Impianto fotovoltaico e pompa di calore: l’indipendenza energetica è possibile?

L'adozione di una pompa di calore elettrica alimentata da un impianto fotovoltaico non permette di sganciarsi dalla rete elettrica: l'alimentazione notturna, lo sbrinamento (defrosting) e il ciclo anti-legionella sono ostacoli difficilmente aggirabili se non con l'apporto di energia da una fonte stabile come la rete elettrica.

• Introduzione
• Pompa di calore elettrica alimentata tramite impianto fotovoltaico: come funziona e quali vantaggi garantisce
• L’impianto fotovoltaico garantisce l’indipendenza energetica?

Le normative italiane ed europee in materia di edilizia, costruzione di nuovi edifici e restauro di edifici esistenti si muovono, ormai da molti anni, in direzione di un sempre più deciso incentivo all’utilizzo di energia prodotta tramite fonti rinnovabili. Ne abbiamo avuto recentemente conferma con l’approvazione in prima istanza dell’Energy Performance of Buildings Directive (EPDB), una Direttiva del Parlamento Europeo che impone ai vari stati membri dell’UE di agire per ridurre l’impatto ambientale degli edifici e migliorarne le prestazioni energetiche.

La Direttiva stabilisce che gli edifici non residenziali e pubblici di nuova costruzione devono, fin da subito, essere dotati di impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica, e che gli edifici pubblici già esistenti dovranno essere rinnovati ed equipaggiati con impianti di questo tipo entro il 2027. In prospettiva, le stesse indicazioni varranno ben presto anche per gli edifici privati: la Direttiva indica, ad esempio, che entro il 2032 tutti gli edifici privati che verranno sottoposti a importanti interventi di ristrutturazione dovranno necessariamente essere dotati di impianti solari fotovoltaici.

In questo scenario diventa sempre più importante riuscire a individuare soluzioni idonee per riscaldare e rinfrescare gli ambienti, utilizzando energia prodotta da fonti rinnovabili per alimentare dispositivi – come le pompe di calore – capaci di ottimizzare le performance energetiche degli edifici. Ma come funziona una pompa di calore integrata con un impianto fotovoltaico? Ed è possibile, tramite dispositivi di questo tipo, raggiungere davvero l’indipendenza energetica? Le variabili da prendere in considerazione sono molte: ecco alcuni dei punti da considerare per compiere scelte davvero consapevoli.

Pompa di calore elettrica alimentata tramite impianto fotovoltaico: come funziona e quali vantaggi garantisce

La pompa di calore è un dispositivo in grado di trasferire calore da un sistema a una certa temperatura a un sistema a temperatura superiore, contrastando il meccanismo naturale che prevede che il sistema più caldo ceda calore a quello più freddo fino al raggiungimento di un punto di equilibrio. Una pompa di calore è quindi in grado sia di riscaldare gli ambienti durante l’inverno, sia di rinfrescarli durante la stagione calda, a seconda della direzione verso cui si direziona il trasferimento di calore. In caso la pompa di calore faccia sia riscaldamento che condizionamento, viene generalmente chiamata “reversibile”.

Per riuscire in questo processo, la pompa di calore utilizza particolari liquidi frigorigeni che circolano in un circuito chiuso, e richiede un certo apporto di energia necessario per alimentare un dispositivo che permette di trasferire il calore dall’esterno all’interno dell’edificio (o viceversa). L’energia necessaria per alimentare la pompa di calore può essere ottenuta tramite gas o elettricità, ed è per questo che sempre più spesso dispositivi di questo tipo sono integrati con impianti fotovoltaici, che producono energia elettrica sfruttando l’irraggiamento solare, per alimentare il compressore elettrico della pompa di calore.

Una soluzione di questo tipo è estremamente conveniente perché permette di coniugare le potenzialità della pompa di calore con l’utilizzo di energia prodotta da fonti rinnovabili come il sole, ottenendo un vantaggio sia in termini di riduzione dei consumi che delle emissioni. In più, come abbiamo detto, una soluzione di questo tipo permette di rinfrescare la casa in estate e di riscaldarla in inverno utilizzando un unico impianto, con un ovvio risparmio non solo in termini di consumi, ma anche di costo di installazione e manutenzione.

L’impianto fotovoltaico garantisce l’indipendenza energetica?

La scelta di utilizzare una pompa di calore elettrica alimentata tramite impianto fotovoltaico è certamente positiva dal punto di vista ambientale, oltre che necessaria – nel caso di edifici di nuova costruzione – per rispettare le richieste delle nuove normative. Va però ricordato che, in molti casi, scegliere di dotarsi di un impianto di questo tipo non permette di sganciarsi definitivamente dalla rete elettrica, non riuscendo quindi ad ottenere una vera indipendenza energetica. Se, infatti, nelle ore e nelle giornate in cui l’irraggiamento è maggiore l’impianto fotovoltaico è senz’altro in grado di alimentare la pompa di calore, le cose diventano più complicate durante la notte, o nei mesi invernali in cui le ore di luce solare sono ridotte. In queste situazioni, la pompa di calore non riceve dall’impianto fotovoltaico energia elettrica sufficiente per la sua alimentazione, con conseguente necessità di ricorrere alla rete elettrica proveniente dal “normale” contatore elettrico.

Una possibile soluzione a questo problema è l’utilizzo di batterie di accumulo, in cui stoccare l’energia prodotta nei momenti di maggior irraggiamento solare; batterie di questo tipo sono però ancora oggi piuttosto difficili da smaltire in maniera veramente rispettosa dell’ambiente, oltre che molto costose. Sottolineiamo anche, a questo proposito, che le batterie di cui sono normalmente dotate le abitazioni equipaggiate con impianto fotovoltaico sono in grado di alimentare senza problemi gli elettrodomestici di uso comune, ma non sono sufficienti per sostentare contemporaneamente anche una pompa di calore in funzione. Un altro aspetto non trascurabile circa i consumi di energia elettrica di una pompa di calore sono i cicli di sbrinamento, necessari periodicamente ed in particolare nei periodi invernali caratterizzati da temperature prossime allo zero termico e alta umidità nell’aria. Questi cicli costringono le pompe di calore elettriche ad utilizzare energia per sbrinare la batteria esterna, consumando quindi energia elettrica senza produrre calore per i locali, ma per la funzione definita di “defrosting” della batteria esterna.

Dotarsi di una pompa di calore elettrica alimentata tramite impianto fotovoltaico, quindi, non permette di sganciarsi dalla rete elettrica, a cui bisogna necessariamente ricorrere per alimentare il sistema di riscaldamento nelle ore notturne o dopo l’esaurimento della carica della batteria.

Anche nel caso particolarmente favorevole in cui una pompa di calore venga installata in un edificio di nuova costruzione, ben coibentato e quindi con bassa richiesta termica, il funzionamento dell’impianto durante l’inverno può comunque richiedere il ricorso a batterie, con tutti i risvolti negativi che abbiamo già citato. Inoltre, bisogna ricordare che in alcuni casi è necessario permettere all’impianto di riscaldamento di raggiungere temperature particolarmente elevate per svolgere specifici cicli di pulizia e igienizzazione dell’acqua calda sanitaria prodotta. È quanto avviene, ad esempio, per il trattamento anti-legionella, necessario per eliminare alcuni batteri che si moltiplicano proprio negli impianti di produzione dell’acqua calda sanitaria stoccata nei serbatoi e che possono provocare gravi infezioni delle vie respiratorie. Un trattamento di questo tipo richiede di scaldare l’acqua portandola a una temperatura superiore ai 60 °C, performance che molte pompe di calore non riescono a garantire. Per fare fronte a questa specifica necessità è possibile dotare l’impianto di una resistenza elettrica in grado di scaldare l’acqua, al bisogno, fino a una determinata temperatura prestabilita, circostanza che non solo fa crescere i consumi ma mostra, ancora una volta, che la prospettiva di sganciarsi in modo definitivo dalla rete elettrica è più teorica che concreta.

La situazione si complica ulteriormente nel caso in cui la pompa di calore alimentata tramite impianto fotovoltaico venga installata in un edificio già esistente, sottoposto a retrofit. La scelta di rinnovare gli impianti di un edificio già esistente è senza dubbio positiva dal punto di vista del miglioramento dell’efficienza, ma ottenere una reale indipendenza energetica in questo caso si rivela ancora più difficile, dal momento che edifici di questo tipo spesso sono coibentati in maniera non ottimale, e richiedono quindi un investimento energetico più alto (difficilmente sostenibile con il solo impianto fotovoltaico) per raggiungere determinate condizioni di comfort ambientale. Inoltre, spesso negli edifici sottoposti a interventi di retrofit il calore viene emesso attraverso i classici radiatori che, per funzionare, richiedono generalmente acqua a temperatura superiore ai 60 °C, a differenza degli impianti a pavimento normalmente installati negli edifici nuovi, che funzionano con acqua a temperatura di circa 35 °C. La necessità di raggiungere temperature di questo tipo non solo per effettuare il trattamento anti-legionella, ma per il normale funzionamento dell’impianto, rende ancora più difficile conseguire l’obiettivo dell’indipendenza energetica in edifici sottoposti a retrofit e riscaldati con pompe di calore elettriche alimentate con impianto fotovoltaico.

Le pompe di calore sono, quindi, dispositivi particolarmente utili per migliorare l’efficienza energetica degli edifici, e possono senza dubbio aiutare a ridurre emissioni e consumi. Nella fase di progettazione degli impianti è però necessario effettuare un’attenta valutazione delle loro performance effettive, per poter stabilire come alimentarle in modo ottimale, consentendo loro di raggiungere i risultati attesi in termini di risparmio energetico e raggiungimento di determinati livelli di comfort ambientale.