Impianti combinati per il residenziale

Come abbiamo potuto constatare anche alle recenti manifestazioni di settore, da MCE 2014 a Solarexpo 2014, la produzione di energia, tramite pannelli, pale eoliche o generatori ad alta efficienza, costituisce il punto di partenza per un utilizzo più avanzato. Le aziende, interpellate sul fronte dell’efficienza e della produzione energetica, hanno sottolineato quanto sia importante saper sfruttare al meglio la combinazione di due o più impianti ad energia rinnovabile.

Fotovoltaico ed energy storage – Su tutti, la generazione di energia tramite impianti fotovoltaici costituisce un elemento che accomuna molte strategie energetiche che possono portare a un valido risparmio in bolletta. Se fino a qualche anno fa, l’installazione dell’impianto sul tetto di casa avveniva per poter ottenere un rimborso tramite Conto Energia, oggi, l’impianto deve “potersi ripagare in tempi brevi”, senza una redditività diretta, salvo le detrazioni IRPEF. Proprio per questo risulta indispensabile ridurre i tempi di rientro dell’investimento e aumentare il più possibile la soglia di energia bruciata direttamente in casa. Con il termine “autoconsumo” si intende la procedura di conversione e riutilizzo interno dell’energia prodotta da un determinato impianto. Per una struttura fotovoltaica, significa sfruttare il più possibile l’energia elettrica convertita dall’inverter, sia per uso diretto, sia per la rivendita, tramite scambio sul posto. Come anticipato, per poter sfruttare tutta l’energia in eccesso dovremmo consumarla istantaneamente, nel momento in cui viene prodotta. Dato che questa condizione risulta difficilmente realizzabile, si stanno lentamente facendo conoscere i sistemi di accumulo, per lo più basati su batterie agli ioni di litio, ma non solo.

A Solarexpo abbiamo potuto vedere da vicino alcune soluzioni integrate e non, che prevedono l’adozione di inverter e batterie, sistemi che possono favorire il consumo autonomo nelle ore serali. Ciò che viene prodotto in eccesso durante il giorno viene stoccato nelle batterie dedicate e riutilizzato per stabilizzare la rete e per alimentare i carichi dopo il tramonto. Diverse installazione e studi di settore sottolineano la bontà di una simile soluzione, attualmente di difficile attuazione, soprattutto a causa dell’assenza di un comparto normativo dedicato e del costo degli accumulatori. Tra i produttori, però, c’è chi crede, più fermamente di altri, in un approccio diretto e propone soluzioni di stoccaggio integrate per la casa. È il caso di SMA, che a Solarexpo ha presentato Sunny Boy Smart Energy, un inverter che incorpora tutta l’elettronica di gestione per la conversione dell’energia, oltre a un comparto composto da batterie intelligenti, fabbricate da LG. La sinergia tra i due elementi permette di convertire l’energia proveniente dall’impianto fotovoltaico domestico, per un uso diretto, per l’accumulo, per l’autoconsumo completo o parziale. Si tratta di un prodotto che apre le porte a nuovi schemi di fruizione dell’energia solare e amplia il concetto di autoconsumo residenziale. La batteria integrata sfrutta gli ioni di litio e si caratterizza per una capacità di utilizzo di circa 2 kWh. Si tratta di un valore ben preciso, calcolato per raggiungere un livello di efficacia, autoconsumo e costo finale appetibili. Di fatto, mentre le batterie più grandi riescono a raggiungere la massima capacità solo in giorni in cui il rendimento dell’impianto è molto alto, questo nuova tipologia di batteria, più piccola, aumenta la quota di autoconsumo per quasi tutto l’anno, fino a un massimo del 55% in più. Ciò assicura una resa maggiore e rende l’abitazione più indipendente dal gestore di rete locale, riducendo i costi in bolletta.
Ogni soluzione per l’energy storage non può naturalmente prescindere da un sistema di gestione evoluto e da una logica integrata capace di organizzare e gestire possibili schemi d’uso. Un impianto di casa, con fotovoltaico e accumulo, deve essere infatti pilotato da un sistema di monitoraggio, una piattaforma che consente di dosare l’energia stoccata nelle batterie in funzione della produttività di un dato momento e alle richieste in tempo reale. In questo modo viene garantita una soglia di autoconsumo che può superare il 50% e che passa dal controllo diretto di carichi, all’adozione di prese intelligenti in grado di attivare o disattivare gli elettrodomestici più esigenti, in termini energetici.

Fotovoltaico e pompe di calore – Se si dispone di un impianto fotovoltaico, con o senza sistema di accumulo, può diventare particolarmente vantaggiosa l’integrazione parziale o totale di un sistema di climatizzazione a pompa di calore. Le pompe di calore consentono di riscaldare e raffrescare gli ambienti, per un maggiore comfort abitativo sia nella stagione calda, sia d’inverno. Si tratta di dispositivi capaci di operare sinergicamente con le risorse offerte dall’ambiente e in grado di ottimizzare i consumi energetici, riducendo al minimo le emissioni inquinanti. Le pompe di calore elettriche sfruttano un principio di funzionamento che può essere assimilato ai convenzionali apparati frigoriferi.
Di fatto, in un frigorifero il calore viene condotto dall’interno verso l’esterno della struttura, mentre in una pompa di calore avviene esattamente il contrario. Il calore presente all’esterno, nell’aria, nell’acqua o nel terra, viene convogliato all’interno dell’abitazione tramite il sistema di riscaldamento. Si tratta però di un sistema capace di generare anche il fresco d’estate, tornando a funzionare, in linea di principio, come un frigorifero.
Di norma, il processo frigorifero si trova alla base delle pompe di calore elettriche oggi in commercio, e permette la compressione di un fluido in un ciclo continuo, tramite un compressore ermetico ad elevata efficienza.
Per capire come una pompa di calore sia in grado di offrire un’efficienza elevata e superiore a molti altri sistemi di climatizzazione, è stato sviluppato il Coefficiente di Prestazioni COP (Coefficient of Performance). Il valore indicato tramite il COP esprime il rapporto della cessione di calore rispetto alla potenza elettrica utilizzata. Tramite questo parametro è possibile confrontare le pompe di calore e l’efficienza effettiva e serve per generare un secondo coefficiente di riferimento. Stiamo parlando del APF, o coefficiente di lavoro annuo, che contempla le quote di energia elettrica assorbita nell’arco di un anno di operatività. Di fatto, perché si possa valutare correttamente l’efficienza dei dispositivi è necessario lavorare con un preciso punto di funzionamento e con determinate temperature. Non solo, ai fini della progettazione viene convenzionalmente considerato un periodo di funzionamento di un intero anno e la quantità di calore ceduta nel corso di questo periodo viene confrontata con l’energia elettrica assorbita dall’impianto complessivo.
Secondo uno studio ECBA Project l’enorme potenziale della tecnologia a pompa di calore elettrica permetterebbe di risparmiare 5 miliardi di Euro entro il 2020.
Le stime parlano di un risparmio netto di 1,7 miliardi di Euro per quanto riguarda le esternalità ambientali dei sistemi di riscaldamento e fino a 5 miliardi di Euro sui costi sociali, da oggi al 2020.
I benefici della piattaforma tecnologia sono sia ambientali, sia sanitari, e potrebbero ulteriormente aumentare, se sostenuti da una lungimirante politica di sostegno.
Secondo gli esperti: “Ipotizzando il fabbisogno termico di un appartamento “elementare” di 115 mq, situato in zona climatica D, intermedia per l’Italia (carico termico annuo 13,8 MWhth), il beneficio ambientale annuo è valutabile in circa 258,00 – 282,00 Euro per appartamento e quello nell’arco della vita tecnica della pompa di calore di riferimento (15 anni) in circa 4.000 Euro. Cifre a cui corrispondono non solo minori emissioni di gas ad effetto serra ma soprattutto minori costi sanitari associati alle emissioni inquinanti degli impianti di riscaldamento”.
“La valutazione dei costi esterni è particolarmente utile per le tecnologie ad alta efficienza energetica basate sul vettore elettrico, perché consente di effettuare un confronto ambientale equilibrato con le tecnologie non elettrificate, non limitato agli impatti ambientali diretti, bensì esteso agli impatti delle modalità di produzione dell’energia elettrica e all’efficienza del suo trasporto fino al consumo finale, e questo secondo regole di confronto il più possibile omogenee”.
Da qui possiamo facilmente intuire il vantaggio di un sistema di riscaldamento e raffrescamento che può funzionare per la maggiore parte del tempo adottando energia pulita e a costo zero, prodotto sul tetto della nostra casa.

Fotovoltaico e illuminazione LED / CFL – I sistemi di illuminazione a LED portano di per sé un notevole vantaggio in termini di efficienza energetica e risparmio. Di fatto, i costi dell’energia consumata da una lampada a incandescenza sono diverse volte maggiori rispetto al costo di acquisto della lampadina e, grazie anche alle normative entrate in vigore da qualche anno, il passaggio verso sistemi di illuminazione a basso consumo è pienamente in atto. I LED per illuminazione sono più compatti delle lampade CFL e consumano ancora meno energia. Questa tecnologia ormai si è evoluta moltissimo dalle prime versioni basate su semplici giunzioni a semiconduttore incapsulate in plastica. Oggi i LED per l’illuminazione sono realizzati su supporti ceramici e offrono potenze piuttosto elevate, con una notevole efficienza in termini di luminosità.

I vantaggi economici ottenibili dall’impiego di lampadine a basso consumo sono interessanti, anche se ovviamente non possono considerarsi determinanti, dato che i consumi maggiori di energia elettrica in una casa sono legati a elettrodomestici come lavatrici, scaldabagni, climatizzatori, o anche asciugacapelli o ferri da stiro.
Sebbene i dati dipendano da numerosi aspetti, come per esempio il tipo di abitazione oppure il numero di lampadine utilizzato, alcuni calcoli a livello europeo (non proprio recentissimi) indicano il circa il 15% il risparmio sulla bolletta legato all’impiego di lampadine a basso consumo.
Un altro elemento di risparmio deriva dalla maggiore vita utile delle lampadine CFL e LED, e questo fattore va preso in considerazione in fase di scelta in quanto contribuisce ad abbassare i costi.
Come hanno dimostrato numerosi studi e casi pratici, l’integrazione tra fotovoltaico e sistemi di illuminazione a LED, analogamente a una attenta progettazione degli edifici, produce benefici positivi, soprattutto per quanto riguarda il consumo energetico. La sostituzione di sezioni architettoniche con elementi ad alto grado di trasparenza e l’installazione di corpi illuminanti a LED, opportunamente muniti di sensori di luminosità e di presenza consentono un effettivo risparmio di energia elettrica che può superare il 50% e una netta riduzione dei tempi di ritorno economico.