Il potenziale applicativo dei sistemi solari fotovoltaici (PVT) nel risparmio energetico industriale

Nel contesto della transizione energetica, le imprese industriali si trovano ad affrontare una duplice pressione: da un lato, i costi energetici continuano ad aumentare; dall'altro, gli obiettivi di riduzione delle emissioni di carbonio diventano sempre più stringenti. Per il settore industriale, che rappresenta un terzo del consumo energetico globale, ridurre la dipendenza dai combustibili fossili è diventato fondamentale per le imprese per mantenere la propria competitività nel lungo termine.

Negli ultimi dieci anni circa, le tecnologie fotovoltaiche e di riscaldamento solare dell'acqua sono state entrambe applicate in una certa misura negli impianti industriali. Tuttavia, entrambi questi metodi presentano dei limiti: l'efficienza della generazione di energia fotovoltaica è limitata e un aumento della temperatura riduce le prestazioni delle celle solari; sebbene gli scaldacqua solari possano fornire energia termica, non possono soddisfare il fabbisogno elettrico delle aziende. Il PVT (integrazione fotovoltaica e solare termica) colma proprio questa lacuna. Combina la produzione di energia e il riscaldamento, migliorando l'efficienza complessiva dell'utilizzo dell'energia.

Nel settore industriale i vantaggi del PVT sono particolarmente evidenti. Il motivo è abbastanza semplice: la maggior parte degli stabilimenti ha ampie superfici del tetto ed è adatta all'installazione. Allo stesso tempo, le imprese hanno bisogno non solo di elettricità stabile, ma anche di una grande quantità di acqua calda a temperatura medio-bassa. Questa richiesta è altamente coerente con le caratteristiche di output di PVT. Prendiamo come esempio la stampa e la tintura dei tessuti. I processi di tintura, risciacquo e presa consumano tutti una grande quantità di acqua calda, con una temperatura che varia principalmente da 70 a 90 ℃, che può essere fornita con precisione dal sistema PVT. La sezione fotovoltaica, invece, fornisce energia alle attrezzature, all'illuminazione e agli uffici dello stabilimento, tra loro complementari.

Anche l'industria della birra e delle bevande ne trae tipico beneficio. Il riscaldamento del tino di ammostamento richiede un apporto di calore continuo e stabile, mentre il laboratorio di fermentazione richiede un controllo preciso della temperatura. L'acqua calda è indispensabile anche per la pulizia di bottiglie e barattoli. Installando un impianto PVT sul tetto dello stabilimento, non solo si può sostituire parzialmente il gas naturale utilizzato nelle caldaie, ma si può anche ridurre il carico energetico del sistema di raffreddamento. Prendendo ad esempio il caso di un birrificio europeo, un impianto PVT di circa 500 metri quadrati può soddisfare un terzo del fabbisogno annuo di acqua calda, con un risparmio di quasi 60.000 dollari USA in costi energetici.

Gli scenari applicativi nell'industria chimica e farmaceutica sono più diversificati. Che si tratti del riscaldamento del recipiente di reazione, della distillazione o del recupero di solventi, è richiesta acqua calda o olio diatermico con una temperatura compresa tra 80 e 120 °C. In questo caso, il sistema PVT non solo può fornire energia termica, ma anche ridurre i picchi di consumo di elettricità, aiutando le aziende ad alleviare la pressione sulla rete elettrica. Sebbene il consumo energetico in tali settori sia relativamente elevato e il PVT non possa sostituire completamente le caldaie, può ridurre significativamente il consumo energetico di base e ha un effetto diretto sulla riduzione delle emissioni di carbonio.

Dal punto di vista dell'efficienza energetica, i sistemi fotovoltaici convenzionali possono utilizzare solo circa il 20% dell'energia solare, mentre il tasso di utilizzo complessivo del PVT supera in genere il 60%. Ciò significa che, a parità di superficie coperta, il PVT può produrre più del doppio dell'energia effettiva di un singolo sistema fotovoltaico. In termini di benefici economici, se si combinano i sussidi locali per le energie rinnovabili o i guadagni in termini di riduzione delle emissioni di carbonio, il periodo di ammortamento del sistema PVT è generalmente compreso tra 3 e 6 anni.

Naturalmente, anche la PVT non è priva di sfide. L'investimento iniziale in attrezzature è relativamente elevato e i requisiti professionali per la progettazione e la manutenzione del sistema sono più severi. Inoltre, è applicabile principalmente a processi a bassa e media temperatura. Per applicazioni industriali ad alta temperatura, superiori a 400 °C, sono ancora necessarie caldaie tradizionali o sistemi di riscaldamento centralizzati. Tuttavia, queste restrizioni non ne impediscono l'ampia diffusione in settori come quello alimentare, tessile, della birra e farmaceutico.

Le direzioni di sviluppo future potrebbero concentrarsi su due aspetti: uno è il miglioramento di materiali e processi, come rivestimenti selettivi più efficienti e mezzi di scambio termico più stabili; il secondo è l'integrazione con sistemi di accumulo di energia. Attraverso l'accumulo di energia elettrica e termica, il PVT può immagazzinare energia durante il periodo di picco di produzione durante il giorno e rilasciarla stabilmente di notte o nelle giornate nuvolose, il che è particolarmente importante per le imprese industriali.

Nel complesso, il PVT non è un concetto lontano ma una soluzione che sta gradualmente maturando. Può aiutare le imprese a ridurre i costi energetici, a ridurre le emissioni di carbonio e allo stesso tempo a migliorare la sicurezza energetica. Per gli utenti industriali che cercano una trasformazione verde, PVT è un percorso che vale la pena provare.