Pannelli SolariTermici, manutenzione, rimedi e consigli per un impianto sempre funzionante ed efficiente
L'impianto solare termico costituito dai pannelli solari (collettori) e dall'accumulo di acqua calda (serbatoio) può funzionare benissimo per molti anni ed è sufficiente seguire poche ma chiare regole.
Requisiti iniziali da verificare
Dopo aver accertato che l'impianto sia dotato di una efficienza di almeno 0,35 e che sia orientato e inclinato in modo adeguato, passiamo ad esaminare i fattori tecnici e i controlli utili a preservare il perfetto funzionamento del sistema.
Corrosione galvanica del bollitore
L'acqua ha una naturale forza corrosiva e per proteggere il bollitore (serbatoio di accumulo dell'acqua calda) al suo interno i fabbricanti inseriscono un anodo sacrificale di magnesio, vedi foto. |
| Fig.4 - anodo sacrificale al magnesio |
Nella prossima immagine di figura 5 si vede l'interno di un bollitore, inquadrato dall'alto con al centro l'anodo di magnesio che ha il compito di proteggere il bollitore dalla corrosione. Infatti si chiama sacrificale perché attira su di se le cariche elettrolitiche che causano la corrosione e fin quando l'anodo si corrode il bollitore resterà integro, ma quando sarà del tutto consumato inizierà la corrosione delle pareti metalliche fino all'apertura di fori dall'interno verso l'esterno. Nessun tipo di rivestimento interno o trattamento superficiale, vetrificazione, porcella, membrane polimeriche ecc. è in grado di bloccare la corrosione, possono solo rallentarla.
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| Fig.5 - Vista interna di bollitore con anodo sacrificale funzionante e in buone condizioni |
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| Fig.6 - Foro di corrosione interno con ruggine |
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| Fig.7 - Foro di corrosione di fig.6 ripulito dalla ruggine |
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| Fig.8 - Foro di corrosione di fig. 6 vista esterna |
Per cui nel caso di mancata sostituzione dell'anodo dopo qualche anno di funzionamento (anche fino a 5 o 6 anni) il bollitore si può forare e a questo punto il sistema perde acqua senza possibilità di essere riparato, poiché le saldature sono inquinati e renderebbero l'acqua non potabile. La sostituzione del bollitore in molti casi non è economicamente conveniente specialmente per gli impianti a circolazione naturale.
Il rimedio da attuare è la verifica e sostituzione periodica dell'anodo sacrificale al magnesio, il controllo deve essere fatto ogni anno o due al massimo.
L'anodo ha la forma di un vitone inserito nel bollitore solare. Tutti i bollitori nuovi ne sono già dotati e nella documentazione del sistema troverete sempre le istruzioni con la posizione dell'anodo. Quindi con una frequenza annuale nel periodo tra aprile e maggio si deve svitare l'anodo e controllare il grado di degradazione. Se la sua lunghezza è minore di 10 cm dovrà essere sostituito nell'arco di tre mesi. Se è completamente consumato o al massimo ha una lunghezza di 3 cm allora la sostituzione deve essere immediata.
L'anodo di ricambio ha un prezzo variabile dai 20 ai 40 € a seconda della tipologia e dalle dimensioni, non è difficile da acquistare e spesso si trovano delle confezioni da più pezzi: anodo al magnesio kit 3 pezzi
Nel caso di impianti a circolazione forzata è possibile utilizzare uno speciale dispositivo elettronico che svolge le stesse funzioni dell'anodo, ma con il grande vantaggio di non dover essere sostituito periodicamente, inoltre è dotato di un sistema di controllo che segnala un eventuale guasto, stiamo parlando dell' anodo a corrente impressa
Il calcare
La seconda causa di malfunzionamento degli impianti solari termici è il calcare. Tutte le acque hanno una loro caratteristica quantità di calcare, ma in alcune è minima in altre è molto alta. Nelle zone dove la durezza dell'acqua (concentrazione di calcare) è media o alta è necessario prendere dei provvedimenti.
Il calcare danneggia il sistema in due modi diversi che agiscono contemporaneamente.
Il primo è l'accumulo all'interno del bollitore, ossia le particelle di calcare negli anni sedimentano sul fondo creando un ammasso duro è difficile da rimuovere, il calcare aumenta di volume togliendo spazio all'acqua calda all'interno del sistema che tende a diminuire. In zone oltre i 30° f un accumulo di 150 litri dopo 10 anni di utilizzo può contenere circa 70 kg di calcare.
Il calcare danneggia il sistema in due modi diversi che agiscono contemporaneamente.
Il primo è l'accumulo all'interno del bollitore, ossia le particelle di calcare negli anni sedimentano sul fondo creando un ammasso duro è difficile da rimuovere, il calcare aumenta di volume togliendo spazio all'acqua calda all'interno del sistema che tende a diminuire. In zone oltre i 30° f un accumulo di 150 litri dopo 10 anni di utilizzo può contenere circa 70 kg di calcare.
Il secondo meccanismo di malfunzionamento è dovuto al calcare che agisce da isolante termico. Quando le incrostazioni aderiscono alle superfici di scambio termico, attraverso le quali il sistema solare riscalda l'acqua, il calcare rallenta la trasmissione del calore causando l'abbassamento della temperatura massima che l'impianto può raggiungere.
Questi due effetti sono quasi sempre contemporanei, per cui il risultato finale è l'effetto della loro moltiplicazione. Combinando la sottrazione di volume utile del bollitore e la contemporanea diminuzione della temperatura interna, l'impianto può dimezzare l'efficienza in meno di dieci anni e dopo quindici anche se tecnicamente funzionante il suo utilizzo potrebbe risultare praticamente inutile.
La soluzione da adottare in questo caso è la prevenzione, ossia impedire che le incrostazioni si solidifichino per più di tre anni consecutivamente, poiché in questo caso sarà più difficile rimuoverle. La maggior parte degli impianti solari sono costituiti da bollitori dotati di una flangia (tappo piatto) di ispezione che apre un'apertura con diametro variabile dai 10 ai 30 cm a seconda della grandezza e del tipo di bollitore. Tramite la flangia di ispezione è possibile valutare l'accumulo di calcare e rimuoverlo, ma l'ispezione deve essere fatta al massimo ogni due anni poiché le incrostazioni troppo vecchie sono difficili da rimuovere e possono danneggiare il sistema.
La migliore soluzione è un sistema anti-calcare capace di impedire dal principio la formazione delle incrostazioni. I rimedi solitamente utilizzati per combattere il calcare sono i polifosfati (sali alimentari), gli addolcitori con resine a scambio ionico e i più innovativi sistemi a elettro-impulsi, da non confondere con l'anticalcare magnetico elettrico o a magnete permanente.
I polifosfati sono dei sali in forma di polvere o granuli contenuti in cartucce dosatrici, come quelli utilizzati con le caldaie a gas, ma non sono adatti per l'uso con accumuli di acqua calda o con bollitori, poiché la permanenza per periodi anche di 5 o 10 minuti ad alta temperatura, già a 40 °C, degrada i sali che perdono la loro funzione anti-calcare.
L'addolcitore è una macchina costituita da una colonna (bombola) contenete una membrana a scambio ionico capace di catturare completamente il "calcare" ma il buon funzionamento del sistema richiede obbligatoriamente la ricarica di sale (diversi chili) ogni due o tre settimane, la manutenzione annuale con la verifica della taratura e la sostituzione ogni cinque/dieci anni circa della colonna contenente la resina a scambio ionico, che rappresenta circa il 70% del valore. Per questa serie di motivi può accadere che l'acquisto dell'addolcitore si trasforma in uno spreco, perché le continue attenzioni e spese che richiede fanno si che nel tempo venga abbandonato.
Una soluzione molto valida è l'anti-calcare a elettro-impulsi per acqua domestica (da non confondere assolutamente con il sistema a magnete permanente, anche se simili nella forma e nel tipo di azione). L'anti-calcare elettronico ha un effetto migliaia di volte più intenso e persistente di quello a magnete, può essere installato facilmente funzionando per molti anni in completa autonomia, senza ricariche o manutenzione. Rispetto ad un addolcitore ha un efficienza dell'80-90% nel preservare tutte le apparecchiature idrauliche dal calcare, ma ha il grande vantaggio di non richiedere nessuna attenzione per tutto il suo ciclo di vita, oltre ad un prezzo iniziale di acquisto e installazione molto più favorevole. Esistono diversi modelli di questo particolare decalcificatore per acqua domestica, un esempio è l' anticalcare elettronico - decalcificatore elettro impulsi.
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| Anti-calcare elettronico domestico a elettro-impulsi |
Protezione dal gelo
Il principio di funzionamento del sistema solare si basa sulla trasmissione di energia termica all'acqua da riscaldare, per far questo si utilizza un fluido termo-vettore che trasferisce il calore dal pannello solare (collettore) all'accumulo d'acqua (boiler o bollitore). Nei sistemi tradizionali il fluido termo-vettore spesso è costituito da una miscela di acqua e glicole propilenico, contenuta in un circuito chiuso come in figura 9, ossia in un percorso ripetitivo dalla quale non può uscire e per questo si chiama "acqua tecnica". Una volta caricato il circuito il fluido al suo interno percorre ripetitivamente sempre lo stesso ciclo. Nei collettori si riscalda guadagnando calore, quindi viaggia raggiungendo l'accumulo dove muovendosi all'interno dello scambiatore (serpentina, intercapedine, ecc..) si raffredda cedendo calore all'acqua sanitaria, poi ritorna ai collettori per ripetere il ciclo. Il fluido non entra mai in contatto diretto con l'acqua sanitaria perché lo scambio di energia avviene attraverso una superficie chiusa, come quella di un tubo (serpentina) immersa nell'accumulo o una doppia parete (intercapedine) che lo avvolge.
Fig. 9 - Circuito solare, percorso del fluido termo-vettore
Da quanto detto in precedenza discende che nei collettori solari esposti all'aperto sopra i tetti o a terra circola dell'acqua tecnica, che se priva di antigelo può rappresentare uno dei peggiori pericoli per l'impianto solare. Nelle zone molto fredde questo problema difficilmente verrà trascurato, ma in quelle a clima più caldo può produrre i maggiori danni. Nelle regioni meridionali la temperatura raggiunge 0 °C per brevi periodi è va sotto zero raramente di conseguenza si sottovaluta l'uso dell'antigelo. Può accadere con una frequenza variabile tra i 5 e 10 anni di avere degli inverni anomali con temperature molto più basse rispetto a quelle medie attese, come quello del gennaio 2012. Ad esempio consideriamo una città dal clima caldo come Trapani dove le temperature invernali sono moderate grazie alla sua posizione geografica posta all'estremità occidentale della Sicilia. La temperatura più bassa registrata nel mese di Gennaio del 2007 è stata di 4,6 °C, di 3 °C nel 2008, 7 °C nel 2009, 6 °C nel 2010 e di 3 °C nel 2011, ma nel 2012 sono stati registrati 0 °C per due volte nel mese di Gennaio, il giorno 2 e 27.
Dai questi semplici dati è facile comprendere che anche in regioni considerate prive del rischio di gelo vanno adoperate le giuste precauzioni, che hanno un costo molto minore degli eventuali danni da gelo. Una tanica di 10 kg di antigelo concentrato costituito da glicole propilenico (atossico) costa all'incirca 75 €, ma in sua mancanza i collettori e tutte le apparecchiature esposte al gelo con la formazione del ghiaccio al loro interno si possono danneggiare irrimediabilmente con un danno di centinaia o migliaia di Euro.
Tutti i produttori di sistemi solari forniscono gratuitamente una tanica di glicole con il sistema solare, per cui si deve verificare che venga utilizzato correttamente da parte degli installatori. Il glicole propilenico deve essere miscelato con acqua in una percentuale di almeno il 30% (30 parti di glicole e 70 di acqua) con questa percentuale il fluido può raggiungere i -12 °C senza congelare. La concentrazione del 30% non deve essere ritenuta eccessiva nelle zone più calde perché solo con questa percentuale il glicole può svolgere anche un'altra importante funzione, proteggere le tubazioni di rame o acciaio del circuito solare, delle serpentine e dei collettori dalla corrosione interna.
L'acqua tecnica grazie alle elevate temperature che raggiunge aumenta il suo potere corrosivo consumando dall'interno le tubazioni in cui si muove, ma il glicole fa da tampone neutralizzando l'effetto corrosivo.
Il glicole-propilenico miscelato con l'acqua tecnica va incontro ad una moderata degradazione causata dalle elevate temperature che degradano le sue molecole di propandiolo ed il fluido termo-vettore gradualmente perde le sue proprietà di antigelo e anti-corrosivo. Per cui ogni 3 o 4 anni è consigliato verificare la concentrazione del glicole con un rifrattometro e rabboccare la quantità necessaria per raggiungere la giusta percentuale. Nelle situazioni più semplici o con impianti domestici può convenire la sostituzione di tutto il fluido una volta ogni quattro anni, evitando così di dover ricorre ai servizi di un tecnico specializzato, in questo caso è sufficiente possedere una semplice pompa di caricamento manuale (fig. 10) per poter fare tutto in autonomia. La pompa di caricamento manuale ha un costo molto inferiore a quello delle pompe elettriche e può essere fissata a parete, un esempio di questo prodotto può essere visualizzato nell'immagine qui sotto.
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| Fig. 10 - Pompa manuale caricamento impianto solare |
Controllo pressione
Nei sistemi a circolazione forzata è molto importante che la pressione del circuito dei collettori sia sempre conforme a quella prescritta da produttore. In genere si richiede una pressione a freddo (primo caricamento o tre ore dopo il tramonto) tra 1,3 e 1,5 bar più 0,1 bar per ogni metro di dislivello tra i collettori e il bollitore. Ad esempio se il bollitore si trova in garage a 10 metri dal tetto la pressione di funzionamento dovrà essere 1,5 bar più 1 bar (0,1 bar x10=1 bar), ossia 2,5 bar. Con il passare del tempo è naturale che il sistema perda pressione specialmente nei periodi più caldi, poiché aumentano le micro-perdite dovute alla sovra-pressione dell'acqua molto calda. Per cui nel primo mese di funzionamento dell'impianto la pressione a freddo va monitorata più volte per capire se ci sono delle perdite importanti e in seguito almeno una volta l'anno nel periodo estivo quando i cali possono essere più veloci. Quando la pressione è inferiore del 30% al suo valore ottimale il moto del fluido caldo dai collettori al bollitore è più lento per cui la produzione di acqua calda si riduce e i componenti del sistema possono guastarsi. Il monitoraggio della pressione si fa tramite il pressostato fornito con il gruppo di circolazione dell'impianto. Per mettere in pressione l'impianto si deve utilizzare una pompa di caricamento solare come quella vista in precedenza, figura 10.Note
Nell'acquistare il glicole per il sistema solare fare attenzione che non sia di tipo metilenico poiché è molto nocivo a differenza del tipo propilenico che è del tutto atossico e classificato come additivo alimentare, questa precauzione deve essere presa poiché nel caso di contaminazione accidentale con il passaggio dell'acqua tecnica contenente glicole metilenico nell'acqua sanitaria dell'accumulo si possono produrre danni alla salute degli utilizzatori.
Da notare che nei sistemi Heat Pipe a circolazione naturale non c'è più il circuito del fluido termo-vettore, questo meccanismo è cambiato. In questi sistemi l'acqua tecnica è stata sostituita da una miscela di liquidi chiusi in un singolo tubo di rame lungo circa 2 metri e diametro di 2 cm, che è inserito in un tubo di vetro a doppia parete sotto vuoto. L'apparato del tubo di rame-vetro è dotato di due estremità ben distinte e con funzioni diverse. Nella parte rivolta verso l'alto il tubo di vetro è aperto e quello di rame presenta una porzione finale chiamata testa, lunga circa 10-15 cm e con diametro maggiore, circa 3-4 cm. Alla parte opposta c'è il piede in cui il tubo di vetro è chiuso a bicchiere. Le teste dei tubi di rame sono messe in contatto con con la superficie di scambio termico dell'accumulo e in questo modo ogni tubo funziona come mini-collettore indipendente. Quando l'energia solare irradia l'apparato tubo rame-vetro il liquido in esso contenuto si riscalda a temperature di ebollizione, anche in pieno inverno, oltre i 130 °C. L'elevata temperatura consente la formazione di un fluido gassoso e caldo che risale fino alla testa dove trasmette il calore all'acqua contenuta del bollitore, poi il fluido si raffredda e scende verso il piede per ripetere il ciclo. Un tipico collettore Heat Pipe può essere costituito dai 15 ai 30 tubi.
