Termofotovoltaico residenziale con accumulo: come funziona e quando conviene installarlo

I pannelli termofotovoltaici PVT sono sistemi ibridi che integrano celle fotovoltaiche e un circuito di recupero termico posteriore, capace di sottrarre il calore in eccesso e trasferirlo, tramite fluido termovettore, a un boiler o a un impianto di riscaldamento radiante. Rispondono al problema del surriscaldamento delle celle, che riduce la resa dei pannelli fotovoltaici tradizionali, migliorando l'efficienza elettrica fino al 13% e garantendo una resa termica tra il 30% e il 50% a seconda della tipologia (aria o acqua). Trovano applicazione ideale in abitazioni con spazio di copertura limitato, elevato fabbisogno energetico o buona esposizione solare, soprattutto se abbinati a sistemi di accumulo. INGENIO approfondisce qui principi di funzionamento, tipologie impiantistiche e criteri di convenienza per progettisti e tecnici del settore energetico-edilizio.

Come funziona un pannello PVT: dal recupero termico all'accumulo energetico"

L’European Green Deal e le nuove direttive europee sull’efficienza energetica degli edifici individuano il settore edilizio come un pilastro centrale per la transizione ecologica e la riduzione delle emissioni di gas serra.

Tra gli obiettivi più ambiziosi vi è la realizzazione di edifici a emissioni zero (ZEB), progettati per consumare esclusivamente energia proveniente da fonti rinnovabili. Per raggiungere questi traguardi è fondamentale adottare tecnologie innovative che ottimizzino la produzione e l’utilizzo dell’energia, riducendo allo stesso tempo l’impatto ambientale e i costi energetici.

In questo contesto, i pannelli termofotovoltaici emergono come una soluzione promettente, combinando in un unico sistema la produzione di energia elettrica e termica attraverso l’energia solare.

Questa doppia funzione li rende una tecnologia strategica per migliorare l’efficienza energetica degli edifici e ridurre la dipendenza da fonti fossili. La loro versatilità non solo consente di sfruttare al meglio lo spazio disponibile, ma risponde anche alle crescenti esigenze di sostenibilità.

Attualmente, gran parte del fabbisogno energetico degli edifici, particolarmente in ambito residenziale, è legato a riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria, ambiti dove il gas naturale è ancora la fonte prevalente.

L’integrazione dei pannelli termofotovoltaici può rappresentare pertanto un passo significativo verso la decarbonizzazione, riducendo al contempo i costi operativi e migliorando l’autonomia energetica.

Scopriamo quindi più nel dettaglio come funzionano, quali sono le loro tipologie principali e come possono essere integrati nei moderni sistemi energetici per aiutarci a raggiungere l’obiettivo degli edifici a energia zero.

Principio di funzionamento dei pannelli termofotovoltaici

I pannelli termofotovoltaici rappresentano una soluzione energetica innovativa e versatile, progettata per rispondere a diverse esigenze sia in ambito residenziale che industriale.

Sebbene condividano il medesimo principio di base, ovvero la conversione dell'energia termica in elettricità, il loro funzionamento e le applicazioni variano significativamente a seconda del contesto.

In particolare, all'interno dei sistemi termofotovoltaici si distinguono due tecnologie principali:

• i pannelli PVT (ibridi termofotovoltaici), progettati per massimizzare lo sfruttamento dell’energia solare nelle abitazioni, producendo sia energia elettrica che termica;
• i pannelli TPV (termofotovoltaici), destinati prevalentemente al recupero del calore di scarto nei processi industriali;

Nonostante quest’ultimi siano di grande interesse, il presente articolo si focalizzerà in particolare sulla tecnologia PVT.

Pannelli termofotovoltaici in ambito residenziale PVT

Nel settore residenziale i pannelli PVT rappresentano una soluzione tecnologica avanzata che permette la produzione contemporanea di energia elettrica e calore, sfruttando l’energia solare.

Questa combinazione li rende una scelta ideale per chi desidera massimizzare l’efficienza energetica della propria abitazione, in particolare quando lo spazio disponibile per l’installazione di impianti solari è limitato.

Il funzionamento dei pannelli termofotovoltaici

Il funzionamento dei pannelli PVT si basa su due processi che operano in modo sinergico.

Le celle fotovoltaiche, situate sulla superficie del pannello, catturano la radiazione solare e la trasformano in energia elettrica, seguendo lo stesso principio dei pannelli fotovoltaici tradizionali. Tuttavia, una quota significativa dell'energia solare non viene convertita in elettricità, ma si accumula sotto forma di calore. Questo calore, se non gestito, può causare il surriscaldamento delle celle e una conseguente perdita di efficienza.

L'elemento distintivo della tecnologia PVT è l'integrazione di un sistema di recupero termico che sottrae il calore in eccesso, migliorando le prestazioni complessive del pannello. Sul retro del pannello è infatti installata una serpentina in cui circola un fluido termovettore che assorbe il calore accumulato.

Questo calore viene poi trasferito a un serbatoio di accumulo o a un boiler, contribuendo così alla produzione di acqua calda sanitaria o al funzionamento di sistemi di riscaldamento a bassa temperatura, come il riscaldamento a pavimento radiante.

In altre parole, il pannello PVT non solo è in grado di fornire elettricità, ma contribuisce anche a soddisfare i bisogni termici della casa, come il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria.

Questo approccio ibrido consente di mantenere il rendimento del fotovoltaico allineato a quello dei pannelli tradizionali, ma introduce un vantaggio significativo in condizioni di alte temperature.

Grazie al sistema di raffreddamento integrato, il calore generato dalle celle viene dissipato in maniera più efficiente, permettendo di incrementare l'efficienza elettrica fino al 13% rispetto ai pannelli fotovoltaici convenzionali, che tendono a perdere rendimento in condizioni di surriscaldamento.

Dal punto di vista termico, la conversione di energia solare varia tra il 30% e il 50%, influenzata dalla tipologia di fluido termovettore e dalle condizioni operative. Questo valore rende i pannelli ibridi particolarmente performanti per la produzione combinata di energia elettrica e termica. Complessivamente, il rendimento globale dell'impianto si attesta intorno al 70%-80%, garantendo un'ottima efficienza energetica e un miglior sfruttamento della radiazione solare rispetto ai sistemi tradizionali.

Un altro vantaggio significativo di questa soluzione è la capacità di ottimizzare lo spazio disponibile, un aspetto fondamentale soprattutto nelle abitazioni urbane, dove i tetti sono spesso di dimensioni ridotte. Infatti, mentre un impianto fotovoltaico tradizionale produce solo energia elettrica, un pannello PVT consente di generare simultaneamente due tipi di energia (elettrica e termica) utilizzando lo stesso spazio di installazione.  

Quando conviene installare un impianto termofotovoltaico: i punti chiave

Un aspetto fondamentale da valutare nell'installazione di un sistema PVT è la scelta della tipologia di pannello, che varia in base al fluido termovettore utilizzato. Ogni configurazione presenta vantaggi e svantaggi specifici, rendendola più o meno adatta a diverse esigenze residenziali.

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FAQ TECNICHE: Pannelli PVT residenziali: come funzionano, rendimenti e limiti invernali

Che cos'è un pannello termofotovoltaico (PVT)?

È un pannello ibrido che integra celle fotovoltaiche tradizionali con un sistema di recupero termico posteriore. Cattura la radiazione solare per produrre energia elettrica e, contemporaneamente, recupera il calore in eccesso tramite una serpentina con fluido termovettore, trasferendolo a un boiler o a un impianto di riscaldamento.

In quali contesti residenziali conviene installare un impianto PVT?

È indicato in abitazioni con spazio di copertura limitato, dove serve massimizzare la produzione energetica per metro quadro, in edifici con elevato fabbisogno elettrico e termico combinato, e in contesti con buona esposizione solare che permettono di sfruttare al meglio entrambe le componenti di produzione.

Quali sono i vantaggi principali rispetto al fotovoltaico tradizionale?

Il PVT ottimizza lo spazio di installazione producendo energia elettrica e termica dalla stessa superficie. Il sistema di raffreddamento integrato migliora inoltre l'efficienza elettrica fino al 13% rispetto ai pannelli tradizionali, che perdono rendimento in condizioni di surriscaldamento.

Come si installa e si dimensiona un impianto PVT residenziale?

La scelta tra pannelli ad aria o ad acqua dipende dal sistema di riscaldamento presente in casa: i pannelli ad aria si abbinano bene a impianti VMC per il preriscaldamento dell'aria di rinnovo, mentre quelli ad acqua sono più indicati con riscaldamento a pavimento radiante o serbatoi di accumulo ACS.

Quali sono i limiti di durabilità, manutenzione e controlli periodici?

Il sistema richiede una manutenzione periodica del circuito del fluido termovettore, con controllo e eventuale sostituzione per mantenere l'efficienza. Nei mesi invernali la produzione termica può ridursi sensibilmente per basse temperature e minore insolazione, richiedendo il supporto di sistemi di riscaldamento ausiliari. [Verificare specifica tecnica/norma] su vita utile media e intervalli di manutenzione raccomandati dal produttore.

Quali errori evitare nella progettazione di un impianto termofotovoltaico?

Va evitato il sottodimensionamento del sistema di accumulo rispetto al fabbisogno reale dell'edificio, la scelta della tipologia di fluido termovettore senza valutare il sistema di riscaldamento esistente, e la mancata previsione di un sistema ausiliario per compensare il calo di resa termica nei mesi invernali.