Impianto fotovoltaico e pompa di calore: come funzionano? 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.

• Come funziona un impianto fotovoltaico?
• Il funzionamento della pompa di calore e le sue tipologie
• Funzionamento di un sistema fotovoltaico con accumulo e pompa di calore
• Vantaggi e svantaggi della soluzione
• Incentivi per il 2024
• Normative italiane ed europee
• L’impianto fotovoltaico garantisce l’indipendenza energetica?
• Un impianto fotovoltaico con accumulo e pompa di calore è una soluzione conveniente?
• FAQ

Come funziona un impianto fotovoltaico 

Un sistema fotovoltaico consente di trasformare l'energia solare in energia elettrica utilizzabile nelle abitazioni.

Processo di conversione dell'energia solare

• Pannelli solari: Disposti in serie, catturano la luce del sole e la convertono in corrente continua (CC).
• Inverter: Trasforma la corrente continua in corrente alternata (CA), la forma di energia che comunemente alimenta le nostre case. Include dispositivi di sicurezza per proteggere l'intero impianto.
• Utilizzo dell'energia: L'energia prodotta può essere immediatamente utilizzata oppure, se non consumata subito, immessa nella rete elettrica nazionale.

Sistemi di accumulo

• Batterie: Conservano l'energia in eccesso per essere utilizzata quando i pannelli non producono, come durante le ore notturne.
• Capacità limitata: Le batterie possono stoccare solo una quantità limitata di energia. L'energia che supera questo limite viene comunque reimmessa nella rete.

Con un sistema fotovoltaico, è possibile ridurre la dipendenza dalla distribuzione di energia elettrica e gas, rendendo le abitazioni più autonome e sostenibili.

Il funzionamento della pompa di calore e le sue tipologie

Una pompa di calore trasferisce calore da una sorgente a bassa temperatura a un ambiente a temperatura superiore, sfruttando il ciclo frigorifero inverso. Il suo funzionamento può essere spiegato nei seguenti passaggi:

• Assorbimento del calore: il fluido refrigerante assorbe calore dall'ambiente esterno (aria, acqua, suolo) tramite un evaporatore;
• Compressione: un compressore aumenta la pressione del fluido, elevandone la temperatura;
• Trasferimento del calore: il fluido cede calore all'ambiente interno tramite un condensatore, riscaldando l'aria o l'acqua;
• Espansione: il fluido refrigerante si espande e si raffredda, pronto per ricominciare il ciclo.

Esistono diverse tipologie di pompe di calore:

• Aria-aria: trasferiscono calore tra aria esterna e interna.
• Aria-acqua: riscaldano l'acqua per uso sanitario o per sistemi di riscaldamento.
• Geotermiche: utilizzano il calore del suolo o dell'acqua di falda.
• Idroniche: usate nei sistemi di riscaldamento ibridi, come il sistema di riscaldamento ibrido Robur Hybrid.

Funzionamento di un sistema fotovoltaico con accumulo e pompa di calore

Un sistema fotovoltaico con accumulo e pompa di calore integra la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili con l'efficienza di una pompa di calore per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti. Ecco come funziona:

• Produzione di energia: durante il giorno, i pannelli fotovoltaici generano energia elettrica.
• Accumulazione: l'energia in eccesso viene stoccata nelle batterie per essere utilizzata durante la notte o nei momenti di bassa produzione.
• Alimentazione della pompa di calore: la pompa di calore utilizza l'energia elettrica prodotta dai pannelli per il suo funzionamento, riducendo la dipendenza dalla rete elettrica.
• Ottimizzazione energetica: un sistema di gestione intelligente ottimizza l'uso dell'energia, minimizzando i costi e massimizzando l'efficienza.

Vantaggi e svantaggi della soluzione

Vediamo ora nel dettaglio quali sono i principali vantaggi e svantaggi del sistema fotovoltaico con accumulo e pompa di calore.

Vantaggi

• Risparmio energetico: riduzione dei costi di energia grazie all'autoproduzione.
• Sostenibilità: utilizzo di fonti rinnovabili riduce le emissioni di CO2.
• Versatilità: la pompa di calore può riscaldare e raffrescare l'ambiente.

Svantaggi

• Costo iniziale: elevato investimento iniziale per l'installazione dell'impianto.
• Dipendenza dalla rete: necessità di energia dalla rete elettrica in caso di bassa produzione solare.
• Manutenzione: richiede una manutenzione periodica per garantire l'efficienza

Incentivi per il 2024

In Italia, per l'installazione di impianti fotovoltaici e pompe di calore è possibile beneficiare di numerosi incentivi  Ecco la lista dei principali bonus disponibili per il 2024:

• Bonus Ristrutturazioni 50%: questo incentivo consente una detrazione sull’aliquota IRPEF pari al 50% delle spese di ristrutturazione, fino a un massimo di 96.000 €. La detrazione viene ripartita in 10 rate annuali di uguale importo. È valido fino al 31 dicembre 2024.
• Superbonus 70%: il Superbonus permette di ottenere una detrazione del 70% per i lavori di efficientamento energetico eseguiti dai condomini. Questa aliquota scenderà al 65% nel 2025. Questo incentivo copre i costi complessivi sia per l'installazione del fotovoltaico che per la pompa di calore.

Accanto ai bonus che coprono i costi complessivi, esistono incentivi specifici per la pompa di calore:

• Ecobonus 65%: è l’incentivo dedicato agli interventi di riqualificazione energetica su edifici già dotati di impianto di riscaldamento. Copre i lavori di sostituzione dell’impianto esistente con una detrazione fiscale del 65%, distribuita in 10 rate annuali di uguale importo. La spesa massima detraibile è di 30.000 €.
• Conto Termico 2.0: il Conto Termico offre un incentivo diretto che copre fino al 65% delle spese per la sostituzione di impianti tradizionali con pompe di calore. L'incentivo può essere erogato in rate annuali costanti tra i 2 e i 5 anni, o in un’unica soluzione fino a un massimo di 5.000 €.
• Incentivi regionali per il fotovoltaico: esistono anche incentivi regionali come il Reddito Energetico, destinati a famiglie con un reddito inferiore a 15.000 €, che offrono supporto economico per l’installazione di impianti fotovoltaici.

Tabella riassuntiva degli incentivi

Questi incentivi rendono l'installazione di un impianto fotovoltaico con pompa di calore più accessibile, favorendo l'adozione di soluzioni energetiche sostenibili.

Normative italiane ed europee

Le normative italiane ed europee in materia di edilizia incentivano l’uso di energie rinnovabili. La Direttiva EPDB, ad esempio, richiede l’installazione di impianti fotovoltaici negli edifici pubblici entro il 2027 e nei privati entro il 2032. Queste normative spingono verso una maggiore efficienza energetica e riduzione dell’impatto ambientale degli edifici.

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.

Un impianto fotovoltaico con accumulo e pompa di calore è una soluzione conveniente?

Un impianto fotovoltaico con accumulo e pompa di calore rappresenta una soluzione conveniente per chi mira a ridurre i consumi energetici e le relative emissioni. 

Nonostante l'investimento iniziale sia significativo e l'indipendenza totale dalla rete elettrica non sia garantita, questa opzione si rivela ideale per coloro che desiderano migliorare l'efficienza energetica della propria abitazione e contribuire attivamente alla riduzione dell'impatto ambientale. 

Integrando tecnologie rinnovabili come il fotovoltaico e l'accumulo con una pompa di calore efficiente, è possibile ottenere benefici a lungo termine in termini di risparmio energetico e sostenibilità.

FAQ

Quanto si risparmia con fotovoltaico e pompa di calore? 

Il risparmio dipende dalla dimensione dell'impianto e dal consumo energetico. In media, si può risparmiare fino al 70% sulla bolletta energetica.

È possibile ottenere incentivi per l’installazione di un impianto fotovoltaico con pompa di calore? 

Sì, sono disponibili vari incentivi come Ecobonus, Conto Termico e Superbonus 110%.

Le batterie di accumulo sono necessarie per un impianto fotovoltaico con pompa di calore?

Le batterie non sono indispensabili, ma aumentano l'autonomia energetica dell'impianto, permettendo di utilizzare l'energia solare anche di notte.