Fotovoltaico e solare termico in un solo pannello: problemi e speranze

I pannelli solari fotovoltaici-termici, quelli che producono contemporaneamente elettricità e acqua calda, esistono da tempo, ma la soluzione non ha mai preso veramente piede. Ora però, grazie agli incentivi più generosi per la parte termica e a nuove soluzioni tecniche, questi prodotti stanno diventando più interessanti.

08/10/2013
Fotovoltaico e solare termico in un solo pannello: problemi e speranze

In teoria è l’uovo di Colombo, un uovo, fra l’altro, inventato e reinventato più e più volte, in questi ultimi anni: visto che i pannelli fotovoltaici utilizzano solo una piccola frazione della luce solare, e il resto serve solo a scaldarli, perché non utilizzare anche il calore che emettono per produrre acqua calda? Si otterrebbero così impianti fotovoltaici-termici o termofotovoltaici (FVT), che sfrutterebbero meglio lo spazio dei tetti, costerebbero meno dei due impianti separati e avrebbero anche il vantaggio di raffreddare i pannelli fotovoltaici, aumentandone il rendimento.

L’uovo di Colombo, appunto. Eppure di queste uova ne vediamo ben poche sui nostri tetti; delle decine di milioni di pannelli fotovoltaici montati in Italia, forse solo poche migliaia sono di tipo FVT. Mancano forse i prodotti? No, sul mercato ce ne sono diversi, di marche italiane e straniere. La maggior parte di questi è concettualmente molto semplice: dietro a un convenzionale pannello FV, viene montata una serpentina in cui scorre il liquido che trasporta via il calore. Questo liquido viene fatto muovere da una pompa fra pannello e scambiatore di calore in un serbatoio di acqua, da cui poi si preleva l’acqua sanitaria.

Tutto molto semplice, ma ciò non li ha aiutato ad affermarsi. Perché? Le motivazioni sono varie, alcune tecniche e altre contingenti alla situazione italiana. Fra quelle tecniche la principale è che fra esigenze termiche ed esigenze fotovoltaiche non c’è accordo, bensì una lotta all’ultima caloria. L’acqua sanitaria deve avere una temperatura minima di 45-50°, per poter essere utile. E in effetti gli attuali pannelli solari termici, dalle nostre parti, se ben esposti garantiscono una fornitura a questa temperatura per quasi tutto l’anno. L’efficienza del FV, invece, è inversamente proporzionale alla sua temperatura. La sua potenza nominale è calcolata a 25° C e per ogni grado in più si riduce la produzione di circa lo 0,4%.

Questo vuol dire che se l’impianto FVT fosse progettato in modo che i moduli FV siano sempre a 60 °C di temperatura, per assicurare la produzione di acqua calda, ci dovremmo rassegnare a una produzione elettrica ridotta più o meno del 15%. Se al contrario l’impianto FVT fosse progettato per tenere la temperatura dei pannelli a 20-30°C, massimizzeremmo sì la produzione elettrica, ma ci dovremmo rassegnare a veder uscire dai rubinetti acqua appena tiepida, a meno di non scaldarla in uno stadio successivo, per esempio con una caldaia a gas. Visto che fra acqua calda ed elettricità la produzione pregiata, e fino a poco tempo fa fortemente incentivata, è la seconda, molti dei pannelli FVT finora progettati erano poco più che sistemi per raffreddare i pannelli FV, e chi li comprava sperando di risolvere il problema acqua calda, restava in genere deluso.

Nei paesi del nord Europa, i pannelli FVT hanno almeno un’altra funzione importante: se l’impianto resta coperto dalla neve, invertendo il flusso di acqua calda, lo si può scaldare e liberare senza dover salire sul tetto. Ma in gran parte d’Italia questo vantaggio è relativo. Da tutto questo è disceso il loro scarso successo dalle nostre parti.

Ma la situazione sta cambiando, l’elettricità solare non è più strapagata, mentre si premiano più i sistemi domestici termici, che possono usufruire del conto termico o della detrazione 65%, rispetto a quelli elettrici cui è restata solo la detrazione del 50%. Si può quindi immaginare un ripensamento dei prodotti FVT, che ne assicuri un maggiore successo.

In effetti un prototipo in fase di sperimentazione da parte della torinese Enecom, che produce moduli FV cristallini flessibili, va in questa direzione. «L’idea - dice il laureando in ingegneria Lorenzo Ghiringhello, che ha inventato il nuovo prodotto durante uno stage alla Enecom - è stata quella di applicare celle fotovoltaiche direttamente a pannelli in policarbonato alveolare, di uso comune come copertura di tetti, dentro i quali far circolare acqua. Le celle coprono il 70% della superficie, garantendo al tempo stesso un buon riscaldamento dell’acqua, una illuminazione sufficiente al di sotto del pannello e una buona produzione elettrica. Il tutto usando componenti economici e già esistenti». Conclusi i test del prodotto, alla Enecom contano di proporre una copertura leggera semitrasparente per tetti industriali, che produca sia elettricità che acqua preriscaldata, prima dell’invio alle caldaie.

Per le famiglie però il FVT diventerà interessante solo quando si riuscirà a produrre con un solo impianto tutta l’energia elettrica e termica che serve. E pare che qualcuno ci sia riuscito, conciliando le esigenze di FV e termico con un “mediatore” ben noto a chi si interessa di energie rinnovabili: una pompa di calore.
«Siamo consapevoli - dice il direttore tecnico di Eclipse Italia, Claudio Giacomello - del “conflitto di interessi” fra termico e fotovoltaico, che ostacola il buon funzionamento degli impianti FVT. Così abbiamo deciso di realizzare un prodotto che si avvicini al migliore compromesso possibile fra le due esigenze, mantenendo con la sola circolazione del fluido vettore del calore, nella più vasta gamma possibile di condizioni di irraggiamento, celle FV e acqua calda prodotta intorno ai 45°C, ottenendo una temperatura già sufficiente per la maggior parte degli usi sanitari, senza penalizzare troppo la produzione elettrica».

Per riuscirci, la Eclipse, che costruisce autonomamente i propri pannelli, ha costruito il modello Twinsun, facendo aderire, con un sistema brevettato, le celle fotovoltaiche direttamente sulla serpentina di raffreddamento, massimizzando così lo scambio termico. Ma se l’utente vuole acqua più calda, o gliene serve molta, per esempio, per il riscaldamento della casa, il modulo può essere usato come sonda per una pompa di calore, così che questa forzi lo scambio termico, continuando a spostare il calore che si accumula nel pannello (per irraggiamento di giorno, per conduzione e convezione di notte) verso il boiler, fino a ottenere la temperatura desiderata dell’acqua, anche quando questa supera la temperatura del pannello. «Con la pompa di calore si riesce a conciliare le due esigenze opposte - dice Giacomello - mantenere la temperatura delle celle FV sempre vicina a quella per loro ottimale e produrre acqua calda sanitaria alla temperatura desiderata. Usando il modulo come sonda della pompa di calore, il trasferimento del calore fra impianto sul tetto e boiler avviene bene anche quando fuori è nuvoloso e la temperatura dell’aria bassa».

Con questo sistema, assicurano alla Eclipse, una famiglia può veramente soddisfare la percentuale desiderata delle proprie esigenze di elettricità e calore, occupando solo la parte di tetto che normalmente servirebbe per la prima, con una spesa complessiva inferiore all’acquistare separatamente i tre sistemi termico, elettrico e pompa di calore.

Ad aiutare in questo, anche gli incentivi. A proposito: tra conto termico detrazione del 65% per la parte termica e del 50% per la parte FV, come conviene regolarsi?. «Nella situazione attuale visto che un modulo Twinsun produce per l’80% energia termica, 1040 watt contro 250 watt elettrici, conviene puntare sul 65% di detrazione fiscale in 10 anni applicato all’80% del costo dell’impianto FVT, oltre che sui lavori di installazione, eventuale rifacimento tetto compreso. In alternativa, se uno non può usare la detrazione fiscale o se volesse recuperare la spesa più rapidamente, può chiedere il conto termico, che consiste in 170 euro per metro quadro di impianto e viene liquidato in due anni. Ma in questo caso si rinuncia alla detrazione sul costo dei lavori, che costituiscono, in genere, buona parte della spesa totale».

E i prezzi? Per esempio, immaginiamo il consueto impianto da 3 kW fotovoltaici, costituito da 12 pannelli da 250 watt. Sostituendo parte di questi con pannelli FVT, si può decidere quale frazione del proprio consumo di acqua calda si vuole autoprodurre in contemporanea con l’elettricità. Se si mettono 8 pannelli FV ordinari e 4 FVT, coprendo i consumi elettrici e per quelli termici la sola acqua calda sanitaria, si spendono, lavori inclusi, circa 8.000 euro. Se invece si installano tutti e 12 i pannelli FVT, assicurandosi così elettricità, acqua calda sanitaria e riscaldamento, la spesa sale fino a circa 16.000 euro. A queste cifre si applicano poi le detrazioni fiscali. Si tratta ovviamente di stime indicative, i prezzi reali dipendono poi dai consumi, dalla zona geografica, dai lavori necessari e, per il riscaldamento, anche dall’efficienza della coibentazione della casa. Insomma, valutare se un impianto di questo genere convenga, con quale percentuale di copertura dei consumi e con quali detrazioni, richiede qualche conto da fare con l’assistenza di esperti. Ma l'idea sembra interessante.

Foto: ROTO FRANK

(articolo a cura di Alex Codegoni, Qualenergia.it)