In questa soluzione, la più semplice, in linea teorica, il compressore della pompa di calore viene alimentato dall’energia elettrica prodotta dal sistema fotovoltaico. L’integrazione di queste tecnologie ha, inoltre, il vantaggio di aumentare la quota di energia elettrica da fonte solare consumata direttamente in loco.

Per garantire continuità di funzionamento, di fronte alla discontinuità nella produzione di energia elettrica fotovoltaica, il sistema deve essere connesso con la rete elettrica in bassa tensione ed eventualmente provvisto di sistemi ausiliari, ad esempio batterie che rientrano tra l’altro tra le spese che godono del Superbonus.

Possibilità di accumulo alternative possono essere effettuate attraverso la conversione da energia elettrica in energia termica mediante la pompa di calore e il conseguente stoccaggio in serbatoi di accumulo, per un utilizzo in modalità differita

L’integrazione tra pompe di calore e collettori solari termici è finalizzata all’utilizzo dell’energia solare per la produzione di acqua calda sanitaria e/o per incrementare le prestazioni della macchina. Sono individuabili due principali categorie impiantistiche: sistemi diretti e sistemi indiretti.
I sistemi diretti integrano il circuito solare direttamente con la pompa di calore: il collettore solare corrisponde con l’evaporatore della macchina e il fluido termovettore circolante nel collettore solare è il fluido refrigerante stesso. Il refrigerante evapora nel collettore solare e l’energia solare così assorbita è rilasciata verso l’utenza finale al condensatore.
Le prestazioni del sistema dipendono fortemente dalle condizioni ambientali, dalla velocità di rotazione del compressore, dalle dimensioni del serbatoio di accumulo e dalla superficie del collettore.
Il maggiore svantaggio di questo sistema – spiegano gli esperti di RSE – è dovuto al carico variabile sul collettore solare: essendo soggetto a variazioni dell’irraggiamento (su scale temporali giornaliere e stagionali), la pressione e la temperatura di evaporazione sono variabili. Ne consegue la necessita di utilizzo di un compressore a velocità variabile e di una valvola di espansione ad apertura variabile per evitare l’ingresso di liquido nel compressore e per mantenere un adeguato grado di surriscaldamento all’uscita dell’evaporatore.
L’assenza di modulazione sul compressore porterebbe al sovradimensionamento del componente durante i mesi estivi e alla conseguente riduzione delle prestazioni dovuta alle elevate temperatura ambiente e radiazione solare.
I sistemi indiretti prevedono invece la separazione tra il circuito solare e la sezione termica, introducendo uno scambiatore di calore che rappresenta l’evaporatore della pompa di calore.
Il principale scopo di questi sistemi è l’incremento della temperatura di evaporazione durante il periodo invernale, con il conseguente aumento delle prestazioni (COP) della pompa di calore. Negli impianti di tipo indiretto il fluido impiegato nel circuito del collettore raccoglie l’energia solare per poi cederla al fluido frigorigeno mediante l’evaporatore.
Questi sistemi possono essere classificati in base al fluido adoperato nel circuito solare: acqua glicolata o aria; tuttavia, come accennato in precedenza, i sistemi ad acqua trovano un maggior utilizzo nell’ambito residenziale, per l’integrazione con le pompe di calore e la produzione di acqua calda sanitaria.

L’integrazione delle pompe di calore con moduli ibridi termofotovoltaici è finalizzata all’utilizzo dell’energia solare sia come supporto all’evaporatore e/o per la produzione di acqua calda sanitaria, sia per la produzione di energia elettrica utilizzabile della pompa di calore stessa e dagli altri carichi presenti nell’edificio o ceduta alla rete mediante scambio sul posto.

L’impiego combinato dei moduli PVT con pompe di calore – secondo RSE – può rappresentare una delle opzioni tecnologiche più efficaci, grazie alla riduzione dei consumi di energia primaria, all’alta frazione di rinnovabili impiegata ed alle ridotte emissioni di CO2 conseguibili. Le logiche di integrazione tra i moduli PVT e pompa di calore sono le medesime che per il FV semplice e il solare termico, mentre la principale differenza riguarda sia le diverse condizioni operative, risultanti dall’applicazione di moduli PVT rispetto ai collettori solari termici, sia le logiche di controllo del sistema integrato, per massimizzare le prestazioni dei collettori FVT e della pompa di calore.

In un collettore PVT la resa termica è ridotta rispetto a una collettore solare termico e per tale motivo, al fine di valorizzare il calore a bassa temperatura prodotto dai pannelli si può impiegare una valvola a tre vie che, in base alla temperatura del fluido in uscita dalla sezione solare, lo convoglia all’accumulo per la produzione di acqua calda sanitaria o all’evaporatore della pompa di calore.

Per quanto riguarda le logiche di controllo di un impianto integrato, si deve considerare che, regolando opportunamente i flussi del fluido termovettore di alimentazione della pompe di calore sia possibile influire sul comportamento termico dei collettori, aumentandone l’efficienza di conversione elettrica.

In sintesi, una corretta integrazione delle due tecnologie permette di utilizzare direttamente l’energia elettrica prodotta dal FV e di ottenere prestazioni più elevate per il riscaldamento invernale, mentre in estate l’effetto combinato dei moduli PVT e della pompa di calore può garantire l’eventuale produzione di acqua calda sanitaria, con ridotto consumo di energia primaria.

Possono essere previste logiche di controllo basate sulla temperatura dell’acqua in uscita dai pannelli; per esempio, considerando un impianto per la produzione di acqua calda sanitaria, può essere prevista una logica di controllo dove la pompa di calore entra in funzione qualora l’energia fornita dai collettori non sia sufficiente a mantenere il serbatoio al di sopra di una prefissata temperatura.

Di seguito grafico Prestazioni