vantaggio di assorbanza/emissività vale con qualsiasi tempo.
Un rivestimento selettivo può sopravvivere alla stagnazione?
Deve: le prove di esposizione e stagnazione della EN ISO 9806 verificano esattamente questo. I rivestimenti cermet di qualità sono stabili ben oltre le temperature di stagnazione dei collettori piani di 160–200 °C e le varianti per tubi resistono a stagnazioni dei tubi sottovuoto prossime a 300 °C.
Che cos'è il TiNOx?
TiNOx è un nome commerciale molto diffuso per i rivestimenti cermet a base di titanio depositati per sputtering, con assorbanza intorno a 0,95 ed emissività intorno a 0,04–0,05. È diventato sinonimo dell'intera classe dei moderni rivestimenti selettivi PVD.