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fotovoltaico e pompa di calore

Fotovoltaico e Pompa di Calore

Fotovoltaico E Pompa Di Calore: + Risparmio Energetico + Performance

Negli ultimi anni, il passaggio ai pannelli fotovoltaici ha contribuito notevolmente al risparmio energetico a fronte di performance sempre più elevate. Tanto che, grazie all’autoconsumo, il ritorno dell’investimento si è ridotto insieme ai costi in bolletta. Particolari strategie come Fotovoltaico e pompa di calore integrati migliorano ulteriormente la situazione in termini di risparmio, prestazioni ed efficienza energetica senza contare la riduzione dell’impatto ambientale.

Questo focus è incentrato sui vantaggi in termini di consumo ed efficienza dell’uso integrato di impianti fotovoltaici con accumulo e pompe di calore sia per il riscaldamento sia per il raffreddamento delle abitazioni. L’utilizzo combinato delle due tecnologie presenta anche svantaggi che illustreremo.

Come funziona questa integrazione sinergica? Quali aspetti considerare in fase di progettazione e gestione di un immobile?

Fotovoltaico e pompa di calore integrati: perché conviene?

Prima di descrivere come funziona una pompa di calore e un impianto fotovoltaico, andiamo dritti al sodo. Perché conviene combinare i due impianti?

La sinergia Fotovoltaico e pompe di calore permette di sfruttare al massimo l’energia solare accumulando l’elettricità prodotta da entrambi. A fronte di una maggiore efficienza energetica si riducono i costi in bolletta nel massimo rispetto per l’ambiente.

I pannelli solari fotovoltaici consentono all’impianto di catturare energia solare convertendola in energia elettrica da utilizzare subito per alimentare le utenze domestiche o da accumulare e immagazzinare grazie a specifiche batterie per usarla in seguito.

Le pompe di calore sono sistemi che sfruttano il principio della trasmissione di calore da una sorgente a bassa temperatura ad una a temperatura più elevata. Si tratta di un impianto molto efficiente: sfrutta l’elettricità per raffreddare e riscaldare gli ambienti usando energia come l’aria esterna e serve a produrre acqua calda sanitaria.

Grazie all’integrazione dei due sistemi è possibile ottimizzare l’autoconsumo dell’energia solare. Durante le ore diurne, i pannelli fotovoltaici producono energia elettrica, in parte utilizzabile per alimentare la pompa di calore. L’energia elettrica non utilizzata, ovvero in eccesso, si può immagazzinare nelle batterie del sistema fotovoltaico con accumulo: in tal modo, potrà essere usata di notte oppure in giornate con irraggiamento solare scarso o assente. Risultato: si riducono i costi energetici insieme al prelievo di energia dalla rete elettrica tradizionale, aumenta l’efficienza, si riducono le emissioni di gas serra per un futuro più sostenibile.

Progettare soluzioni integrate dei due sistemi è compito di professionisti del settore, specializzati e competenti. Sono tanti i fattori da considerare in fase di progettazione, tra cui:

  • superficie disponibile;
  • posizione geografica dell’impianto fotovoltaico;
  • grado di inclinazione dei pannelli solari;
  • temperatura ambientale media;
  • corretto dimensionamento della pompa di calore e dell’impianto fotovoltaico con accumulo per ottenere un rapporto bilanciato tra produzione e consumo di energia.

Integrare un impianto fotovoltaico con una pompa di calore permette di incrementare l’efficienza energetica della casa con costi energetici minimi grazie ad un’unica soluzione per produrre energia elettrica e termica.

Impianto fotovoltaico: come funziona?

I pannelli solari dell’impianto fotovoltaico trasformano la radiazione solare in energia elettrica.

Le soluzioni offerte dal settore Fotovoltaico equivalgono a tre differenti tipologie di pannelli:

  1. monocristallini, costituiti da singoli cristalli in silicio ad elevata purezza. Garantiscono maggior durata e un’efficienza energetica superiore;
  2. policristallini, con più cristalli di silicio aggregati tra loro. Costano meno, offrono una resa inferiore rispetto ai monocristallini. Ciò non toglie che assicurino buone prestazioni in condizioni di illuminazione diffusa ed un ottimo rapporto qualità/prezzo;
  3. a film sottile, caratterizzati da una lastra di silicio amorfo (o altri materiali innovativi). Questa lastra subisce un trattamento allo scopo di aumentare la conducibilità. Sono in grado di lavorare in condizioni di basso irraggiamento diffuso.

Gli impianti fotovoltaici sono composti da:

  • moduli che catturano l’energia solare;
  • strutture di sostegno sia per sorreggerli sia per orientarli;
  • quadro di campo che ha due funzioni: proteggere dai sovraccarichi e gestire le varie stringhe;
  • inverter che converte l’energia elettrica generata dai moduli in corrente alternata;
  • sistemi di accumulo che permettono di immagazzinare l’energia prodotta in eccesso e di utilizzarla in un secondo momento, quando l’impianto non è attivo;
  • sistemi di monitoraggio grazie ai quali è possibile controllare da remoto l’impianto e il suo andamento di produzione per migliorarne l’efficienza.

I sistemi fotovoltaici possono essere connessi alla rete elettrica locale (con la possibilità di vendere energia prodotta in eccesso) oppure isolati dalla rete, indipendenti.

Pompa di calore: come funziona?

Le pompe di calore sfruttano diverse fonti di calore ambientale (aria, acqua, terreno) disponibili gratuitamente in quantità illimitata. Inizialmente, la loro temperatura è troppo bassa, ecco perché la pompa di calore sfrutta un ciclo termodinamico per incrementare la temperatura e riscaldare dell’ambiente. Il processo con cui passa da una temperatura bassa ad una temperatura più alta prende il nome di ‘ciclo frigorifero’ in quanto si applica anche ai frigoriferi. Mentre, però, il frigo estrae il calore dall’interno per mantenerlo fresco rilasciandolo nell’ambiente circostante, la pompa di calore fa esattamente il contrario. Estrae calore dall’ambiente esterno allo scopo di riscaldare l’interno di un’abitazione. Si tratta di un processo basato sull’effetto Joule-Thomson secondo cui la temperatura dei gas varia durante un’espansione o compressione senza aggiungere energia esterna.

La pompa di calore si può installare in abitazioni nuove o adattarsi ad impianti di riscaldamento già esistenti. Più i componenti sono di qualità, maggiore sarà l’efficienza e la durata dell’impianto.

Sono 5 le componenti principali delle pompe di calore: compressore, evaporatore, condensatore, valvola di espansione e liquido refrigerante. Quest’ultimo gioca un ruolo essenziale nel processo del sistema in quanto:

  • assorbe calore ambientale nell’evaporatore prima di evaporare;
  • in stato gassoso viene compresso e riscaldato nel compressore;
  • rilascia calore ad un accumulatore di calore nel condensatore per riscaldare la casa;
  • torna allo stato liquido passando per la valvola di espansione.

Pompe di calore: tipologie e misurazione dell’efficienza

Tra le varie tipologie di pompe di calore, spiccano i sistemi split e monoblocco.

Nel monoblocco, come suggerisce il nome, i componenti fanno parte di un’unica unità. In questo modo, oltre a rendere l’installazione più semplice, si riducono i costi.

Nei sistemi split, i componenti sono distribuiti su 2 unità per una maggiore flessibilità. Per l’installazione, però, sono necessari interventi più complessi.

Le pompe di calore possono operare in modalità monovalente o bivalente ovvero, rispettivamente, usando una sola fonte di energia o diverse soluzioni di riscaldamento.

L’efficienza è misurabile grazie al COP (coefficiente di prestazione): indica il rapporto tra calore generato ed elettricità consumata. Più elevato è il COP, maggiore sarà l’efficienza della pompa di calore.

Impianto fotovoltaico e pompa di calore: vantaggi dell’uso integrato

La combinazione dell’impianto fotovoltaico con la pompa di calore comporta almeno 4 vantaggi;

  • maggiore efficienza energetica del sistema in quanto l’elettricità generata dai pannelli solari alimenta direttamente la pompa di calore, quindi riduce la dipendenza dalla rete elettrica tradizionale;
  • risparmio sui costi dell’energia a lungo termine: il ritorno dell’investimento per l’installazione dell’impianto è dato dalla riduzione dei costi operativi;
  • indipendenza energetica resa possibile dal sistema di accumulo dell’energia nelle batterie che permette di usare l’energia prodotta nei periodi di scarsa luminosità o in caso di blackout;
  • impatto ambientale ridotto in quanto diminuisce la dipendenza da fonti energetiche fossili.

Fotovoltaico e pompa di calore: svantaggi dell’uso integrato

Insieme ai vantaggi, per una scelta consapevole, segnaliamo anche gli svantaggi dell’integrazione fotovoltaico/pompa di calore:

  • sistema complesso che richiede particolare attenzione per la progettazione e l’installazione, una gestione e manutenzione adeguata che potrebbe comportare costi aggiuntivi;
  • elevati costi iniziali per installare il sistema combinato. L’investimento, però, viene ammortizzato dai vantaggi a lungo termine elencati prima e dal risparmio sui costi energetici;
  • spazio necessario per installare il sistema e sufficiente esposizione solare;
  • dipendenza dalle condizioni atmosferiche per l’efficienza del sistema. Nelle giornate scarsamente illuminate o nuvolose, la produzione di energia potrebbe essere limitata ma non dimentichiamo il sistema di accumulo.
Francesco Ciano

Francesco CIANO

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