Una pompa di calore assistita da solare (SAHP) abbina collettori solari e pompa di calore, in modo che l'energia solare innalzi la temperatura della sorgente della pompa di calore oppure alimenti il suo compressore. Nella soluzione indiretta più comune, collettori PVT o solari termici preriscaldano il circuito sorgente; ogni 1 °C in più di temperatura della sorgente migliora il rendimento di circa il 2–3%, con un COP stagionale più alto rispetto alla stessa pompa di calore alimentata solo dall'aria esterna fredda.
Che cosa significa in realtà «assistita da solare»?
Una pompa di calore assistita da solare è un qualsiasi sistema in cui collettori solari e pompa di calore sono progettati per funzionare come un'unica macchina anziché come due apparecchi separati. Il contributo del sole può entrare da tre lati: come calore nell'evaporatore (lato sorgente), come calore nell'accumulo (lato utenza) o come elettricità nel compressore. Gli schemi nazionali di efficienza trattano la SAHP come una categoria a sé (l'Energy Saving Trust britannico, ad esempio, elenca le pompe di calore assistite da solare come tecnologia distinta per il riscaldamento dell'acqua), perché la prestazione stagionale complessiva differisce in modo misurabile da quella di un'unità autonoma.
Il vantaggio fondamentale è termodinamico: il COP di una pompa di calore aumenta al ridursi della differenza tra temperatura della sorgente e temperatura di mandata. Alimentare l'evaporatore con fluido riscaldato dal sole a 15–30 °C anziché con aria invernale a 0 °C riduce drasticamente quella differenza.
Quali sono le principali architetture di SAHP?
| Architettura | Come aiuta il solare | Uso tipico |
|---|---|---|
| SAHP a espansione diretta (DX) | Il refrigerante evapora all'interno del collettore solare stesso | Unità compatte per ACS; di nicchia |
| Indiretta con sorgente PVT | I pannelli PVT riscaldano un circuito a salamoia che alimenta l'evaporatore della pompa di calore | Case che vogliono elettricità e calore da un solo campo sul tetto |
| A doppia sorgente | La centralina commuta tra sorgente aria e sorgente solare, a seconda di quale sia più calda | Climi freddi; massimo COP stagionale |
| Alimentata da fotovoltaico | L'elettricità fotovoltaica aziona il compressore; termicamente l'unità è una normale pompa di calore ad aria | Abbinamento semplice, ampiamente incentivato |
| Solare termico + pompa di calore su un unico bollitore | I collettori riscaldano direttamente la parte alta dell'accumulo; la pompa di calore copre il resto | Riqualificazioni con solare termico esistente |
La configurazione indiretta con sorgente PVT è quella in più rapida crescita in Europa, perché i pannelli PVT che alimentano una pompa di calore risolvono due problemi insieme: il pannello viene raffreddato (aumentando di qualche punto percentuale la resa elettrica annua) mentre la pompa di calore riceve una temperatura della sorgente più elevata.
Quanto rendimento aggiunge l'assistenza solare?
Il guadagno cresce con la temperatura della sorgente. Come regola pratica, ogni 1 °C in più sulla sorgente migliora il COP di circa il 2–3%, quindi portare una sorgente invernale da aria a 0 °C a un circuito riscaldato dal sole a 15 °C può aumentare il COP istantaneo di un terzo o più. I rapporti sul campo dell'IEA SHC Task 60 sui sistemi PVT con pompa di calore documentano fattori di prestazione stagionali ben superiori ai riferimenti equivalenti a pompa di calore ad aria, con i margini maggiori nelle mezze stagioni soleggiate, quando i collettori lavorano caldi ma la richiesta di riscaldamento continua.
Campi di collettori dimensionati correttamente possono persino fungere da unica sorgente: i pannelli PVT possono essere l'unica sorgente di calore per una pompa di calore nei climi moderati, eliminando del tutto l'unità esterna con ventilatore, con il suo rumore e i suoi cicli di sbrinamento. Solimpeks costruisce pannelli ibridi PV-T dal 2008 e la sua soluzione di pompa di calore assistita da solare con MPPT invia l'energia fotovoltaica direttamente al circuito del compressore.
Quando una SAHP conviene rispetto a una normale pompa di calore ad aria?
Una SAHP giustifica la sua maggiore complessità in quattro situazioni. Primo, quando c'è superficie sul tetto ma il posizionamento all'esterno è difficile: lotti urbani densi, limiti di rumore severi o facciate vincolate in cui un'unità con ventilatore non è gradita. Secondo, nei climi freddi ma soleggiati, dove l'aria invernale è una sorgente scadente mentre l'irradiazione resta forte. Terzo, quando si vogliono sia elettricità sia calore da una superficie di tetto limitata, il che orienta verso il PVT anziché verso campi separati. Quarto, quando sul tetto c'è già un impianto solare termico che può essere abbinato a una pompa di calore su un unico bollitore anziché essere smantellato.
Per una semplice casa in periferia, con facile posizionamento all'esterno e senza vincoli sul tetto, una normale unità aria-acqua resta l'installazione più semplice ed economica: la scelta della SAHP va argomentata con i numeri, non con la moda.
Come si regola e si accumula l'energia in una SAHP?
La centralina decide, a intervalli successivi, dove l'energia solare è più preziosa: direttamente nel bollitore quando i collettori sono caldi, alla sorgente della pompa di calore quando sono tiepidi, oppure in un accumulo inerziale per dopo. L'accumulo conta più che in un impianto semplice, perché offerta solare e richiesta di riscaldamento raramente coincidono; una buona stratificazione nel bollitore preserva gli strati di temperatura di cui ciascuna sorgente ha bisogno. Ci si aspetti un accumulo a doppio serpentino o combinato e una centralina con schemi idraulici SAHP dedicati, anziché una logica a relè improvvisata.
Domande frequenti
Una pompa di calore assistita da solare è la stessa cosa di una pompa di calore più pannelli solari?
No. Avere semplicemente fotovoltaico e pompa di calore sullo stesso contatore è un funzionamento in parallelo. Una SAHP li integra a livello idraulico o elettrico con un'unica strategia di controllo: il calore solare alza la temperatura della sorgente o carica l'accumulo, il che modifica il punto di funzionamento della pompa di calore e il suo rendimento stagionale.
Una SAHP funziona di notte e in inverno?
Sì. Le soluzioni a doppia sorgente e con sorgente PVT ricorrono all'aria ambiente (oppure fanno lavorare i collettori come assorbitori d'aria: il PVT non vetrato raccoglie calore anche dal vento e dal cielo) ogni volta che manca l'apporto solare. La pompa di calore garantisce sempre la potenza piena; l'assistenza solare migliora il rendimento, non la disponibilità.
Quali collettori sono adatti a una SAHP: PVT, piani o a tubi sottovuoto?
Per l'assistenza lato sorgente sono ideali i PVT e i collettori non vetrati, perché alla pompa di calore serve solo fluido a 10–30 °C e la resa fotovoltaica aggiunge valore. Per l'assistenza lato utenza, direttamente sul bollitore, i collettori piani vetrati forniscono temperature più alte. I collettori a tubi sottovuoto ad alta temperatura sono in genere sovradimensionati per la funzione di sorgente di una pompa di calore.
Le pompe di calore assistite da solare hanno diritto agli incentivi?
Nella maggior parte dei paesi la pompa di calore e l'impianto solare accedono ciascuno al proprio schema e alcuni programmi riconoscono premi espliciti per la combinazione. Le regole cambiano ogni anno, quindi verifichi le condizioni nazionali in vigore prima di ordinare.