Pareti fotovoltaiche e muri solari passivi possono collaborare
(Rinnovabili.it) – Cosa succede ad integrare un elemento dell’architettura passiva con componente attivo di produzione energetica? È esattamente da questo presupposto che, nei primi anni 2000, è nato il Muro di Trombe-Fotovoltaico, fusione tra due differenti approcci per sfruttare l’energia solare in edilizia.
Il sistema è in grado di generare elettricità e calore utile per l’abitazione e il suo concept originale risale al lavoro di alcuni scienziati cinesi che, nel 2005, hanno per la prima volta modellato una parete di Trombe con celle fotovoltaiche annesse. Da allora ad oggi si sono moltiplicate le ricerche finalizzate ad ottimizzare le prestazioni energetiche di questo “ibrido”, testando nuovi materiali a cambiamento di fase, mezzi porosi o l’aggiunta di ventole. L’ultimo progresso in ordine cronologico arriva proprio quest’anno da uno studio condotto da Ateka Ibrahim, Omer Ahmed e Sameer Algburi dell’Università Al-Kitab, in Iraq.
Il gruppo cercava un modo per ottimizzare la quantità di radiazione solare incidente sulla facciata esterna al fine di aumentare l’efficienza complessiva del sistema. Ma per comprenderne il risultato è utile compiere qualche passo indietro
Muro di Trombe, cos’è?
Il muro di Trombe o più precisamente di Trombe-Michel è un particolare sistema solare passivo inventato alla fine del 1800 ma divenuto famoso negli ’70 del secolo scorso. Questa struttura fa parte dei dispositivi bioclimatici con massa termica e funziona come una sorta di grande batteria. Durante il giorno la parete viene ricaricata dal calore solare per poi rilasciare quella stessa energia termica passivamente in maniera controllata per un lungo periodo di tempo.
Si tratta di un sistema a guadagno indiretto: il muro, una parete spessa almeno 25 cm e dotata di prese d’aria superiori e inferiori, è realizzato con materiali ad alta captazione solare ed è dipinto di nero esteriormente per assorbire meglio le radiazioni. Davanti al suo lato esterno è installata una superficie vetrata, lasciando tra due elementi un’intercapedine di circa 5 cm.
Come funziona il Muro di Trombe-Michel?
Il compito di questo sistema solare passivo è fornire calore all’abitazione attraverso due distinte modalità. Il primo modo è attraverso l’assorbimento e l’accumulo della radiazione solare. La Trombe Wall (TW) viene riscaldata dal sole, irradiando il calore al resto della casa fintanto che la temperatura del muro è maggiore di quella dell’ambiente interno; quindi teoricamente anche dopo il sole è tramontato. Il secondo modo è attraverso la convezione. Durante l’inverno quando il sole batte sulla parete, l’aria nell’intercapedine si riscalda e sale, scorrendo attraverso le bocchette del soffitto. L’aria fresca proveniente dalla stanza interna viene invece, aspirata attraverso le prese del pavimento.
Ma il sistema può essere utile anche in estate: l’energia termica immagazzinata può infatti essere utilizzata per pompare aria fresca creando correnti di convezione.
Muro di Trombe-Fotovoltaico
Perché integrare la tecnologia fotovoltaica con quella dei muri solari passivi? Perché è stato dimostrato che il mix tecnologico può darsi una mano a vicenda. E che, in particolare, il Muro di Trombe può aiutare il raffrescamento delle celle solari, incrementando l’efficienza. Il problema di questa tipologia di sistemi ibridi è che soffrono di basse prestazioni.
Gli scienziati iracheni hanno provato ad ottimizzare la quantità di radiazione solare incidente posizionando specchi riflettenti su ciascun lato della faccia anteriore del sistema FV/TW. Aggiungendo inoltre due ventole sotto ciascuna camera e uno scambiatore di calore dietro uno dei pannelli fotovoltaici impiegati e una pompa per farvi circolare l’acqua all’interno.
L’approccio dell’Università Al-Kitab
Un approccio non completamente nuovo ma il team ha offerto diversi passi avanti studiando anche l’angolo ottimale per le superfici riflettenti – tra 30, 45 e 60 gradi – ai fini della resa elettrica e di quella termica. “In questo studio le prestazioni elettriche e termiche del sistema (FV/TW) – scrivono gli scienziati iracheni – sono state valutate determinando il tasso di assorbimento termico da parte dell’aria condotto e il tasso di assorbimento termico dello scambiatore di calore e calcolando l’energia elettrica che può produrre dal pannello fotovoltaico”.
I risultati hanno indicato che l’utilizzo di ventole in corrente continua assieme agli specchi e ad acqua che scorre attraverso uno scambiatore di calore migliora le prestazioni complessive del Muro di Trombe-fotovoltaico. Nel dettaglio l’angolo migliore per gli specchi è 30° quando si utilizza il raffreddamento ad acqua. Questa configurazione del sistema consente la massima efficienza elettrica giornaliera, pari al 13,86%. Inoltre, i test hanno confermato che l’efficienza termica del sistema che utilizza due fluidi di raffreddamento è la più alta rispetto agli altri casi valutati. I risultati della ricerca sono consultabili nell’articolo “Optimum angle of reflective mirrors integrated on PV/Trombe wall: An experimental assessmentAuthor links open overlay panel” pubblicato su Energy Reports (testo inglese).