Trainate da meccanismi di sostegno pubblico, le fonti di energia rinnovabile (FER) hanno consolidato negli ultimi anni un ruolo di primo piano nell'ambito del sistema energetico italiano, sia per la produzione di calore sia per la produzione di energia elettrica. La nuova Strategia energetica nazionale, adottata dal Governo nel 2017, considera lo sviluppo delle fonti rinnovabili come funzionale non solo alla riduzione delle emissioni ma anche al contenimento della dipendenza energetica, prefissando l'obiettivo al 2030 del 28% di consumi da rinnovabili rispetto ai consumi complessivi. Nel Gennaio 2020 è stato presentato il Piano Nazionale Integrato Energia e Clima ¿ PNIEC, il quale raccoglie le linee guida da seguire e gli obiettivi da raggiungere in materia di energia e tutela dell¿ambiente, per il periodo 2021-2030, segnando l¿inizio di un cambiamento strategico nella politica energetica e ambientale dell¿Italia, che si avvia così verso la decarbonizzazione. Nello specifico, le linee d¿intervento prevedono la decarbonizzazione, l¿efficienza e la sicurezza energetica, lo sviluppo del mercato interno dell¿energia, della ricerca, dell¿innovazione e della competitività.
Per le rinnovabili termiche, le pompe di calore, dato il loro alto rendimento, avranno un ruolo centrale nel raggiungimento del target. E¿ proprio in questo contesto che la ricerca del presente progetto si colloca.
In particolare l¿idea è quella di produrre e ottimizzare calore ed energia elettrica contemporaneamente con l¿utilizzo di un solo dispositivo che utilizza le fonti rinnovabili. Si studieranno dei pannelli fotovoltaici ad inseguimento raffreddati in modo da ottimizzare la produzione di calore ed elettricità a servizio dell¿energia di un edificio, in funzione delle condizioni climatiche esterne. Inoltre, verrà dimostrata la combinazione intelligente di diverse tecnologie di conversione di energia rinnovabile (pompe di calore, collettori solari e dispositivi di accumulo).
Le innovazioni apportate dalla presente proposta sono brevemente descritte qui di seguito:
Il calore prodotto dai pannelli raffreddati, verrà utilizzato con l¿ausilio di uno storage termico come sorgente di alimentazione di una pompa di calore acqua/acqua. Tale operazione permette durante la stagione invernale di aumentare notevolmente il COP della macchina fino a portarlo a valori con una media annua superiore a 5. D¿estate invece il calore prodotto dal fotovoltaico verrà sostanzialmente utilizzato per la produzione di acqua calda sanitaria a servizio dell¿edificio. Questo ovviamente per determinate condizioni climatiche quali quelle della città di Roma. In alternativa per climi più freddi l¿idea è quella di utilizzare il calore di scarto proveniente dal PVT inseguito dal sole e dai collettori solari per la rigenerazione del suolo (attraverso perforazioni di pozzi e stoccaggio sotterraneo nel serbatoio non isolato) nel caso in cui la temperatura di uscita non sia sufficiente per l'acqua calda sanitaria (ACS) produzione, o nel caso in cui i serbatoi di accumulo con acqua calda sanitaria siano completamente carichi. Questo approccio consentirà al terreno di aumentare le temperature e mantenere la sua capacità di riscaldamento per stagioni di riscaldamento consecutive.
In generale per gli impianti (SAHP) ovvero impianti a pompa di calore assistita dal sole i pannelli fotovoltaici utilizzati sono quasi esclusivamente fissi, mentre con la presente ricerca si utilizzerà un pannello solare ad inseguimento solare in modo da aumentare l¿energia elettrica e termica prodotta dal pannello. In generale quindi con il PVT utilizzato, ovvero con raffreddamento e inseguimento solare intelligente, si cercherà di raggiungere una conversione di energia solare / elettrica superiore del 18% e conversione di efficienza di energia solare / termica superiore al 60% per massimizzare il rendimento di energia rinnovabile.
Altro aspetto molto importante che ha carattere innovativo in questa ricerca è quello della gestione intelligente dell¿accumulo energetico della parte termica e quello relativo alla parte elettrica. Mentre quello relativo alla parte termica gestirà la sorgente della pompa di calore in inverno e l¿integrazione della produzione acqua calda sanitaria in estate, quello relativo alla parte elettrica sarà un accumulo di cui il Prof. Andrea Vallati è titolare di un brevetto dal titolo: Sistema di accumulo energetico ottimizzato e relativo metodo" con domanda depositata con prot. 102019000023262. Tale accumulo è un accumulo a compressione di un gas mediante liquido che permette l¿accumulo di energia elettrica ma contemporaneamente produce calore che sarà gestito in modo intelligente dall¿accumulo termico.