Fotovoltaico con barra riscaldante: come generare acqua calda con l'energia solare
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Stefano Fonseca è un ingegnere energetico-ambientale con oltre sei anni di esperienza nel settore degli impianti tecnologici per l’edilizia. Unisce competenze tecniche solide a una forte attitudine per la divulgazione chiara e accessibile. Da più di cinque anni lavora come redattore freelance, occupandosi di energie rinnovabili e abitare sostenibile, con un focus particolare su fotovoltaico e pompe di calore.
Utilizzare l'energia solare per l'acqua calda: è possibile anche senza una pompa di calore? Chiunque disponga di un impianto fotovoltaico può convertire l'energia in eccesso direttamente in acqua calda con una semplice barra riscaldante. In questo articolo scoprirai come funziona il sistema, quanto costa e quando ne vale la pena.
Cos'è un elemento riscaldante fotovoltaico e come funziona?
Una barra riscaldante fotovoltaica è un elemento riscaldante elettrico che utilizza l'energia solare di un impianto fotovoltaico per riscaldare l'acqua. L'elemento riscaldante si trova direttamente nel serbatoio dell'acqua calda o serbatoio tampone e viene attivato tramite un controller o un gestore di energia non appena è disponibile una potenza fotovoltaica in eccesso. In questo modo è possibile aumentare l'autoconsumo dell'impianto fotovoltaico.
Progettazione del sistema: ecco come l'elemento riscaldante viene integrato nell'impianto fotovoltaico
Un elemento riscaldante fotovoltaico può essere integrato in un impianto fotovoltaico in vari modi. È fondamentale che l'energia solare in eccesso venga utilizzata specificamente per riscaldare l'acqua.
Sistema DC
La soluzione più semplice ma tecnicamente più impegnativa è il collegamento diretto al generatore fotovoltaico (sistema DC). L'elemento riscaldante viene azionato direttamente con la corrente continua dei moduli solari: non è necessario un inverter. Questa variante consente di risparmiare costi e perdite di conversione, ma richiede che l'elemento riscaldante corrisponda esattamente alla tensione dei moduli solari. Di norma, a tale scopo vengono utilizzati speciali elementi riscaldanti a corrente continua con una tensione nominale compresa tra 120 e 350 volt. I moduli alimentano l'elettricità direttamente nell'elemento riscaldante, che riscalda l'acqua direttamente nel serbatoio. I componenti di sicurezza come gli interruttori automatici DC e la protezione contro le sovratensioni sono assolutamente necessari, così come un'attenta progettazione.
Sistema AC
Un'alternativa diffusa è la connessione tramite la rete AC. Qui, l'energia solare viene prima immessa nella rete domestica tramite un inverter. L'asta riscaldante viene quindi azionata a 230 volt, proprio come qualsiasi altro dispositivo elettrico. Questa soluzione è facile da integrare nei sistemi fotovoltaici esistenti e consente l'utilizzo dell'energia di rete quando il rendimento fotovoltaico è insufficiente. L'elemento riscaldante è installato nel serbatoio e acceso tramite un relè o un timer: il controllo viene spesso eseguito manualmente o con una tecnologia semplice.
gestore energetico
La soluzione più efficiente e conveniente è l'integrazione tramite un gestore di energia o un controllo intelligente degli elementi riscaldanti. In questo caso, un sistema intelligente monitora il flusso di elettricità in casa e rileva quando l'impianto fotovoltaico produce più elettricità di quella attualmente consumata. Non appena viene rilevato un eccesso, il sistema attiva l'elemento riscaldante. Ciò evita che l'elettricità venga immessa inutilmente nella rete e aumenta notevolmente l'autoconsumo. Oltre a un elemento riscaldante e ad un accumulatore adeguati, questa variante richiede anche un gestore di energia o un sistema domotico intelligente che comunichi con l'inverter.
Tutte e tre le varianti richiedono componenti di base come un impianto fotovoltaico, un serbatoio di acqua calda o tampone e un elemento riscaldante adeguato. Le differenze risiedono nella regolamentazione, nei costi di installazione e nella flessibilità del sistema. Il retrofit con un energy manager è la soluzione più pratica, in particolare per i sistemi esistenti.
Quanto costa un elemento riscaldante fotovoltaico?
Un elemento riscaldante fotovoltaico costa un totale di circa 1.000-1.500 euro. L'elemento riscaldante stesso è compreso tra 200 e 600 euro, a seconda della versione. Un controller intelligente o un gestore di energia costa da 300 a 700 euro aggiuntivi. L'installazione da parte di un'azienda specializzata di solito costa dai 300 ai 500 euro. I costi esatti dipendono dal sistema di accumulo esistente, dall'impianto fotovoltaico e dal sistema di controllo desiderato.
Quando conviene un elemento riscaldante con impianto fotovoltaico?
Un elemento riscaldante con fotovoltaico è utile se l'energia solare in eccesso è regolarmente disponibile e può essere utilizzata in modo economico per riscaldare l'acqua. È particolarmente utile per gli impianti fotovoltaici esistenti con un elevato fabbisogno di acqua calda, ad esempio in famiglie con quattro o più persone o quando è disponibile un serbatoio di accumulo.
Il seguente confronto dei costi mostra le prestazioni del riscaldamento dell'acqua calda con energia solare rispetto al tradizionale riscaldamento a condensazione a gas. La base è una tipica casa unifamiliare con 4 persone e un fabbisogno annuo di acqua calda di circa 73.000 litri.
Se si fa buon uso del surplus fotovoltaico, è possibile ridurre significativamente i costi energetici per l'acqua calda. In questo esempio, circa 200 euro all'anno. L'investimento si ripaga dopo circa 7 anni. Il fattore decisivo è che l'impianto fotovoltaico produce più elettricità di quanta ne viene consumata in casa durante i mesi di sole: solo così l'elemento riscaldante può funzionare in modo economico
Di quanto fotovoltaico ha bisogno un elemento riscaldante?
Una potenza fotovoltaica di circa 1,5-3 kWp è sufficiente per riscaldare l'acqua utilizzando un elemento riscaldante in una casa unifamiliare. È necessario pianificare almeno 0,4-0,8 kWp di potenza fotovoltaica per ogni persona della famiglia in modo che sia disponibile energia elettrica sufficiente per il riscaldamento dell'acqua.
Quanto tempo impiega una barra riscaldante per riscaldare l'acqua?
A seconda della produzione e della quantità di acqua, una barra riscaldante richiede tra 1,5 e 3 ore per produrre acqua calda. Per 150 litri di acqua da 10 °C a 50 °C, un elemento riscaldante da 3 kW impiega circa 2,5 ore. La durata esatta dipende dal volume, dalla differenza di temperatura e dalla capacità di riscaldamento.
Posso installare a posteriori una barra riscaldante?
Nella maggior parte dei casi, una barra riscaldante può essere facilmente adattata. Un prerequisito è un serbatoio di acqua calda o un serbatoio tampone esistente con un'adeguata apertura a vite. Anche il collegamento elettrico all'impianto fotovoltaico o alla rete domestica deve essere tecnicamente possibile. È particolarmente facile adattare i moderni sistemi di storage con una connessione di backup.
L'elemento riscaldante può essere collegato direttamente all'impianto fotovoltaico?
Una barra riscaldante può essere collegata direttamente all'impianto fotovoltaico se si utilizza un elemento riscaldante DC adatto. Questo è alimentato direttamente dalla corrente continua dei moduli fotovoltaici senza inverter. Il presupposto è che la tensione e la potenza dei moduli corrispondano alla cartuccia di riscaldamento e che siano adottate misure di protezione adeguate, come gli interruttori automatici DC.