Una pompa di calore assistita da solare (SAHP) è qualsiasi sistema in cui l'energia solare migliora le prestazioni di una pompa di calore — alimentandone l'evaporatore come sorgente di calore (collettori PVT o non vetrati), lavorando al suo fianco come generatore in parallelo o alimentandone il compressore con elettricità fotovoltaica. Poiché il rendimento del compressore aumenta di circa il 2–3% per ogni kelvin di temperatura della sorgente più alta, le sorgenti potenziate dal solare si traducono direttamente in prestazioni stagionali superiori.
Come funziona una pompa di calore assistita da solare?
L'efficienza di una pompa di calore è determinata in gran parte dal salto di temperatura che deve colmare tra sorgente e utenza. Una pompa di calore assistita da solare agisce sul lato sorgente di quel salto: i collettori solari — più spesso pannelli ibridi PVT scoperti o altri collettori WISC — forniscono un fluido più caldo di quanto sarebbe l'aria ambiente, così l'evaporatore parte da una temperatura migliore e il compressore lavora meno per unità di calore. La regola pratica è che il COP migliora di circa il 2–3% per ogni kelvin di sorgente più calda, quindi una sorgente a 10 K sopra una corrente d'aria fredda invernale vale all'incirca un quarto di efficienza in più. Il Task 44 dell'IEA Solar Heating & Cooling Programme ha stabilito la classificazione standard di questi sistemi nelle tipologie in parallelo, in serie e rigenerativa.
Quali sono le principali configurazioni SAHP?
| Configurazione | Ruolo del solare | Hardware tipico |
|---|---|---|
| In parallelo | Il solare riscalda direttamente l'accumulo; la pompa di calore copre il resto | Collettori vetrati + pompa di calore aria/acqua |
| In serie (sorgente solare) | I collettori alimentano l'evaporatore della pompa di calore | PVT scoperti o WISC + pompa di calore salamoia-acqua |
| A doppia sorgente | L'unità commuta o miscela tra sorgente aria e sorgente solare | PVT + batteria ad aria con valvole di commutazione |
| Rigenerativa | Il solare ricarica una sorgente geotermica | Collettori + sonda/circuito nel terreno |
| Assistita da fotovoltaico | L'elettricità fotovoltaica aziona il compressore | Campo fotovoltaico + qualsiasi pompa di calore, spesso SG Ready |
I sistemi in parallelo sono i più semplici e restano comuni per l'ACS. I sistemi in serie sono la famiglia tecnicamente più caratteristica: con il PVT come unica sorgente l'unità ventilante esterna scompare del tutto — il campo è silenzioso, non ha ventilatore di sbrinamento e il lato fotovoltaico genera contemporaneamente elettricità, raffreddato dal circuito dell'evaporatore. L'illustrazione completa dell'architettura è in Che cos'è una pompa di calore assistita da solare?
Perché usare pannelli PVT come sorgente della pompa di calore?
Per tre ragioni. Primo, le prestazioni: il lato termico di un pannello PVT raccoglie la radiazione solare, il calore dell'aria ambiente e gli apporti di condensazione, portando la temperatura della sorgente al di sopra della semplice aria esterna per gran parte dell'anno — il meccanismo descritto in Come fa un pannello PVT ad alimentare una pompa di calore? Secondo, la collocazione: senza unità esterna non c'è rumore di ventilatore né ingombro visivo sulla parete, il che risolve reali vincoli urbanistici e di vicinato nelle zone residenziali dense. Terzo, il bonus elettrico: il raffreddamento dell'evaporatore mantiene le celle fotovoltaiche al di sotto della temperatura che avrebbero senza raffreddamento, e celle più fredde convertono meglio la luce solare. Solimpeks produce collettori PV-T dal 2008 e offre anche una pompa di calore assistita da solare con MPPT che funziona direttamente con l'energia fotovoltaica.
Quali prestazioni ci si può aspettare da una SAHP?
Dipende dalla configurazione e dal clima, ed è per questo che i risultati pubblicati sul campo coprono un'ampia fascia anziché un solo numero. Gli studi sul campo e di simulazione del Task 44 dell'IEA SHC hanno mostrato che i sistemi a sorgente solare e in parallelo superano i rispettivi casi di riferimento ad aria nei climi dell'Europa centrale, con il vantaggio maggiore dove gli inverni sono soleggiati e freddi. A decidere l'esito sono domande pratiche di progetto: area dei collettori per kW di richiesta dell'evaporatore, se esiste una fonte di integrazione per i lunghi periodi bui e freddi e la strategia di regolazione che decide quando il calore solare va direttamente all'accumulo anziché attraverso la pompa di calore. Se un campo di collettori da solo possa coprire il fabbisogno di una casa per tutto l'inverno è esaminato in I pannelli PVT possono essere l'unica fonte di calore per una pompa di calore?
Una SAHP conviene rispetto a sistemi solare e pompa di calore separati?
Quando l'integrazione risolve un vincolo reale — nessuna unità esterna consentita, superficie di tetto limitata che richiede sia elettricità sia calore, o un circuito geotermico che ha bisogno di rigenerazione — il sistema combinato giustifica la maggiore complessità progettuale. Dove nessuno di questi vincoli si presenta, una pompa di calore convenzionale ben dimensionata più un impianto solare separato può essere l'investimento più semplice. Il confronto obiettivo, costi inclusi, è sviluppato in Un sistema ibrido solare + pompa di calore vale l'investimento?
Domande frequenti
Qual è la differenza tra pompe di calore assistite da solare in serie e in parallelo?
In un sistema in parallelo, i collettori solari e la pompa di calore riscaldano entrambi l'accumulo in modo indipendente. In un sistema in serie, i collettori alimentano l'evaporatore della pompa di calore come sorgente di calore, aumentando la temperatura della sorgente e quindi il COP. I sistemi in serie usano tipicamente collettori PVT o WISC scoperti.
Una pompa di calore assistita da solare può funzionare di notte e in inverno?
Sì. I collettori scoperti continuano ad assorbire calore dall'aria ambiente e dalla condensa anche senza sole, quindi l'evaporatore resta alimentato di notte. In inverno la sorgente è più fredda e la resa cala, ed è per questo che il dimensionamento e — nei climi rigidi — una strategia di integrazione sono importanti.
Una pompa di calore a sorgente PVT ha bisogno di un'unità ventilante esterna?
No — è uno dei suoi principali vantaggi. Il campo di collettori sostituisce l'unità esterna a batteria ventilata, quindi il sistema è di fatto silenzioso all'esterno e non ha ventilatore di sbrinamento. La pompa di calore vera e propria è un'unità salamoia-acqua installata all'interno.
Una pompa di calore alimentata dall'elettricità fotovoltaica è una pompa di calore assistita da solare?
In senso lato, sì — il funzionamento assistito da fotovoltaico è una delle categorie SAHP riconosciute. Migliora il costo di esercizio e l'autoconsumo anziché il ciclo termodinamico in sé; i controlli SG Ready permettono all'impianto fotovoltaico di segnalare alla pompa di calore quando funzionare.