Nuova produzione di calore ed energia nei pannelli fotovoltaici integrati negli edifici

Il loro potenziale per contribuire in modo significativo alla sfida energetica mondiale è grande, ma i FAI sono stati afflitti da scarsa efficienza, costi elevati e inefficace rimozione del calore. Il progetto di formazione finanziato dall’UE BIPV-PCM-COGEN (A novel BIPV-PCM heat and power cogeneration system for buildings) ha sviluppato una tecnologia basata su uno slurry con materiale a cambiamento di fase (PCM, phase-change material) che supera queste barriere per un’adozione diffusa.

Lo slurry è una miscela di particelle PCM microincapsulate e acqua. La sua formulazione ottimale è stata determinata attraverso una combinazione di lavoro sperimentale e modellazione al computer per la quale è stato sviluppato un software dedicato. Lo slurry allontana il calore dalla parte posteriore dei moduli FV in modo da aumentare la loro efficienza. Degli scambiatori di calore dedicati trasferiscono l’energia termica dallo slurry PCM a un refrigerante usato per ventilare l’edificio e per fornire calore e acqua calda per uso domestico. Qualsiasi eccesso viene accumulato e restituito al sistema su richiesta.

Nei test di laboratorio effettuati sul prototipo, il modulo con slurry ha mostrato un’efficienza solare pari al 83,8 %. L’efficienza elettrica e termica del modulo e il coefficiente di prestazioni del sistema aumentano all’aumentare della turbolenza nel flusso dello slurry. Non sorprende il fatto che il sistema BIPV-PCM-COGEN produca più energia nelle zone meridionali dell’Europa rispetto a quelle settentrionali, principalmente a causa di radiazione solare e temperatura superiori.

Uno studio relativo al periodo di ammortamento di un sistema FAI, un FAI e sistema idrico, e al sistema a slurry BIPV-PCM ha evidenziato la superiorità economica del sistema con slurry. Nei climi del nord, il costo del ciclo di vita del sistema con slurry PCM non raggiungeva nemmeno il 10 % di quello di un convenzionale sistema FAI. Nell’Europa meridionale, il sistema idrico FAI era il migliore, ma le differenze erano più piccole.

Infine, in entrambi i climi il sistema a slurry mostra il più grande potenziale tra tutti i sistemi FAI studiati per ridurre le emissioni relative ai convenzionali sistemi a cogenerazione di calore ed energia (CHP). Nei climi meridionali, esso può ridurre le emissioni di quasi il 95 %, mentre nei climi del nord questa riduzione è pari approssimativamente al 40 %.

Il sistema FAI basato su slurry PCM con CHP integrato di BIPV-PCM-COGEN rappresenta un miglioramento ad alte prestazioni ed efficace in termini di costi dei convenzionali sistemi FAI. La sua perfetta integrazione in facciate e tetti degli edifici in giro per l’Europa potrebbe ben presto contribuire in modo significativo al panorama energetico dell’UE.