Buone pratiche per la progettazione di pompe di calore fotovoltaiche

Un team internazionale di ricercatori ha condotto un'ampia revisione dei modelli utilizzati per definire le migliori pratiche per la progettazione e la simulazione di sistemi di pompe di calore fotovoltaiche (HP) in diverse configurazioni e indicatori chiave di prestazione identificati per la produzione di energia e il costo totale del ciclo di vita.

"Le pompe di calore fotovoltaiche sono sistemi complessi che richiedono modelli altrettanto complessi per una simulazione accurata", hanno sottolineato gli scienziati. "La maggior parte dei sistemi HP alimentati a energia solare ha progetti complessi e principi operativi adatti ad ambienti o strutture specifici. Pertanto, le loro prestazioni corrispondenti cambiano a seconda delle condizioni al contorno e dei parametri caratteristici.

In particolare, il lavoro di ricerca esamina tutta la modellazione di impianti di produzione di calore alimentati da fotovoltaico in diversi paesi, i tipi di software utilizzati per la modellazione e la convalida del sistema e le relative strategie di controllo, nonché i dettagli degli approcci di best practice e le implicazioni economiche e politiche della sostituzione del riscaldamento a propano con pompe di calore.

Questo documento fornisce anche una serie di strumenti per eseguire un'analisi tecnico-economica di una pompa di calore fotovoltaica. Descrive la modellazione e le condizioni al contorno per ogni componente del sistema, nonché alternative e motivazioni per non utilizzarle, a seconda del tipo di sistema.

La metodologia proposta combina cinque diversi modelli di più programmi informatici in un unico strumento analitico che, a quanto si dice, produce indicatori chiave accurati per l'analisi dell'impatto tecnico, economico e climatico.

"È stato utilizzato Microsoft Excel, ma avrebbe potuto essere elaborato in LibreOffice Calc", notano gli studiosi. Lo scopo di questa revisione non è quello di evidenziare o raccomandare un modello o uno strumento particolare, ma piuttosto di discutere diversi modelli per ogni componente del modello di build complessivo. Come mostrato nelle revisioni precedenti, ci sono diversi strumenti software in grado di eseguire simulazioni simultaneamente, vale a dire TRNSYS, Polysun, EnergyPlus o IDA ICE".

Gli scienziati hanno concluso che le pompe di calore fotovoltaiche forniscono già chiari vantaggi economici e ambientali e che l'accumulo di energia elettrica e termica potrebbe ulteriormente migliorarli. Tuttavia, il principale ostacolo alla loro adozione rimane l'elevato costo iniziale.

Secondo il team, strumenti di simulazione open source come SAM, EnergyPlus e OCHRE forniscono un ampio accesso a simulazioni di alta qualità per aiutare i consumatori e i decisori politici a prendere decisioni informate.

"In secondo luogo, per garantire che questi modelli futuri siano il più accurati possibile, i finanziatori della ricerca e i governi dovrebbero incoraggiare i dati aperti e la condivisione per semplificare la convalida dei modelli futuri e fornire un ambiente di simulazione affidabile e credibile", concludono. Inoltre, lo sviluppo di hardware aperto dei vari componenti del sistema potrebbe ridurre ulteriormente i costi di capitale e aiutare ad accelerare la scalabilità necessaria per consentire alla tecnologia di raggiungere il suo pieno potenziale".

I loro risultati sono stati pubblicati in un articolo intitolato “Best Practices nei metodi tecnico-economici per l'analisi delle pompe di calore accoppiate a energia solare fotovoltaica in climi freddi” nella rivista Energy and Buildings. Il team di ricerca era composto da accademici della Western Canada University e del Royal Institute of Technology in Svezia.