La pompa di calore segue il corso del sole

L'Università di Scienze Applicate della Svizzera nord-occidentale a Muttenz (BL) ha ora studiato come la produzione di calore con pompe di calore può essere supportata dall'energia solare.

Nel maggio 2017, gli elettori hanno approvato la nuova legge sull'energia. Hanno votato per più energie rinnovabili e una migliore efficienza energetica. Le decisioni politiche di solito dispiegano i loro effetti gradualmente. Nel settore delle pompe di calore, gli effetti positivi sono ormai tangibili. Le pompe di calore usano il calore contenuto nell'aria, nel terreno e nelle acque sotterranee per fornire riscaldamento e acqua calda, ma anche energia di raffreddamento - usando l'elettricità per azionare un compressore. Poiché non richiedono i combustibili fossili petrolio e gas, soddisfano gli obiettivi dell'attuale politica energetica.

La vendita di pompe di calore è aumentata significativamente dopo l'anno di voto 2017: Quasi 22.000 pompe di calore sono state vendute in Svizzera nel 2018, circa 10% in più rispetto all'anno precedente. Questo è notevole, dato che le vendite avevano avuto una tendenza al ribasso dall'anno record 2008 (20.670). "Probabilmente non si può attribuire questa svolta a un singolo evento", dice Stephan Peterhans, direttore dell'Associazione svizzera delle pompe di calore (FWS), "ma la discussione politica sulla legge sull'energia e la legge sul CO2 hanno dato nuovo impulso all'uso delle pompe di calore. Inoltre, praticamente tutti i cantoni hanno ora programmi di sovvenzione per le pompe di calore".

Alimentato da energia solare

Le pompe di calore si basano su una tecnologia collaudata. Tuttavia, il potenziale per un approvvigionamento energetico sostenibile non si è ancora esaurito. Oltre all'elettricità dalla rete, l'elettricità solare può anche essere usata direttamente per far funzionare le pompe di calore. L'importanza dell'energia solare può essere dimostrata con un esempio realistico: La famiglia Huber ha bisogno di 10.000 kWh di calore all'anno per il riscaldamento e l'acqua calda nella sua casa unifamiliare (150 m2 di superficie abitabile). Il calore viene generato con una pompa di calore aria-acqua (7 kW di capacità di riscaldamento), utilizzando 3000 kWh di elettricità. La casa degli Hubers è dotata di un impianto fotovoltaico (5 kWp) che fornisce 5000 kWh all'anno, e una batteria con capacità di 5 kWh. L'elettricità rinnovabile è usata per far funzionare la pompa di calore quando possibile, ma è anche usata per l'elettricità domestica (domanda annuale: 3000 kWh).

Le cifre mostrano: L'impianto fotovoltaico relativamente piccolo produce più elettricità nel corso dell'anno di quanta ne consuma la pompa di calore. Tuttavia, poiché l'energia solare non è sempre prodotta nei momenti in cui la pompa di calore è solitamente in funzione, la pompa di calore della famiglia Huber funziona spesso con l'elettricità della rete. Ciò che oggi è comune può essere cambiato con un sistema di gestione dell'energia: Con un sistema di controllo intelligente, si potrebbe aumentare l'autoconsumo di elettricità FV programmando i tempi di funzionamento della pompa di calore in base ai tempi di rendimento FV. Un team dell'Istituto per l'energia negli edifici (IEBau) dell'Università di Scienze Applicate della Svizzera nordoccidentale (FHNW) ha ora studiato gli effetti di tali sistemi di gestione dell'energia e le condizioni limite che li influenzano. Lo studio, sostenuto dall'Ufficio federale dell'energia, è stato completato alla fine del 2018.

Il controllo intelligente riduce il consumo della rete

Un risultato centrale dello studio: se la pompa di calore viene azionata da un controllo intelligente quando viene prodotta elettricità FV, l'acquisto di elettricità di rete nella casa può essere ridotto fino a 3 punti percentuali complessivi cambiando il funzionamento della pompa di calore. In questo modo, il grado di autosufficienza attraverso l'elettricità fotovoltaica aumenta da 47 a 50%. Con riferimento all'esempio precedente, ciò significa in cifre assolute: Invece di 2820 kWh, 3000 kWh dei 6000 kWh di elettricità di cui la famiglia ha bisogno durante l'anno provengono ora dall'impianto fotovoltaico.

"Dal punto di vista del cliente elettrico, una riduzione del consumo di rete di 3% è relativamente poco e non crea un efficace incentivo monetario", dice il leader dello studio Ralf Dott, aggiungendo: "La situazione è diversa da altre prospettive, per esempio dal punto di vista dell'operatore di rete: se un gran numero di famiglie aumenta il proprio consumo, questo può portare a un notevole sollievo della rete di distribuzione." Secondo il ricercatore della FHNW, lo studio è significativo per le case monofamiliari, ma anche per i piccoli condomini fino a dieci unità residenziali. Nelle case con più parti residenziali, l'aumento dell'autoconsumo tende ad essere più facile e maggiore perché l'acqua calda viene utilizzata più uniformemente nel tempo grazie al gran numero di utenti, dice Dott.

La versione dettagliata dell'articolo tecnico "La pompa di calore segue il corso del sole" è disponibile su www.bfe.admin.ch/ec-wp-kaelte (vedere la sezione 'Pompe di calore e raffreddamento')

Dati della campagna di misurazione di quattro giorni di un sistema di riscaldamento la cui pompa di calore è alimentata, tra l'altro, con energia solare:

Il grafico in alto mostra che l'impianto fotovoltaico genera più elettricità durante le ore pomeridiane di quanta ne serva alla famiglia (curva rossa). Una parte di questa elettricità viene poi utilizzata per far funzionare la pompa di calore (curva blu). Il grafico centrale mostra che l'impianto FV immette elettricità nella rete durante le ore pomeridiane - e questo è ancora il caso quando l'elettricità FV viene utilizzata per far funzionare la pompa di calore.