Investigazioni sperimental

Gli studi su queste tipologie di costruzioni, trattati in questo capitolo, sono del tipo termodinamico e permettono di studiare l’andamento della temperatura dall’esterno verso l’ambiente interno nonché nei vari strati che compongono il pacchetto della facciata. Tali studi sono stati effettuati da alcuni degli autori citati precedentemente.

Per le facciate ventilate fotovoltaiche vengono effettuate simulazioni con calcolatore automatico, tramite appositi programmi, che permettono di modellare un edificio, o parte di esso, dal punto di vista termodinamico e quindi di poterne prevedere il comportamento in base alle diverse condizioni ambientali.

I risultati di questi studi permettono di analizzare non solo il comportamento ventilatorio della parete, da cui dipende la gestione dei carichi termici estivi e invernali sull’edificio, ma anche l’efficienza dei pannelli fotovoltaici costituenti il rivestimento della parete, che, come già detto dipende principalmente dalla temperatura di funzionamento dello stesso. Di seguito verranno riportati alcuni articoli pubblicati da diversi autori con i rispettivi risultati delle varie simulazioni effettuate, raccolti durante una ricerca bibliografica sull’argomento.

4.2.1 Rassegna sulla tecnologia ibrida solare fotovoltaica-termica

Quanto riportato è stato preso da un articolo pubblicato da T.T. Chow con il nome “A

review on a photovolitaic/thermal Hybrid solar technology”.

Sin dal 1970 è stata prodotta una quantità significativa di lavoro di ricerca e di sviluppo sulla tecnologia fotovoltaico-termico (PVT) e molti sistemi e prodotti innovativi sono stati proposti e la loro qualità è stata valutata da accademici e professionisti, introducendo una gamma di modelli teorici e la loro adeguatezza convalidandoli con dati misurati sperimentalmente.

Questo permette di identificare importanti parametri di progettazione.

Tra le istituzioni o paesi sono in corso collaborazioni per realizzare prodotti adatti e sistemi con il maggior potenziale di commercializzazione.

Un sistema ibrido solare fotovoltaico-termico (o sistema PV-T) è una combinazione di un sistema fotovoltaico (PV) e solare termico (T) che producono energia elettrica e calore da utilizzare nell’edificio gratuitamente.

Esistono approcci alternativi in ​​materia di integrazione PV-T, bisogna decidere in fase di progettazione il tipo di collettore, il rapporto di resa termica elettrica nonché la frazione solare per ottimizzare le prestazioni complessive. Questi, infatti, sono tutti fattori responsabili degli effetti sul funzionamento del sistema, temperatura ed efficienza.

Fig. 4.7 : Caratteristiche principali collettore piano PV-T

Coolant in Coolant out Absorber plate Encapsulated PV Front cover (optional) Inlet header Outlet header Thermal insulation Flow channel

Fig. 4.8 : Sezioni longitudinali di alcune tipologie comuni PV-T/a

Fig. 4.9 : Sezioni trasversali di alcune tipologie comuni PV-T/w

Absorber plate

Encapsulated PV Front glass

Thermal insulation

Air in _{Air out}

Air in Air out

Air in Air out

Air in Air out

(b) Channel below PV (a) Channel above PV

(c) PV between single pass channels

(d) Double pass design

Front cover (optional)

(b) box channel design

Front glass (optional)

(d) Channel below PV (transparent) design (c) Channel above PV design

Water in _{Water out} Front glass

Water channel

Water in _{Water out} Front PV glass

Water channel

(a) Sheet-and-tube design

Questo articolo fornisce una revisione del trend di sviluppo della tecnologia, a partire dalla base precoce e ponendo maggiore attenzione agli sviluppi dopo l'anno 2000 nonché una proiezione del lavoro futuro.

4.2.1.1

Valutazione delle prestazioni

L'aumento della ricerca sui sistemi PV-T nel 1990 a quanto pare era stata una risposta al degrado ambientale globale e al crescente interesse del settore delle costruzioni verso le costruzione integrate con il fotovoltaico (BIPV).

I collettori PV-T forniscono uniformità architettonica alla facciata dell'edificio soprattutto quando i due sistemi separati di fotovoltaico e collettori solari ad aria vengono integrati. Caratteristiche di raffreddamento alternativi ai sistemi BiPV sono state esaminate da gruppi di ricerca differenti, come Clarke et al., Moshfegh e Sandberg, Brinkworthetal e Hollick, riportando un aumento dell'efficienza quando i sistemi fotovoltaici vengono integrati ai collettori solari termici in pannelli metallici.

Per quanto riguarda i sistemi di tipo concentratore (c-PV-T), Akbarzadeh e Wadowski hanno formulato suggerimenti per una ventilazione basata su liquido di raffreddamento. Ogni cella è montata verticalmente alla fine di un tubo di rame alettato e appiattito con un condensatore.

Il sistema è progettato per un concentrazione 20X, e la temperatura della cella risulta non superiore a 46 °C in una giornata soleggiata, contro gli 84 °C risultanti dalle stesse condizioni ma senza flusso refrigerante.

Luque et al. hanno sviluppato con successo l’Euclides proto-type che consiste nell’aumentare la concentrazione utilizzando ottiche riflettenti e un asse di tracciamento, inoltre hanno anche discusso la distribuzione di temperatura in una cella solare in concentrazione con illuminazione disomogenea, quando la cella è isolata elettricamente dal dissipatore di calore.

D'altra parte, la combinazione del sistema PV-T ad una pompa di calore solare (SAHP), è stato considerato come un approccio alternativo per raggiungere una maggiore temperatura di erogazione dell'acqua calda e un miglior raffreddamento dell’impianto fotovoltaico.

Valutare le prestazioni elettriche di un sistema PVT è semplice in quanto l'uso di energia elettrica può essere immediata e la fornitura di stoccaggio è opzionale.

La situazione è diversa per le prestazioni termiche, in cui il collettore PVT è solo una parte di un complesso sistema di approvvigionamento termico che si compone di molti sotto-sistemi, come, per citare alcuni esempi, l’accumulo termico, il riscaldamento ausiliario, i dispositivi meccanici e condotti di flusso.

Il progettista del sistema deve determinare l’appropriata frazione solare e altri parametri di progetto nel raggiungimento delle migliori prestazioni complessive.

L'efficienza termica e l'efficienza elettrica di un PVT collettore sono, rispettivamente dati da:

efficienza termica

efficienza elettrica

dove:

ṁ e C sono, rispettivamente, la portata di massa e il calore specifico del liquido refrigerante;

A è l'area di apertura collettore;

Tin e Tout sono le temperature del refrigerante in ingresso ed in uscita; G è irradiamento solare incidente normale alla superficie;

Vmpp e Impp sono rispettivamente la corrente e la tensione elettrica di funzionamento nel punto di massima potenza.

Il rendimento elettrico è legato all’efficienza della cella ηcell tramite il rapporto tra superficie della cella Acell e superficie di apertura A (anche noto come il fattore di