Un assorbitore fatto di alette in alluminio fissate a tubi di rame può superare una normale piastra assorbente? Questa domanda ha guidato un progetto di R&S TÜBİTAK 1707 (n. 3225044) che abbiamo condotto con Innorma R&D, la start-up di R&S di Solimpeks, da dicembre 2022 a maggio 2024. L'obiettivo: un assorbitore in grado di migliorare le prestazioni sia dei collettori termici sia di quelli ibridi PVT, rendendo al tempo stesso fattibile la produzione in loco in Turchia.
Che cosa abbiamo realizzato?
In tutto dieci prototipi:
| Gruppo di prototipi | Unità | Configurazione | | --- | --- | --- | | Collettore termico standard | 1 | Wunder ANSG 2108 (riferimento) | | Collettore PV/T standard | 1 | Solimpeks PV-T (riferimento) | | Collettori termici alettati | 4 | 7 o 9 tubi assorbitori; 150 o 315 alette | | Collettori PV/T alettati | 4 | 7 o 9 tubi assorbitori; 112 o 229 alette |
Le piastre alettate sostituiscono gli assorbitori tradizionali con alette in alluminio fissate a tubi di rame, una costruzione che può ridurre i costi e limitare l'ombreggiamento con angoli di incidenza sfavorevoli. Promette una migliore captazione del calore in modalità termica e una buona resa elettrica nel PV/T, con picchi di circa 220–250 W con buon irraggiamento, restando più leggera o compatta dove serve.
Come ha preso forma il progetto?
Il pacchetto di lavoro 1 ha riguardato la progettazione e la simulazione: modelli 3D in SolidWorks, CFD con Flow Simulation e un modello matematico in EES per prevedere i flussi di calore. Abbiamo provato configurazioni con 7, 9 e inizialmente anche 11 tubi, mettendo a punto parametri come il passo delle alette di 6 mm, con condizioni al contorno (irraggiamento di 1000 W/m², temperatura ambiente di 30 °C) scelte per riprodurre le condizioni di prova Solar Keymark. Le prime simulazioni si sono mostrate promettenti, ma hanno anche suggerito che un numero minore di alette potrebbe evitare le ombre con il sole a 45°.
Nel pacchetto di lavoro 2 i prototipi hanno preso forma: alluminio reperito per le alette, tubi di rame assemblati e celle fotovoltaiche laminate sulla struttura alettata per le versioni ibride. Il pacchetto di lavoro 3 ha perfezionato i progetti: le simulazioni con angoli obliqui hanno confermato che un numero elevato di alette proietta ombre e riduce il rendimento, quindi in alcuni casi abbiamo dimezzato il numero di alette, portandolo a 150 per il termico e 112 per il PV/T. Nei modelli, questo ha portato le differenze di temperatura in uscita da circa 2,5 °C nelle unità standard a 3,6 °C nel nostro PV/T a 9 tubi. Abbiamo anche definito le linee di produzione.
Che cosa hanno mostrato le prove all'aperto?
Nel pacchetto di lavoro 4 abbiamo installato in parallelo cinque collettori termici e cinque PV/T, facendovi circolare acqua a 0,03–0,07 kg/s e registrando irraggiamento, vento, temperature in più punti e, per il PV/T, la produzione elettrica, con dati ogni 5 secondi tramite datalogger. I collettori standard sono risultati leggermente avanti con il sole diretto, ma le versioni alettate sono passate in vantaggio con angoli obliqui, captando più calore quando la luce arriva di striscio. La produzione elettrica è rimasta stabile, con picchi fotovoltaici di 250 W a 1000 W/m², in linea con i riferimenti di Eurofins, anche se le nuvole hanno ridotto la resa durante alcune prove.
Quali sono state le lezioni più difficili?
Le simulazioni hanno individuato bene le tendenze, ma a volte hanno sovrastimato i guadagni: le prove reali hanno mostrato incrementi di temperatura minori, forse a causa del vento o di alette non uniformi. Ridurre le alette ha risolto l'ombreggiamento, ma in alcuni punti ha aggiunto peso, spingendoci a ripensare i materiali. Anche l'approvvigionamento ha richiesto prove: i rotoli di alluminio e la crimpatura di precisione hanno richiesto più iterazioni, con le prime perdite risolte regolando gli utensili. Per l'industrializzazione, un avvio graduale (prima assemblaggio manuale, poi una linea dedicata al crescere dei volumi) sembra il percorso più efficiente.
I vantaggi, però, sono stati reali. La soluzione alettata ha raggiunto una differenza di temperatura di 3–4 °C con incidenza obliqua, che può tradursi in risparmi concreti con soleggiamento variabile. Le prestazioni del PV/T sono risultate in linea con gli standard, con il potenziale di una produzione locale più economica: le nostre stime indicano un ammortamento in tre anni con vendite costanti. Un momento resta impresso: discutendo fino a tarda sera sulla densità delle alette, siamo arrivati a 112 per il PV/T dopo aver scartato un lotto più fitto, il giusto equilibrio tra costi e prestazioni. Localizzare la produzione degli assorbitori riduce inoltre la dipendenza dalle importazioni e sostiene gli obiettivi di sostenibilità, e politiche favorevoli alla produzione locale possono accelerarne l'espansione.
Chi beneficia dei collettori alettati?
Abitazioni, ospedali, hotel, fabbriche e aziende agricole: ovunque un calore affidabile sostenga attività come l'essiccazione dei raccolti o il riscaldamento delle serre senza manutenzione onerosa. Anche le imprese di installazione e le società energetiche che realizzano impianti solari sono utenti chiave, soprattutto quelle che desiderano sostituire gli assorbitori importati con prodotti locali per ridurre i costi e aumentare l'autosufficienza.
Dove sono stati pubblicati i risultati?
I risultati del PV/T sono pubblicati in un articolo sottoposto a revisione paritaria: Büker M.S., Onay A.E. (Innorma R&D) e Dağ H.I. (Solimpeks), «Comparative Thermal and Electrical Performance Analysis of PV/T Collectors with Different Finned Absorber Configurations», Journal of Climate Change (2025), doi:10.70917/jcc-2025-028. Lo studio, finanziato da TÜBİTAK, riporta che la variante PV/T a 229 alette ha un potenziale di riduzione delle emissioni di CO2 superiore del 24,48 % rispetto al progetto standard.
Cosa succederà ora?
Concluso a maggio 2024, il progetto sottolinea la nostra capacità di trasformare le idee in soluzioni solari concrete: gli assorbitori alettati possono migliorare i collettori in installazioni reali e non ideali. Partendo dalle esperienze precedenti, come i sistemi ibridi e i progetti UE, stiamo valutando integrazioni quali regolazioni più intelligenti per condizioni meteo variabili. Ci contatti se desidera maggiori dettagli o una collaborazione.
Letture di approfondimento
- Una rassegna del 2025 sui sistemi ibridi PV/T, che indica nanofluidi e PCM come strade future
- Uno studio della metà del 2025 sulle strategie di raffreddamento dei PV/T, che combina approcci sperimentali e numerici
- Un articolo della fine del 2024 su nuove soluzioni di raffreddamento per collettori PV/T
