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I sistemi termico-fotovoltaici per gli edifici a energia quasi zero

Il mercato europeo dei sistemi che combinano fotovoltaico e solare termico (collettori PVT) è in crescita. Il recente interesse per questi sistemi è oggi legato soprattutto alla forte domanda di edifici a energia quasi zero. I principali ostacoli tecnici ad una più ampia diffusione.

Il mercato dei sistemi che combinano fotovoltaico e solare termico (collettori PVT) è in crescita e conta già numerosi produttori in Europa.

Questo è uno dei principali messaggi del workshop internazionale organizzato dal Fraunhofer ISE il 16 maggio 2018 a Friburgo. L'evento, svoltosi nell'ambito del Task 60 del ‘Solar Heating and Cooling Programme’ dell’Agenzia Internazionale per l’Energia (‘Application of PVT Collectors e New Solutions in HVAC Systems’) ha visto la partecipazione di 15 relatori, che hanno aggiornato i circa 60 partecipanti sui progressi realizzati su prodotti e attività di ricerca nel campo dei sistemi PVT.

Le relazioni del workshop di Friburgo, focalizzato esclusivamente sui sistemi FV, hanno evidenziato dunque come la domanda di mercato per tali soluzioni tecnologie sia in forte crescita, fatto testimoniato anche dalle tante start-up e dai numerosi produttori specializzati che offrono prodotti per un'ampia varietà di applicazioni residenziali, commerciali e industriali.

La maggior parte dei collettori PVT è del tipo ‘unglazed’, vale a dire non dotati di una copertura trasparente, e viene utilizzata in combinazione con pompe di calore, sebbene esistano esempi di collettori vetrati (come i collettori solari termici tradizionali) e persino più di qualche esempio di sistema a concentrazione.

I collettori possono essere suddivisi in tre categorie principali in base all'intervallo di temperatura del calore prodotto: basso (da 0 a 50 °C), medio (da 30 a 80 °C) e alto (fino a 180 °C).

L’aumento nel numero di produttori che offrono soluzioni PVT è stato costante negli ultimi anni: Corry de Keizer, capo progetto presso il Solar Energy Application Center in Olanda ha sottolineato che, solo nel suo Paese, più di 54 prodotti PVT sono disponibili sul mercato europeo.

“Una cifra così elevata dimostra che l'innovazione è a un ottimo livello in questo settore. Allo stesso tempo, però, resta una certa volatilità, dal momento che il mercato del PVT è ancora in una fase iniziale”, ha affermato Jean-Christophe Hadorn, leader del Task 60.

Il rapporto “PVT Benchmark”, pubblicato a marzo 2018 dall’organizzazione olandese, contiene non solo una lista di fornitori, comprese le foto dei loro prodotti e i link ai loro siti web, ma anche 32 aziende che hanno chiuso la loro offerta di sistemi PVT.

Soluzioni per edifici a energia quasi zero

De Keizer ha poi affermato che, a partire dagli anni ‘90, i ricercatori hanno realizzato diversi progetti PVT nei Paesi Bassi, ma con un successo commerciale molto limitato. Il rinnovato interesse per il PVT è ora principalmente legato alla forte domanda di edifici a energia quasi zero e alla sempre più negativa immagine del gas naturale anche a causa della notizia di un terremoto in un sito di estrazione nel nord del paese nell’agosto 2012.

Il prezzo medio del PVT indicato nella presentazione di de Keizer è di 300 €/m², circa il 10% in meno rispetto al caso in cui si acquistassero separatamente i collettori solari termici per 220 €/m² e i moduli fotovoltaici per 120 €/m².

De Keizer, inoltre, ha elencato i principali ostacoli tecnici ad una più ampia diffusione degli impianti PVT, vale a dire la maggiore complessità di progettazione e installazione, la difficile ottimizzazione dei collettori e la ancora dubbia affidabilità a lungo termine.

Da ultimo, è stata sottolineata la mancanza di adeguati standard per supportare il settore e per convincere clienti e installatori dei vantaggi di questa tecnologia.

Aumento dello scambio termico

Nella sua presentazione, poi, Manuel Lämmle, dell’istituto Fraunhofer ISE, si è concentrato sui principali obiettivi di ricerca nella progettazione di sistemi PVT innovativi.

Il primo obiettivo, ha detto, è stato quello di aumentare le prestazioni dei collettori PVT mediante rivestimenti a bassa emissività. È stato dimostrato, infatti, che le perdite di calore per irraggiamento potrebbero essere ridotte dell’80%, il che aumenterebbe notevolmente l’efficienza termica. Resta, tuttavia, il problema della minore efficienza elettrica, che calerebbe di circa il 3% e, inoltre, un maggior rischio di surriscaldamento dei collettori.

Il secondo obiettivo, poi, è quello di migliorare il trasferimento di calore all'interno degli assorbitori dei collettori PVT per ridurre la temperatura operativa delle celle fotovoltaiche e, quindi, aumentare l'efficienza di conversione. La laminazione di celle fotovoltaiche su fogli di metallo, senza ulteriori lamine adesive o strati isolanti di aria, potrebbe aumentare il coefficiente di trasmissione del calore tra 80 e 126 W/m²K, mentre l’incollaggio lo porterebbe a valori tra 20 e 30 W/m²K (si veda il grafico sotto).

 

Maggiori informazioni: Task 60