I sistemi per sfruttare le energie rinnovabili sono sempre più diffusi nelle case degli italiani (e non solo), per renderle ecosostenibili. Solo nel 2024 si è segnato un più 1.218 MW di fotovoltaico e ben 117 MW forniti dal settore eolico.
In poche parole, in questi mesi dell’anno 2024 il settore dell’energia rinnovabile ha confermato si essere in continua espansione e di poter crescere ulteriormente negli anni. Ciò è comprovato anche dal fatto che in Italia vi è stato un vero e proprio boom delle richieste di connessioni per il fotovoltaico e per l’energia eolica.
Con l’incremento di questi dispositivi, aumenta anche l’esigenza di stoccare l’energia prodotta per evitare la perdita della stessa quando non viene immediatamente utilizzata. Immagazzinare l’energia in eccesso, infatti, permette di conservarla per i momenti in cui la produzione in tempo reale non è sufficiente a coprire la domanda (ad esempio durante le ore notturne oppure in caso di nuvole, che impediscono di usufruire della luce solare). Per far ciò è possibile utilizzare diverse tecnologie per l’accumulo termico, ed evitare di correre il rischio di non avere energia in determinate fasi della giornata o in determinate circostanze.
Che cosa sono gli accumulatori termici?
Gli accumuli termici sono dispositivi essenziali per la gestione dell’energia termica: essi fungono da serbatoi per immagazzinare il calore generato quando è disponibile e per poi rilasciarlo successivamente, garantendo così un approvvigionamento energetico costante e affidabile anche durante periodi di bassa produzione.
Per assicurare continuità, i serbatoi solari dovrebbero contenere abbastanza acqua da soddisfare il fabbisogno termico per almeno due giorni, compensando le fluttuazioni dovute a condizioni meteorologiche avverse. Gli accumuli termici possono variare in base all’uso, (acqua sanitaria, riscaldamento degli ambienti o entrambi) e possono essere collegati a diverse fonti energetiche.
Negli accumulatori più moderni, inoltre, ci sono dei sensori che permettono di rilevare e monitorare le temperature dell’acqua contenuta all’interno del serbatoio, così da regolare il funzionamento dell’impianto in maniera ottimale.
I diversi tipi di accumulo termico
Sul mercato esistono diversi tipi di accumulatori termici. Quelli tradizionali, si presentano come un serbatoio dell’acqua calda (o una serie di serbatoi, a seconda della grandezza) isolato termicamente in un sistema di riscaldamento e funzionano immagazzinando il calore sotto forma di acqua calda. Ancora, alcuni sistemi di riscaldamento hanno integrato accumuli termici di piccole dimensioni, depositi di acqua calda che ne forniscono istantaneamente una parte mentre attendono che la caldaia entri in funzione a pieno regime. Generalmente, questo sistema può ottenere calore non solo da un’unica fonte ma anche da più fonti.
Tra i sistemi più tecnologici è possibile citare le batterie termiche, queste, infatti, possono essere usate per poter accumulare calore e per fornire acqua calda, da una gamma di fonti diverse. Occupano altresì meno spazio rispetto al classico serbatoio d’acqua calda. Infine, possono immagazzinare il calore a lungo senza alcun rischio di dispersione dello stesso nell’ambiente circostante nel tempo. Tali batterie sfruttano il calore latente per poter immagazzinare energia termica, prodotta anche attraverso impianti fotovoltaici.
In poche parole, il calore o l’elettricità vengono usati per poter convertire un materiale a cambiamento di fase da uno stato all’altro (cioè da solido a liquido), un procedimento che cattura una notevole quantità di energia. Questo particolare sistema di accumulo termico permette di minimizzare perdite di calore e di accumularne molto di più a parità di superficie e spazio usati. Infine, altro metodo per poter accumulare calore è l’uso di materiali che permettono concretamente di farlo come ad esempio:
- Sale fuso: il quale immagazzina energia termica a temperature elevate;
- Pietra lavica o zeolite: famose per essere porose e per accumulare calore;
- Calcestruzzo: molto durevole nel tempo e resistente, oltre ad avere un’ottima capacità termica che gli consente di immagazzinare calore.
Come funziona un accumulatore termico?
Un accumulatore termico funziona attraverso tre fasi.
La prima è quella di carica, durante la quale l’energia termica viene trasferita all’accumulatore termico dopo esser stata prelevata da una fonte esterna, come ad esempio un pannello solare. Questa energia termica viene poi ceduta all’acqua contenuta all’interno del serbatoio.
Successivamente, c’è la fase di immagazzinamento: l’acqua riscaldata viene mantenuta a una temperatura elevata grazie all’isolamento del serbatoio, che riduce al minimo le dispersioni di calore e permette di conservare l’energia per periodi prolungati.
Infine, quando c’è richiesta di acqua calda, l’accumulatore entra in azione nella fase di utilizzo, fornendo acqua calda direttamente all’utenza. Questo può avvenire sia per la produzione di acqua per uso sanitario che per il riscaldamento degli ambienti.
Puoi approfondire la differenza tra impianto fotovoltaico e solare termico seguendo questo link
Accumuli termici nei sistemi solari
Un’applicazione che ormai risulta essere ricorrente riguarda gli impianti destinati al riscaldamento degli ambienti di medie o grandi dimensioni, in cui l’acqua calda prodotta dall’apposito generatore di calore, invece di essere distribuita ai terminali scaldanti, viene raccolta direttamente in un serbatoio d’accumulo. Una volta giunta qui, l’acqua resta a disposizione per le apposite richieste di riscaldamento degli ambienti.
Più precisamente, il serbatoio, in questi casi, tende a svolgere la funzione di “volano termico”, ovvero, tende ad attenuare le fluttuazioni di richiesta di calore da parte dell’utenza termica. Grazie a questa soluzione è possibile ridurre i cicli attacca e stacca della fonte energetica, il che consente di prolungargli sicuramente la vita nel lungo periodo e di abbattere i consumi e le emissioni associate agli stessi ovviamente.
Altra configurazione comune è quella a stratificazione. Posto che la connessione idraulica dell’impianto di riscaldamento risulta essere guidata dal principio della stratificazione del calore (la quale implica una maggiore concentrazione di calore nella parte superiore), i punti di prelievo delle utenze vengono posizionati proprio nella parte più alta dell’accumulo, al fine di garantire una temperatura maggiore. Viceversa, i collegamenti delle fonti energetiche che portano energia nell’accumulo vengono posizionati nella parte in basso, punto decisamente più freddo del bollitore, dove si ha il maggior scambio di calore.
Quale è il materiale che accumula più calore?
L’acqua conservata in serbatoi coibentati si dimostra il materiale di accumulo più efficiente a temperature inferiori ai 150 °C. Questo è dovuto principalmente alla sua elevata capacità termica, che permette di immagazzinare grandi quantità di calore con un ingombro relativamente ridotto. Inoltre, l’acqua è una risorsa sempre disponibile e il suo costo è praticamente nullo, pertanto costituisce una soluzione economicamente interessante per sistemi di accumulo energetico.
Come fare per accumulare il calore?
Per creare un accumulo termico a costo zero, è necessario sfruttare l’energia solare per immagazzinare calore durante il giorno e utilizzarlo quando il sole non è disponibile, ad esempio di notte o in caso di condizioni climatiche avverse.
Per far ciò è necessario impiegare collettori solari che captano l’energia solare e la trasferiscono a un liquido termovettore, solitamente acqua oppure un fluido specifico. L’energia termica accumulata viene poi conservata in un serbatoio di stoccaggio, spesso realizzato con materiali ad alta capacità termica.
Come opera un sistema di accumulo termico?
I sistemi di accumulo termico ad alta temperatura sono tecnologie che immagazzinano energia termica per essere utilizzata successivamente. Questi sono generalmente costituiti da serbatoi isolati che contengono fluidi come acqua calda o vapore, che trattengono il calore generato da fonti come il solare termico.
Un’alternativa ai fluidi tradizionali è l’uso di materiali a cambiamento di fase (PCM), che possono accumulare e rilasciare grandi quantità di energia termica passando da uno stato fisico all’altro.