Un pannello PVT funziona tra circa −25 °C (funzionamento come sorgente con protezione a glicole) e una temperatura di stagnazione molto più moderata di quella di un collettore solo termico: un pannello PVT scoperto raggiunge in genere un picco di 70–80 °C senza circolazione, contro 160–200 °C o più di un collettore piano vetrato. È il laminato fotovoltaico a fissare questo limite: i suoi materiali sono qualificati intorno agli 85 °C, quindi il progetto mantiene la stagnazione al di sotto delle temperature che degradano l'incapsulante.
Che cos'è la temperatura di stagnazione e perché è più bassa nel PVT?
La temperatura di stagnazione è la temperatura di equilibrio che un collettore raggiunge in pieno sole senza circolazione di fluido: la più alta che possa mai raggiungere. Un collettore ibrido PVT va in stagnazione a temperature molto più basse di un collettore solo termico, per due ragioni. Primo, le celle fotovoltaiche convertono continuamente in elettricità circa un quinto della luce solare incidente, energia che non diventa mai calore nell'assorbitore. Secondo, la maggior parte dei pannelli PVT sono costruzioni scoperte (classe WISC): senza una copertura di vetro isolante, vento e radiazione verso il cielo portano via calore, limitando la temperatura di equilibrio. Il risultato è un collettore che, per sua natura, si sollecita poco proprio nella situazione che mette più sotto stress gli impianti solari termici.
Quali sono le temperature massime tipiche per tipo di collettore?
| Tipo di collettore | Temperatura di stagnazione tipica (indicativa) |
|---|---|
| PVT scoperto (WISC) | ~70–80 °C |
| PVT coperto / vetrato | ~100–140 °C |
| Collettore termico piano vetrato | ~160–210 °C |
| Collettore a tubi sottovuoto | ~250–300 °C |
I valori esatti sono specifici del prodotto e compaiono nella scheda tecnica Solar Keymark, che riporta la temperatura di stagnazione misurata in condizioni definite di irraggiamento e di temperatura ambiente: si legga sempre il certificato anziché il valore di un opuscolo. La conseguenza pratica del valore moderato del PVT: nessuna formazione di vapore nel circuito, un invecchiamento del glicole molto minore e una protezione dal surriscaldamento estivo più semplice di quella richiesta da un campo solo termico.
Che cosa limita i materiali di un pannello PVT?
Il laminato fotovoltaico è lo strato critico dal punto di vista della temperatura. Incapsulanti e backsheet dei moduli certificati sono qualificati con le prove di durata IEC 61215, compresa l'esposizione a caldo umido per 1.000 ore a 85 °C, quindi i progetti PVT mantengono la stagnazione al di sotto della zona in cui inizierebbero imbrunimento dell'incapsulante, delaminazione o invecchiamento accelerato. È un vero vantaggio ingegneristico dell'ibrido: la stessa fisica che raffredda le celle in esercizio protegge il laminato anche a impianto fermo. Si ricordi inoltre che la stessa resa fotovoltaica cala di circa lo 0,3–0,5% per ogni grado di riscaldamento delle celle, quindi un pannello progettato per restare freddo protegge al tempo stesso i propri materiali e la propria resa elettrica (si veda i pannelli solari funzionano meglio se raffreddati?).
A quali basse temperature può funzionare un pannello PVT?
Al limite inferiore, il vincolo è dato dal fluido, non dal pannello. Una miscela di glicole propilenico correttamente dosata protegge il circuito fino a −25 °C o oltre, e i componenti in alluminio, rame e polimero di un pannello certificato sopportano per progetto i normali inverni dell'Europa centrale e settentrionale. I pannelli PVT scoperti continuano anzi a funzionare al di sotto della temperatura ambiente: come sorgente per pompa di calore possono essere portati a qualche kelvin sotto la temperatura dell'aria, raccogliendo calore dal vento e dall'aria ambiente anche senza sole, la modalità di funzionamento descritta in come un pannello PVT alimenta una pompa di calore. La brina sulla superficie del pannello in questa modalità è un comportamento atteso, non un danno. Le domande sulla resa invernale sono trattate in i pannelli PVT funzionano in inverno e di notte?.
Quale temperatura eroga un pannello PVT nel funzionamento normale?
Tra gli estremi, il funzionamento quotidiano è per progetto poco spettacolare: il fluido esce in genere dal pannello a 25–60 °C a seconda di stagione, portata e tipo di impianto, ideale per il preriscaldamento del bollitore, le piscine e i circuiti sorgente per pompe di calore. Solimpeks produce pannelli ibridi PV-T dal 2008 con certificazione Solar Keymark tramite Kiwa Cermet Italia (licenza 16918 Rev.0) e certificazione fotovoltaica IEC 61215/61730-1, quindi sia i limiti termici sia i valori elettrici nominali sono valori misurati da terzi, non stime. Le temperature di mandata realistiche per stagione sono illustrate in che temperatura dell'acqua produce un pannello PVT.
Domande frequenti
La stagnazione può danneggiare un pannello PVT?
Un pannello PVT certificato è progettato per sopportare indefinitamente la propria temperatura di stagnazione: a circa 70–80 °C per i tipi scoperti, il laminato resta nel proprio intervallo qualificato. Ciò che le stagnazioni ripetute sollecitano in qualsiasi impianto solare è il glicole, quindi il fluido va comunque controllato periodicamente nell'ambito della normale manutenzione.
Che cosa succede se fluido freddo entra all'improvviso in un pannello caldo in stagnazione?
Questo caso di shock termico è moderato in un pannello PVT proprio perché la stagnazione è limitata a valori così bassi: il salto di temperatura da ~75 °C alla temperatura del circuito è molto minore dello shock di oltre 150 K possibile in un collettore termico vetrato. Le norme sui collettori (ISO 9806) comprendono prove di shock termico e i pannelli PVT le superano con ampio margine.
I pannelli PVT richiedono un dissipatore di calore o il drain-back per la protezione estiva?
In genere no: la stagnazione moderata è la protezione intrinseca. Un impianto dimensionato correttamente con vaso di espansione supera semplicemente i periodi di fermo. Sono i campi solo termici a richiedere più spesso dissipatori di calore, funzioni vacanza o soluzioni drain-back.
Un pannello PVT può gelare e rompersi in inverno?
Non se il circuito è riempito con glicole in concentrazione corretta, che protegge fino a −25 °C o meno: la stessa prassi di qualsiasi impianto solare termico indiretto. Il riempimento con sola acqua non si usa nei climi soggetti a gelo.