ITRE20110096A1 - METHOD AND PLANT FOR THE RENOVATION OF RENEWABLE ENERGY - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

“METODO ED IMPIANTO PER LO SFRUTTAMENTO DI ENERGIA RINNOVABILE†⠀ œMETHOD AND PLANT FOR THE EXPLOITATION OF RENEWABLE ENERGYâ €

CAMPO DELLA TECNICA FIELD OF TECHNIQUE

La presente invenzione riguarda un metodo ed un impianto per lo sfruttamento di energia rinnovabile. The present invention relates to a method and a plant for the exploitation of renewable energy.

STATO DELL’ARTE STATE OF THE ART

Come à ̈ noto, con il termine “energia rinnovabile†si intende generalmente una forma di energia generata da una fonte che, per sua caratteristica intrinseca, si rigenera naturalmente o si esaurisce in tempi tecnicamente lunghissimi. As is well known, the term â € œrenewable energyâ € generally refers to a form of energy generated by a source which, due to its intrinsic characteristic, is naturally regenerated or is exhausted in a technically very long time.

Sono comunemente considerate energie rinnovabili svariate tipologie di energia, tra cui in particolare l’energia solare e l’energia geotermica. Various types of energy are commonly considered renewable energy, including in particular solar energy and geothermal energy.

Da un punto di vista tecnico, l’energia solare viene comunemente sfruttata attraverso l’utilizzo dei cosiddetti pannelli solari termici, più propriamente chiamati collettori solari termici, e dei pannelli solari fotovoltaici, più propriamente chiamati moduli fotovoltaici. From a technical point of view, solar energy is commonly exploited through the use of so-called thermal solar panels, more properly called thermal solar collectors, and photovoltaic solar panels, more properly called photovoltaic modules.

Un collettore solare termico à ̈ un dispositivo atto a convertire la radiazione solare in energia termica, il quale comprende di norma un pannello di materiale conduttore che viene riscaldato dalla radiazione solare e che trasferisce il calore così raccolto ad un fluido termovettore, usualmente acqua mescolata ad antigelo, che viene fatto circolare all’interno di una fitta rete di canali associati al pannello stesso. Il calore trasferito al fluido termovettore può essere successivamente utilizzato in vari modi differenti, il più diffuso dei quali à ̈ la produzione di acqua calda per usi sanitari all’interno degli edifici. A solar thermal collector is a device suitable for converting solar radiation into thermal energy, which usually comprises a panel of conductive material which is heated by solar radiation and which transfers the heat thus collected to a heat transfer fluid, usually mixed water. antifreeze, which is circulated inside a dense network of channels associated with the panel itself. The heat transferred to the heat transfer fluid can subsequently be used in various different ways, the most widespread of which is the production of hot water for sanitary purposes inside the buildings.

Un modulo fotovoltaico à ̈ invece un dispositivo in grado di convertire l’energia solare direttamente in energia elettrica per effetto fotovoltaico. Gli elementi base di un modulo fotovoltaico sono le cosiddette celle fotovoltaiche. La versione più diffusa di cella fotovoltaica à ̈ costituita essenzialmente da una lamina di materiale semiconduttore come il silicio. Quando un flusso luminoso investe una cella fotovoltaica, un certo numero di elettroni che si trovano nella banda di valenza del materiale semiconduttore passano, per effetto fotovoltaico, alla banda di conduzione, rendendo pertanto disponibili dei portatori di carica che possono essere sfruttati per generare una corrente elettrica. Il rendimento di un modulo fotovoltaico à ̈ influenzato da numerosi fattori, uno dei quali à ̈ la temperatura di esercizio delle celle fotovoltaiche. In particolare, il rendimento di un modulo fotovoltaico à ̈ maggiore quando le celle fotovoltaiche lavorano a bassa temperatura, ad esempio nei mesi invernali, quando tuttavia c’à ̈ basso irraggiamento. Per questo motivo, à ̈ stato pensato di abbinare ad alcuni moduli fotovoltaici un sistema che consenta di raffreddare le celle fotovoltaiche, aumentandone il rendimento anche nei mesi estivi. A photovoltaic module, on the other hand, is a device capable of converting solar energy directly into electricity due to the photovoltaic effect. The basic elements of a photovoltaic module are the so-called photovoltaic cells. The most common version of a photovoltaic cell is essentially made up of a sheet of semiconductor material such as silicon. When a luminous flux strikes a photovoltaic cell, a certain number of electrons that are in the valence band of the semiconductor material pass, due to the photovoltaic effect, to the conduction band, thus making charge carriers available that can be used to generate a current. electric. The performance of a photovoltaic module is influenced by numerous factors, one of which is the operating temperature of the photovoltaic cells. In particular, the efficiency of a photovoltaic module is higher when the photovoltaic cells work at low temperatures, for example in the winter months, when however there is low irradiation. For this reason, it was decided to combine some photovoltaic modules with a system that allows the photovoltaic cells to be cooled, increasing their performance even in the summer months.

Sulla base di questo concetto sono stati quindi proposti i cosiddetti moduli fotovoltaici ibridi, comunemente chiamati PVT (PhotoVoltaic and Thermal), i quali sono dispositivi che permettono la conversione dell’energia irradiata dal sole sia in energia elettrica sia in energia termica. Un PVT à ̈ in genere costituito da un modulo fotovoltaico al quale à ̈ associato uno scambiatore di calore in cui circola un fluido termovettore. In questo modo, il fluido termovettore raffredda le celle fotovoltaiche e viene contestualmente riscaldato dalla parte di radiazione solare non convertita in energia elettrica. Rispetto ai collettori solari termici tradizionali, i PVT sono in grado di riscaldare il fluido termovettore ad una temperatura più bassa, fino ad un massimo di circa 40°C. Il calore del fluido termovettore riscaldato dai PVT à ̈ attualmente utilizzato soltanto per la produzione di acqua calda sanitaria, specialmente nei mesi molto caldi, o tuttalpiù per riscaldare piscine, ma col problema in ogni caso di smaltire il calore in eccesso. Based on this concept, the so-called hybrid photovoltaic modules have been proposed, commonly called PVT (PhotoVoltaic and Thermal), which are devices that allow the conversion of the energy radiated by the sun into both electrical and thermal energy. A PVT generally consists of a photovoltaic module which is associated with a heat exchanger in which a heat transfer fluid circulates. In this way, the heat transfer fluid cools the photovoltaic cells and is simultaneously heated by the part of solar radiation not converted into electrical energy. Compared to traditional solar thermal collectors, PVTs are able to heat the heat transfer fluid at a lower temperature, up to a maximum of about 40 ° C. The heat of the heat transfer fluid heated by the PVTs is currently used only for the production of domestic hot water, especially in the very hot months, or at most to heat swimming pools, but with the problem in any case of disposing of the excess heat.

Le tecniche di sfruttamento dell’energia geotermica sono studiate dalla geotermia, la quale si occupa generalmente della possibilità di sfruttare come sorgente di energia termica il calore presente negli strati più profondi della crosta terrestre. Tuttavia esiste anche un’altra forma di geotermia, chiamata geotermia a bassa entalpia, che permette di sfruttare il calore del terreno a basse profondità. La geotermia a bassa entalpia si basa sulla caratteristica del terreno di avere una massa di grande capacità termica, e di mantenere, già a pochi metri di profondità dalla superficie, una temperatura quasi costante di circa 10°C per tutto l’anno (l’effetto delle oscillazioni di temperatura superficiale del terreno si esaurisce infatti a profondità contenute). Sfruttando questa caratteristica, la geotermia a bassa entalpia à ̈ generalmente utilizzata per il riscaldamento di edifici, mediante impianti che comprendono schematicamente una pompa di calore collegata ad uno scambiatore di calore geotermico. Lo scambiatore di calore geotermico à ̈ un sistema di tubazioni a circuito chiuso che viene interrato nel terreno circostante l’edificio da riscaldare, ed al cui interno scorre un fluido termovettore che scambia calore con il terreno stesso. Le tubazioni sono generalmente in polietilene ed hanno un diametro piuttosto piccolo (pochi centimetri). Lo scambiatore di calore geotermico può avere una configurazione a sviluppo verticale, comprendente cioà ̈ uno o più tubi conformati ad “U†(detti sonde geotermiche) che scendono in profondità nel terreno (fino anche a 50-150 metri), oppure una configurazione orizzontale o superficiale, ossia comprendente una o più serpentine o spirali di tubi che vengono interrate su un’area più estesa ma a più bassa profondità (fino ad un massimo di circa 15 metri). Il fluido termovettore che circola nello scambiatore geotermico può essere acqua semplice, con l’inconveniente di non poter scendere sotto i 4°C per evitare il congelamento, o una miscela di acqua e antigelo (ad esempio glicole etilenico o propilenico), la quale può essere fatta circolare anche a temperature inferiori a 0°C. The techniques for exploiting geothermal energy are studied by geothermal energy, which generally deals with the possibility of exploiting the heat present in the deeper layers of the earth's crust as a source of thermal energy. However, there is also another form of geothermal, called low-enthalpy geothermal, which allows to exploit the heat of the ground at low depths. Low enthalpy geothermal energy is based on the characteristic of the soil of having a mass of great thermal capacity, and of maintaining, already a few meters deep from the surface, an almost constant temperature of about 10 ° C for the whole year (the € ™ effect of the fluctuations in the surface temperature of the soil is in fact exhausted at contained depths). Taking advantage of this feature, low enthalpy geothermal is generally used for heating buildings, by means of systems that schematically include a heat pump connected to a geothermal heat exchanger. The geothermal heat exchanger is a closed circuit piping system that is buried in the ground surrounding the building to be heated, and inside which flows a heat transfer fluid which exchanges heat with the ground itself. The pipes are generally made of polyethylene and have a rather small diameter (a few centimeters). The geothermal heat exchanger can have a vertical configuration, including one or more U-shaped tubes (called geothermal probes) that go deep into the ground (up to 50-150 meters), or a configuration horizontal or superficial, ie comprising one or more coils or spirals of pipes that are buried over a larger area but at a lower depth (up to a maximum of about 15 meters). The heat transfer fluid circulating in the geothermal exchanger can be simple water, with the drawback of not being able to drop below 4 ° C to avoid freezing, or a mixture of water and antifreeze (for example ethylene or propylene glycol), which it can be circulated even at temperatures below 0 ° C.

La pompa di calore assorbe l’energia termica del fluido termovettore, che funge da sorgente di calore a bassa temperatura, e lo utilizza per riscaldare un fluido più caldo, tipicamente acqua, che circola in un impianto di riscaldamento collocato all’interno dell’edificio, tipicamente un impianto di riscaldamento a pannelli radianti. Per eseguire il menzionato trasferimento di calore, la pompa di calore consuma una certa quantità di energia meccanica, il cui valore à ̈ direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra il liquido termovettore proveniente dallo scambiatore di calore geotermico e l’acqua nell’impianto di riscaldamento. La resa di una pompa di calore geotermica à ̈ perciò espressa dal cosiddetto Coefficiente di Prestazione (COP), ossia dal rapporto tra energia termica trasferita all’acqua dell’impianto di riscaldamento e l’energia meccanica spesa per eseguire tale trasferimento. The heat pump absorbs the thermal energy of the heat transfer fluid, which acts as a low temperature heat source, and uses it to heat a warmer fluid, typically water, which circulates in a heating system located inside the € ™ building, typically a radiant panel heating system. To perform the aforementioned heat transfer, the heat pump consumes a certain amount of mechanical energy, the value of which is directly proportional to the difference in temperature between the heat transfer liquid coming from the geothermal heat exchanger and the water in the system. of heating. The yield of a geothermal heat pump is therefore expressed by the so-called Coefficient of Performance (COP), ie the ratio between the thermal energy transferred to the water in the heating system and the mechanical energy spent to perform this transfer.

Un inconveniente comune a molte energie rinnovabili à ̈ quello di avere un carattere di stagionalità, ovvero di avere rendimenti differenti nei vari periodi dell’anno. Ad esempio, alle latitudini temperate, la disponibilità di energia solare à ̈ massima nei mesi soleggiati estivi, minima nei mesi freddi invernali e fortemente variabile nei mesi di transizione. Per questo motivo, i PVT descritti in precedenza sono atti a produrre dei picchi di energia elettrica e di acqua calda specialmente nei mesi estivi, quando la richiesta elettrica à ̈ effettivamente elevata a causa del funzionamento dei dispositivi elettici di raffrescamento dell’aria (condizionatori), ma quando la richiesta di energia termica à ̈ normalmente bassa e comunque decisamente inferiore rispetto ai mesi invernali. Pertanto, la maggior parte del calore assorbito dal fluido termovettore nei PVT viene attualmente dissipato, talvolta con un’ulteriore spesa energetica dovuta alla necessità di installare uno scambiatore di calore specificatamente configurato per raffreddare il fluido vettore prima di riportalo ai PVT. A common drawback of many renewable energies is that they have a seasonal nature, that is to say that they have different yields in the various periods of the year. For example, in temperate latitudes, the availability of solar energy is maximum in the sunny summer months, minimum in the cold winter months and highly variable in the transition months. For this reason, the PVT described above are capable of producing peaks in electricity and hot water especially in the summer months, when the electricity demand is actually high due to the operation of the electrical air cooling devices (air conditioners). ), but when the demand for thermal energy is normally low and in any case much lower than in the winter months. Therefore, most of the heat absorbed by the heat transfer fluid in the PVT is currently dissipated, sometimes with an additional energy expense due to the need to install a heat exchanger specifically configured to cool the carrier fluid before returning it to the PVTs.

Per quanto riguarda invece i collettori solari termici, anche il più efficiente dei collettori solari termici alle latitudini temperate produce poca energia soprattutto nei mesi invernali, ad esempio tra novembre e gennaio. As for solar thermal collectors, even the most efficient solar thermal collectors in temperate latitudes produce little energy especially in the winter months, for example between November and January.

Anche la geotermia a bassa entalpia, soprattutto quando effettuata con scambiatore geotermico a configurazione orizzontale, à ̈ affetta da una certa stagionalità. Infatti, il funzionamento della pompa di calore sottrae calore al terreno specialmente nei mesi freddi invernali, in cui la richiesta di acqua calda per il riscaldamento à ̈ maggiore. Il calore sottratto al terreno viene poi rigenerato dalla pioggia e dal sole, specialmente nei mesi caldi estivi. Si ha così un bilancio termico annuale che però non sempre arriva alla perfetta parità, con il rischio di avere ogni inverno un terreno un po’ più freddo dell’anno precedente, abbassando progressivamente il COP della pompa di calore. Per risolvere questo inconveniente à ̈ attualmente necessario aumentare significativamente l’area di terreno occupata dallo scambiatore di calore geotermico, in modo da aumentarne l’esposizione al sole ed alla pioggia. A titolo esemplificativo, un impianto geotermico superficiale richiede attualmente un’area di terreno di almeno 150 m<2>, possibilmente esposta a sud e non ombreggiata, per ogni 100 m<2>di superficie interna dell’edificio da riscaldare. Nelle abitazioni attuali à ̈ molto difficile trovare una tale superficie di terreno disponibile, se non considerando ville unifamiliari con ampia superficie fondiaria. Low enthalpy geothermal energy, especially when carried out with a horizontal configuration geothermal exchanger, is affected by a certain seasonality. In fact, the operation of the heat pump removes heat from the ground especially in the cold winter months, when the demand for hot water for heating is greater. The heat removed from the ground is then regenerated by the rain and the sun, especially in the hot summer months. This results in an annual thermal balance which, however, does not always reach perfect parity, with the risk of having a slightly colder soil every winter than the previous year, progressively lowering the COP of the heat pump. To solve this problem, it is currently necessary to significantly increase the area of land occupied by the geothermal heat exchanger, in order to increase its exposure to the sun and rain. By way of example, a surface geothermal system currently requires an area of land of at least 150 m <2>, possibly south-facing and unshaded, for every 100 m <2> of internal surface of the building to be heated. In current homes it is very difficult to find such an area of land available, if not considering single-family villas with large land area.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Alla luce di quanto sopra esposto, uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i menzionati inconvenienti della tecnica nota, fornendo un sistema per lo sfruttamento congiunto e coordinato dell’energia solare e della geotermia a bassa entalpia, che consenta migliori rendimenti globali rispetto ai sistemi attualmente utilizzati. In light of the foregoing, an aim of the present invention is to solve the aforementioned drawbacks of the prior art, providing a system for the joint and coordinated exploitation of solar energy and low enthalpy geothermal energy, which allows better overall yields. compared to the systems currently used.

Un ulteriore scopo à ̈ quello di conseguire il menzionato obiettivo nell’ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo contenuto. A further aim is to achieve the aforementioned objective in the context of a simple, rational and low cost solution.

Tali scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell’invenzione riportate nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione. These objects are achieved by the characteristics of the invention reported in the independent claims. The dependent claims outline preferred and / or particularly advantageous aspects of the invention.

In particolare, l’invenzione rende disponibile un metodo per lo sfruttamento di energia rinnovabile comprendente le fasi operative di: In particular, the invention makes available a method for the exploitation of renewable energy comprising the operating phases of:

- riscaldare un fluido termovettore mediante uno o più moduli fotovoltaici ibridi, - heat a heat transfer fluid by means of one or more hybrid photovoltaic modules,

- utilizzare il fluido termovettore riscaldato dai moduli fotovoltaici ibridi per riscaldare un terreno, - use the heat transfer fluid heated by the hybrid photovoltaic modules to heat a ground,

- utilizzare detto terreno per riscaldare un fluido termovettore, e - utilizzare il fluido termovettore riscaldato dal terreno in una pompa di calore. - use said ground to heat a heat transfer fluid, and - use the heat transfer fluid heated by the ground in a heat pump.

Le prime due fasi operative del metodo possono essere effettuate nei periodi caldi e di maggiore insolazione, tipicamente nei mesi caldi estivi, ad esempio da maggio a settembre. In questo modo, la bassa temperatura del terreno garantisce al fluido termovettore di asportare molto calore dai moduli fotovoltaici ibridi, la cui produttività elettrica può aumentare anche del 20%. Allo stesso tempo, il calore proveniente dai moduli fotovoltaici ibridi viene accumulato nel terreno, che potrà così raggiungere una temperatura di circa 20–25°C a fine stagione calda. The first two operational phases of the method can be carried out in the hot periods and periods of greater insolation, typically in the hot summer months, for example from May to September. In this way, the low temperature of the ground guarantees the heat transfer fluid to remove a lot of heat from the hybrid photovoltaic modules, whose electrical productivity can increase by up to 20%. At the same time, the heat coming from the hybrid photovoltaic modules is accumulated in the ground, which can thus reach a temperature of about 20-25 ° C at the end of the hot season.

In questo modo, si evita vantaggiosamente che il terreno venga riscaldato a temperature eccessivamente alte, il che contribuirebbe solo ad aumentare le perdite per entropia e a creare “sofferenza†nel terreno stesso, giacché la temperatura massima del fluido termovettore uscente dai moduli fotovoltaici ibridi à ̈ intorno ai 40°C. In this way, it is advantageously avoided that the ground is heated to excessively high temperatures, which would only contribute to increasing the losses due to entropy and to create â € œsufferingâ € in the ground itself, since the maximum temperature of the heat transfer fluid exiting the hybrid photovoltaic modules It is around 40 ° C.

La grande capacità termica del terreno fa sì che il calore accumulato rimanga poi stoccato nel terreno per un certo tempo. The large thermal capacity of the soil means that the accumulated heat is then stored in the soil for a certain time.

Le ultime due fasi operative del metodo potranno perciò essere effettuate nei periodi freddi e di minima insolazione, tipicamente nei mesi invernali, ad esempio da novembre a gennaio. In questo modo, il calore precedentemente immagazzinato nel terreno potrà essere vantaggiosamente sfruttato dalla pompa di calore per operare con un più elevato Coefficiente di Prestazione (COP) e quindi con una migliore resa. The last two operational phases of the method can therefore be carried out in the cold periods and with minimal sunshine, typically in the winter months, for example from November to January. In this way, the heat previously stored in the ground can be advantageously exploited by the heat pump to operate with a higher Coefficient of Performance (COP) and therefore with a better yield.

In altre parole, l’invenzione permette di sfruttare l’energia solare termica raccolta dai moduli fotovoltaici ibridi in alcuni periodi dell’anno, tipicamente quelli caldi e di massima insolazione, per aumentare il COP della pompa di calore in altri periodi dell’anno, tipicamente in quelli freddi e di minima insolazione. In other words, the invention makes it possible to exploit the solar thermal energy collected by the hybrid photovoltaic modules in certain periods of the year, typically the hot ones and the maximum insolation, to increase the COP of the heat pump in other periods of the year. € ™ year, typically in the cold ones and with minimal sunshine.

In questo modo, si ottiene un rendimento energetico più elevato sia dei moduli fotovoltaici ibridi sia del sistema geotermico, che permette di ottenere classi energetiche molto alte (anche classe A) e di avere (ove previsto dalla legislazione) incentivi economici dovuti all’uso razionale dell’energia. Inoltre, a parità di energia termica da produrre, l’aumento di COP della pompa di calore geotermica consente l’adozione di scambiatori di calore geotermici più piccoli, che richiedono anche una minore superficie di interramento, con la conseguente possibilità di essere installati in giardini o aree relativamente piccole. In this way, a higher energy efficiency is obtained both of the hybrid photovoltaic modules and of the geothermal system, which allows to obtain very high energy classes (also class A) and to have (where required by law) economic incentives due to their use. rational energy. Furthermore, with the same thermal energy to be produced, the increase in COP of the geothermal heat pump allows the adoption of smaller geothermal heat exchangers, which also require a smaller ground surface, with the consequent possibility of being installed in gardens or relatively small areas.

Un preferito aspetto dell’invenzione prevede che il metodo comprenda la ulteriore fase operativa di: A preferred aspect of the invention provides that the method includes the further operational step of:

- utilizzare la pompa di calore per riscaldare acqua. - use the heat pump to heat water.

Questa fase operativa può essere effettuata specialmente nei periodi freddi, per produrre le grandi quantità di acqua calda normalmente richieste. This operational phase can be carried out especially in cold periods, to produce the large quantities of hot water normally required.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il metodo può prevedere anche la fase operativa di: According to another aspect of the invention, the method can also include the operational phase of:

- utilizzare direttamente il fluido termovettore riscaldato dai moduli fotovoltaici ibridi per riscaldare acqua. - directly use the heat transfer fluid heated by the hybrid photovoltaic modules to heat water.

Questa fase operativa può essere eseguita specialmente nei periodi caldi, ad esempio alternandola alla fase di riscaldamento del terreno. In questo modo, il calore prodotto dai moduli fotovoltaici ibridi viene efficacemente utilizzato anche per produrre acqua calda, evitando di dover utilizzare la pompa di calore. This operational phase can be carried out especially in hot periods, for example alternating it with the heating phase of the ground. In this way, the heat produced by the hybrid photovoltaic modules is also effectively used to produce hot water, avoiding having to use the heat pump.

Si desidera qui precisare che per “utilizzo diretto†si intende che il calore viene trasferito tra i due fluidi senza passare dall’accumulo in terra, e preferibilmente senza l’interposizione di nessun altro fluido termovettore, ad esempio all’interno di uno scambiatore di calore che viene lambito su ciascun lato da uno dei due fluidi. We would like to specify here that by â € œdirect useâ € we mean that the heat is transferred between the two fluids without passing from the accumulation in the ground, and preferably without the interposition of any other heat transfer fluid, for example inside of a heat exchanger which is lapped on each side by one of the two fluids.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione prevede che il metodo possa comprendere anche le fasi operative di: A further aspect of the invention provides that the method may also include the operational steps of:

- riscaldare un fluido termovettore mediante uno o più collettori solari termici, e - heat a heat transfer fluid by means of one or more solar thermal collectors, e

- utilizzare direttamente il fluido termovettore riscaldato dai collettori solari termici per riscaldare acqua. - directly use the heat transfer fluid heated by the solar thermal collectors to heat water.

Queste fasi possono essere eseguite specialmente nei periodi caldi, in modo da produrre sufficiente acqua calda anche quando i moduli fotovoltaici ibridi sono utilizzati per riscaldare il terreno, senza dover attivare la pompa di calore. These phases can be performed especially in hot periods, in order to produce sufficient hot water even when the hybrid photovoltaic modules are used to heat the ground, without having to activate the heat pump.

L’acqua calda riscaldata dalla pompa di calore e/o direttamente dai moduli fotovoltaici ibridi e/o dai collettori solari termici, potrà essere vantaggiosamente utilizzata per molteplici funzioni all’interno dell’edificio. The hot water heated by the heat pump and / or directly by the hybrid photovoltaic modules and / or by the solar thermal collectors, can be advantageously used for multiple functions inside the building.

In particolare, un aspetto dell’invenzione prevede che l’acqua calda possa essere utilizzata per riscaldare altra acqua da erogare verso una o più utenze di consumo presenti nell’edificio, come ad esempio rubinetti dei lavandini, delle docce o di altri sanitari, e/o verso le prese di acqua calda per gli elettrodomestici. Questo utilizzo dell’acqua calda à ̈ chiaramente previsto durante tutto l’arco dell’anno con conseguente forte risparmio di energia elettrica. In particular, an aspect of the invention provides that hot water can be used to heat other water to be delivered to one or more consumption users present in the building, such as faucets in sinks, showers or other sanitary ware, and / or to hot water outlets for household appliances. This use of hot water is clearly foreseen throughout the year with consequent significant savings in electricity.

L’acqua calda può inoltre essere utilizzata per riscaldare uno o più ambienti interni dell’edificio, ad esempio facendola circolare in un impianto di riscaldamento, preferibilmente un impianto di riscaldamento a pannelli radianti, ad esempio a pavimento, a soffitto o a parete. Chiaramente, questo utilizzo dell’acqua calda à ̈ previsto specialmente nei periodi freddi dell’anno. Hot water can also be used to heat one or more internal rooms of the building, for example by circulating it in a heating system, preferably a radiant panel heating system, for example underfloor, ceiling or wall. Clearly, this use of hot water is especially foreseen in the cold periods of the year.

Per eseguire efficacemente il metodo sopra delineato, l’invenzione rende inoltre disponibile un impianto per lo sfruttamento di energia rinnovabile che comprende essenzialmente: To effectively carry out the method outlined above, the invention also makes available a plant for the exploitation of renewable energy which essentially comprises:

- uno o più moduli fotovoltaici ibridi, - one or more hybrid photovoltaic modules,

- un primo circuito idraulico atto a collegare detti moduli fotovoltaici ibridi con uno scambiatore di calore geotermico interrato in un terreno, in modo da consentire un trasferimento di calore tra il modulo fotovoltaico ibrido ed il terreno, tramite un fluido termovettore atto a circolare nel primo circuito idraulico, - una pompa di calore, ed - a first hydraulic circuit adapted to connect said hybrid photovoltaic modules with a geothermal heat exchanger buried in a ground, so as to allow a heat transfer between the hybrid photovoltaic module and the ground, by means of a heat transfer fluid able to circulate in the first circuit plumber, - a heat pump, ed

- un secondo circuito idraulico atto a collegare detta pompa di calore con uno scambiatore di calore geotermico interrato in detto terreno, in modo da consentire un trasferimento di calore tra detto terreno e la pompa di calore, tramite un fluido termovettore atto a circolare nel secondo circuito idraulico. - a second hydraulic circuit adapted to connect said heat pump with a geothermal heat exchanger buried in said ground, so as to allow a transfer of heat between said ground and the heat pump, by means of a heat transfer fluid able to circulate in the second circuit hydraulic.

In linea di principio, il primo circuito idraulico ed il secondo circuito idraulico potrebbero essere collegati ciascuno ad un rispettivo scambiatore di calore geotermico, purché entrambi questi scambiatori di calore siano interrati nello stesso terreno. In principle, the first hydraulic circuit and the second hydraulic circuit could each be connected to a respective geothermal heat exchanger, as long as both of these heat exchangers are buried in the same ground.

Un preferito aspetto dell’invenzione prevede tuttavia che detti primo circuito idraulico e secondo circuito idraulico siano collegati con uno stesso scambiatore di calore geotermico. However, a preferred aspect of the invention provides that said first hydraulic circuit and second hydraulic circuit are connected to the same geothermal heat exchanger.

In questo modo, si riducono vantaggiosamente i costi di installazione dell’impianto ed à ̈ possibile utilizzare un solo fluido termovettore sia per raffreddare i moduli fotovoltaici ibridi (nei periodi caldi estivi) sia per far funzionare la pompa di calore (nei periodi freddi invernali). In this way, the installation costs of the system are advantageously reduced and it is possible to use a single heat transfer fluid both to cool the hybrid photovoltaic modules (in the hot summer periods) and to operate the heat pump (in the cold winter periods. ).

La pompa di calore può utilizzare un fluido operatore differente dal fluido termovettore che fluisce nello scambiatore di calore geotermico. Tale fluido operatore circola in un circuito idraulico chiuso passando in serie attraverso un evaporatore, in cui viene fatto evaporare e portato allo stato di vapore, un compressore, in cui il vapore viene compresso aumentandone la temperatura, un condensatore, in cui il vapore condensa tornando allo stato liquido, ed infine una valvola di espansione, in cui la pressione del fluido operatore viene abbassata prima di tornare all’evaporatore. Il calore necessario per l’evaporazione del fluido operatore viene fornito dal fluido termovettore che circola nello scambiatore geotermico, mentre il calore prodotto dalla condensazione può essere sfruttato in vari modi, tra cui quelli descritti in precedenza. The heat pump can use a different operating fluid than the heat transfer fluid flowing in the geothermal heat exchanger. This operating fluid circulates in a closed hydraulic circuit passing in series through an evaporator, in which it is evaporated and brought to the state of vapor, a compressor, in which the vapor is compressed by increasing its temperature, a condenser, in which the vapor condenses back in the liquid state, and finally an expansion valve, in which the pressure of the operating fluid is lowered before returning to the evaporator. The heat necessary for the evaporation of the operating fluid is supplied by the heat transfer fluid that circulates in the geothermal exchanger, while the heat produced by condensation can be exploited in various ways, including those described above.

In alternativa, la pompa di calore potrebbe essere ad espansione diretta, ossia il fluido operatore che circola nella pompa di calore potrebbe essere lo stesso fluido termovettore che circola anche nello scambiatore di calore geotermico. In questo caso, il fluido termovettore evapora nello scambiatore di calore geotermico e quindi entra direttamente nel compressore della pompa di calore per proseguire il ciclo termodinamico sopra delineato. Alternatively, the heat pump could be direct expansion, i.e. the operating fluid that circulates in the heat pump could be the same heat carrier fluid that also circulates in the geothermal heat exchanger. In this case, the heat transfer fluid evaporates in the geothermal heat exchanger and then enters directly into the heat pump compressor to continue the thermodynamic cycle outlined above.

Lo scambiatore di calore geotermico può comprendere uno o più sistemi di tubi, ad esempio configurati come spire o avvolgimenti. Preferibilmente, detti sistemi di tubi sono disposti per strati sovrapposti all’interno del terreno, ad esempio fino ad una profondità non superiore a circa 10 metri, in modo tale da non richiedere scavi di grandi dimensioni, riducendo i costi ed evitando il più possibile problemi di dissesto idrogeologico. The geothermal heat exchanger can comprise one or more pipe systems, for example configured as coils or coils. Preferably, said pipe systems are arranged by overlapping layers inside the ground, for example up to a depth not exceeding about 10 meters, in such a way as not to require large excavations, reducing costs and avoiding as much as possible problems of hydrogeological instability.

Secondo un aspetto dell’invenzione, la pompa di calore à ̈ collegata ad un serbatoio di accumulo atto a contenere acqua, in modo da consentire un trasferimento di calore tra un fluido operante nella pompa di calore e l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo. According to an aspect of the invention, the heat pump is connected to an accumulation tank designed to contain water, so as to allow a transfer of heat between a fluid operating in the heat pump and the water contained in the storage tank. accumulation.

Questa soluzione ha il vantaggio di consentire alla pompa di calore di scaldare acqua, che può poi essere utilizzata nei modi spiegati in precedenza. This solution has the advantage of allowing the heat pump to heat water, which can then be used in the ways explained above.

Un altro aspetto dell’invenzione prevede che il primo circuito idraulico possa essere ulteriormente atto a collegare almeno un modulo fotovoltaico ibrido con un serbatoio di accumulo atto a contenere acqua, mediante mezzi di scambio termico per consentire un trasferimento di calore tra il fluido termovettore atto a circolare nel primo circuito idraulico e l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo stesso. In questo caso, sono previsti mezzi valvolari per convogliare il fluido termovettore che attraversa detti moduli fotovoltaici ibridi selettivamente in detto serbatoio di accumulo o nello scambiatore di calore geotermico. Another aspect of the invention provides that the first hydraulic circuit can be further adapted to connect at least one hybrid photovoltaic module with an accumulation tank suitable for containing water, by means of heat exchange to allow a transfer of heat between the heat-carrying fluid to circulate in the first hydraulic circuit and the water contained in the storage tank itself. In this case, valve means are provided for conveying the heat-carrying fluid that passes through said hybrid photovoltaic modules selectively into said storage tank or into the geothermal heat exchanger.

Questa soluzione ha il vantaggio di consentire all’impianto di utilizzare il fluido termovettore di raffreddamento dei moduli fotovoltaici ibridi direttamente per riscaldare acqua, secondo le modalità e per gli scopi spiegati in precedenza in relazione al metodo. This solution has the advantage of allowing the system to use the heat transfer fluid from the hybrid photovoltaic modules directly to heat water, according to the methods and for the purposes previously explained in relation to the method.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, l’impianto può comprendere inoltre: According to a further aspect of the invention, the plant can also include:

- uno o più collettori solari termici, ed - one or more solar thermal collectors, ed

- un terzo circuito idraulico atto a collegare detto collettore solare termico con serbatoio di accumulo atto a contenere acqua, mediante mezzi di scambio termico per consentire un trasferimento di calore tra i collettori solari termici e acqua contenuta nello scambiatore di calore stesso, tramite un fluido termovettore atto a circolare nel terzo circuito idraulico. - a third hydraulic circuit adapted to connect said solar thermal collector with an accumulation tank adapted to contain water, by means of heat exchange to allow a transfer of heat between the solar thermal collectors and water contained in the heat exchanger itself, by means of a heat transfer fluid suitable for circulating in the third hydraulic circuit.

Questa soluzione ha il vantaggio di consentire all’impianto di riscaldare acqua, secondo le modalità e per gli scopi spiegati in precedenza in relazione al metodo. This solution has the advantage of allowing the system to heat water, according to the methods and for the purposes previously explained in relation to the method.

Secondo un aspetto dell’invenzione, i moduli fotovoltaici ibridi, i collettori solari termici e la pompa di calore possono essere tutti collegati allo stesso serbatoio di accumulo, il quale può essere ad esempio un boiler. According to one aspect of the invention, the hybrid photovoltaic modules, the solar thermal collectors and the heat pump can all be connected to the same storage tank, which can be for example a boiler.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, il serbatoio di accumulo può essere collegato ad un circuito idraulico di riscaldamento, il quale à ̈ installato in un edificio in modo da consentire uno scambio di calore tra l’acqua calda proveniente dal serbatoio di accumulo ed almeno un ambiente interno dell’edificio. According to another aspect of the invention, the storage tank can be connected to a hydraulic heating circuit, which is installed in a building in order to allow a heat exchange between the hot water coming from the storage tank. and at least one room inside the building.

Questa soluzione ha il vantaggio di consentire l’utilizzo dell’acqua calda per il riscaldamento di uno o più ambienti interni dell’edificio. This solution has the advantage of allowing the use of hot water for heating one or more internal rooms of the building.

Preferibilmente, il circuito idraulico di riscaldamento comprende uno o più pannelli radianti, ad esempio a pavimento, a soffitto o a parete, i quali possono efficacemente operare con acqua calda ad una temperature inferiore rispetto ad altri sistemi noti. Preferably, the hydraulic heating circuit comprises one or more radiant panels, for example on the floor, ceiling or wall, which can effectively operate with hot water at a lower temperature than other known systems.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l’impianto può comprendere anche una rete idraulica di erogazione dell’acqua verso almeno una utenza di consumo, come ad esempio uno o più rubinetti di lavandini, docce o altri sanitari, o prese di acqua calda per gli elettrodomestici. In questo caso, detta rete di erogazione à ̈ collegata con detto serbatoio di accumulo mediante mezzi di scambio termico per consentire un trasferimento di calore tra l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo e l’acqua nella rete di erogazione. According to one aspect of the invention, the system can also include a hydraulic water supply network to at least one consumer, such as one or more sinks, showers or other sanitary taps, or water outlets. hot for household appliances. In this case, said supply network is connected to said storage tank by means of heat exchange to allow a transfer of heat between the water contained in the storage tank and the water in the supply network.

In questo modo, à ̈ vantaggiosamente possibile produrre acqua calda sanitaria istantanea senza le perdite che si ottengono all’accensione di una caldaia a condensazione, con conseguente risparmio di energia elettrica. In this way, it is advantageously possible to produce instant domestic hot water without the losses that are obtained when a condensing boiler is switched on, with consequent savings in electricity.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio della figura illustrate nella tavola allegata. Further characteristics and advantages of the invention will become evident by reading the following description provided by way of non-limiting example, with the aid of the figure illustrated in the attached table.

La figura 1 Ã ̈ uno schema di un impianto per lo sfruttamento di energia rinnovabile secondo la presente invenzione. Figure 1 is a diagram of a plant for the exploitation of renewable energy according to the present invention.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DETAILED DESCRIPTION

In figura à ̈ illustrato un impianto 200 per lo sfruttamento di energie rinnovabili, in particolare per lo sfruttamento coordinato e congiunto di energia solare e di energia geotermica a bassa entalpia, per un edificio 100. The figure illustrates a plant 200 for the exploitation of renewable energies, in particular for the coordinated and joint exploitation of solar energy and low enthalpy geothermal energy, for a building 100.

L’impianto 200 comprende una pluralità di moduli fotovoltaici ibridi 205, comunemente chiamati PVT (PhotoVoltaic and Thermal), i quali possono essere collocati all’esterno dell’edificio 100 in modo da essere esposti alla radiazione solare. Ogni PVT 205 comprende essenzialmente un collettore fotovoltaico atto a convertire la radiazione solare in energia elettrica, il quale à ̈ abbinato ad uno scambiatore di calore configurato per scambiare calore con le celle fotovoltaiche. Gli scambiatori di calore dei PVT 205 sono collegati tra loro in parallelo da un circuito idraulico chiuso 210 contenente un opportuno fluido termovettore, tipicamente una miscela di acqua e antigelo (ad esempio glicole etilenico o propilenico). Il fluido termovettore può essere fatto circolare all’interno del circuito idraulico 210 mediante una pompa 215, ad esempio una pompa azionata da un motore elettrico. In questo modo, il fluido termovettore che fluisce negli scambiatori di calore dei PVT 205 viene riscaldato dalla parte di radiazione solare non convertita in energia elettrica e raffredda contestualmente le celle fotovoltaiche, aumentando vantaggiosamente il rendimento di conversione elettrica dei PVT 205. L’energia elettrica prodotta dai PVT 205 à ̈ atta ad essere immessa nella rete di distribuzione elettrica dell’edificio 100 e/o ad essere immessa (venduta) nella rete di distribuzione elettrica pubblica. Nell’esempio illustrato, i PVT 205 sono suddivisi in una pluralità di gruppi 220, nella fattispecie in quattro gruppi di cinque PVT, in cui i PVT 205 di ciascun gruppo 220 possono essere dedicati alla produzione di energia elettrica per una singola unità abitativa dell’edificio 100. Per questo motivo, ciascun gruppo 220 di PVT 205 à ̈ elettricamente collegato ad un rispettivo inverter fotovoltaico 225, il quale à ̈ predisposto per convertire la corrente elettrica continua prodotta dai PVT 205 del rispettivo gruppo 220 in corrente alternata da immettere direttamente nella rete di distribuzione elettrica dell’unità abitativa cui à ̈ dedicato. Poiché ogni inverter fotovoltaico 225 lavora sulle singole unità abitative, e non sull’impianto elettrico centralizzato dell’edificio 100, à ̈ possibile utilizzare l’energia elettrica con una maggiore contemporaneità rispetto alla fase di produzione e/o comunque ricevere il massimo incentivo economico che alcuni Paesi prevedono per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili, il quale à ̈ generalmente più alto quanto più piccola à ̈ la taglia dell’impianto. The system 200 includes a plurality of hybrid photovoltaic modules 205, commonly called PVT (PhotoVoltaic and Thermal), which can be placed outside the building 100 so as to be exposed to solar radiation. Each PVT 205 essentially comprises a photovoltaic collector capable of converting solar radiation into electrical energy, which is combined with a heat exchanger configured to exchange heat with the photovoltaic cells. The heat exchangers of the PVTs 205 are connected to each other in parallel by a closed hydraulic circuit 210 containing a suitable heat transfer fluid, typically a mixture of water and antifreeze (for example ethylene or propylene glycol). The heat transfer fluid can be made to circulate inside the hydraulic circuit 210 by means of a pump 215, for example a pump driven by an electric motor. In this way, the heat transfer fluid that flows in the heat exchangers of the PVT 205 is heated by the part of solar radiation not converted into electrical energy and simultaneously cools the photovoltaic cells, advantageously increasing the electrical conversion efficiency of the PVT 205. Energy electricity produced by the PVT 205 is capable of being fed into the electricity distribution network of building 100 and / or being fed (sold) into the public electricity distribution network. In the example illustrated, the PVT 205 are divided into a plurality of groups 220, in this case into four groups of five PVTs, in which the PVT 205 of each group 220 can be dedicated to the production of electricity for a single housing unit of the € ™ building 100. For this reason, each group 220 of PVT 205 is electrically connected to a respective photovoltaic inverter 225, which is designed to convert the direct electric current produced by the PVT 205 of the respective group 220 into alternating current to be fed directly into the electricity distribution network of the housing unit to which it is dedicated. Since each photovoltaic inverter 225 works on the individual housing units, and not on the centralized electrical system of building 100, it is possible to use the electricity more contemporaneously than the production phase and / or in any case receive the maximum economic incentive that some countries provide for the production of electricity from renewable sources, which is generally higher the smaller the size of the plant.

L’impianto 200 comprende inoltre un dispositivo per la produzione di acqua calda per l’edificio 1. Nell’esempio mostrato, detto dispositivo comprende anzitutto un serbatoio di accumulo 230 atto a contenere l’acqua da riscaldare. Il serbatoio di accumulo 230 deve essere sufficientemente grande per compensare almeno le fluttuazioni giornaliere del consumo di acqua calda nell’edificio 100. The system 200 also comprises a device for the production of hot water for building 1. In the example shown, said device first of all comprises an accumulation tank 230 suitable for containing the water to be heated. The storage tank 230 must be large enough to at least compensate for the daily fluctuations in hot water consumption in building 100.

Il serbatoio di accumulo 230 à ̈ operativamente collegato con i PVT 205. Più in dettaglio, il serbatoio di accumulo 230 contiene un primo sistema di tubi, nella fattispecie un primo serpentino 235, il quale à ̈ collocato in posizione di scambio termico con l’acqua contenuta nel serbatoio 230. Il primo serpentino 235 à ̈ inserito nel circuito idraulico 210, in modo da risultare idraulicamente collegato agli scambiatori di calore dei PVT 205. In altre parole, il primo serpentino 235 presenta un ingresso in comunicazione con l’uscita dei PVT 205 ed un’uscita in comunicazione con l’ingresso dei PVT 205. In questo modo, il primo serpentino 235 può essere attraversato dal fluido termovettore che à ̈ stato riscaldato dai PVT 205, il quale a sua volta riscalda direttamente l’acqua nel serbatoio di accumulo 230, raffreddandosi prima di ritornare ai PVT 205. The storage tank 230 is operationally connected with the PVT 205. More in detail, the storage tank 230 contains a first system of pipes, in this case a first coil 235, which is placed in a position of heat exchange with the Water contained in the tank 230. The first coil 235 is inserted in the hydraulic circuit 210, so as to be hydraulically connected to the heat exchangers of the PVT 205. In other words, the first coil 235 has an inlet in communication with the output of the PVT 205 and an output in communication with the input of the PVT 205. In this way, the first coil 235 can be crossed by the heat transfer fluid that has been heated by the PVT 205, which in turn heats directly the water in the storage tank 230, cooling down before returning to the PVT 205.

Il serbatoio di accumulo 230 à ̈ inoltre operativamente collegato con una pluralità di collettori solari termici 280, i quali possono essere collocati all’esterno dell’edificio 100 in modo da essere esposti alla radiazione solare. I collettori solari termici possono essere vetrati o tubi sotto vuoto o heat pipe. Ogni collettore solare termico 280 comprende generalmente un pannello di materiale conduttore che viene riscaldato dalla radiazione solare. Al pannello di materiale conduttore à ̈ associata una fitta rete di canali che definiscono una sorta di scambiatore di calore. Gli scambiatori di calore dei collettori solari termici 280 sono collegati tra loro in parallelo da un circuito idraulico chiuso 285 contenente un opportuno fluido termovettore, tipicamente una miscela di acqua e antigelo (ad esempio glicole etilenico o propilenico). Il fluido termovettore può essere fatto circolare all’interno del circuito idraulico 285 mediante una pompa 290, ad esempio una pompa azionata da un motore elettrico. In questo modo, il fluido termovettore che fluisce nello scambiatore di calore dei collettori solari termici 280 viene riscaldata dal calore raccolto dal pannello di materiale conduttore. Il serbatoio di accumulo 230 contiene un secondo sistema di tubi, nella fattispecie un secondo serpentino 295, il quale à ̈ collocato in posizione di scambio termico con l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo 230. Il secondo serpentino 295 à ̈ inserito nel circuito idraulico 285, in modo da risultare idraulicamente collegato agli scambiatori di calore dei collettori solari termici 280. In questo modo, il secondo serpentino 295 può essere attraversato dal fluido termovettore che à ̈ stato riscaldato dai collettori solari termici 280, il quale a sua volta riscalda direttamente l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo 230, raffreddandosi prima di ritornare ai collettori solari termici 280. The storage tank 230 is also operationally connected to a plurality of solar thermal collectors 280, which can be placed outside the building 100 so as to be exposed to solar radiation. Solar thermal collectors can be glazed or vacuum tubes or heat pipes. Each solar thermal collector 280 generally comprises a panel of conductive material which is heated by solar radiation. A dense network of channels is associated with the panel of conductive material that define a sort of heat exchanger. The heat exchangers of the solar thermal collectors 280 are connected to each other in parallel by a closed hydraulic circuit 285 containing a suitable heat transfer fluid, typically a mixture of water and antifreeze (for example ethylene or propylene glycol). The heat transfer fluid can be made to circulate inside the hydraulic circuit 285 by means of a pump 290, for example a pump driven by an electric motor. In this way, the heat transfer fluid flowing into the heat exchanger of the solar thermal collectors 280 is heated by the heat collected by the panel of conductive material. The storage tank 230 contains a second system of pipes, in this case a second coil 295, which is placed in a position of heat exchange with the water contained in the storage tank 230. The second coil 295 is inserted in the circuit 285, so as to be hydraulically connected to the heat exchangers of the solar thermal collectors 280. In this way, the second coil 295 can be crossed by the heat transfer fluid which has been heated by the solar thermal collectors 280, which in turn heats the water contained in the storage tank 230 directly, cooling down before returning to the solar thermal collectors 280.

Da notare la posizione più elevata di questo secondo serpentino 295, perché i pannelli solari termici 280 lavorano ad una temperatura superiore dei PVT 205 e creano quindi una stratificazione nel serbatoio di accumulo 230. Note the higher position of this second coil 295, because the solar thermal panels 280 work at a higher temperature than the PVT 205 and therefore create a stratification in the storage tank 230.

Il serbatoio di accumulo 230 à ̈ inoltre operativamente collegato con una pompa di calore 300. La pompa di calore 300 à ̈ una macchina atta a sottoporre un fluido operatore ad un ciclo termodinamico (ciclo di Carnot) che consente di trasferire calore da una sorgente termica a bassa temperatura verso una sorgente termica a più alta temperatura. La pompa di calore 300 comprende essenzialmente un circuito chiuso 305 contenente il fluido operatore, tipicamente acqua. Lungo il circuito 305 sono inseriti in serie un evaporatore 310, in cui il fluido operatore viene fatto evaporare sottraendo calore dalla sorgente termica a bassa temperatura, un compressore 315, in cui il vapore viene compresso aumentandone la temperatura, un condensatore 320, in cui il vapore surriscaldato viene riportato allo stato liquido cedendo calore alla sorgente ad alta temperatura, ed infine una valvola di laminazione 325, in cui la pressione del fluido operatore viene abbassata prima di tornare all’evaporatore 310. Il funzionamento del compressore 315 consuma una certa quantità di energia meccanica che gli può essere fornita da un motore elettrico di azionamento. Il rapporto tra il calore trasferito tra le due sorgenti di calore e l’energia meccanica spesa dal compressore 315 à ̈ chiamato Coefficiente di Prestazione (COP) della pompa di calore 300, ed à ̈ proporzionale alla differenza di temperatura tra la sorgente di calore a bassa temperatura e la sorgente di calore ad alta temperatura. Una minore differenza di temperatura corrisponde ad un maggiore COP e quindi ad una maggiore efficienza della pompa di calore 300. The storage tank 230 is also operationally connected to a heat pump 300. The heat pump 300 is a machine designed to subject an operating fluid to a thermodynamic cycle (Carnot cycle) which allows the transfer of heat from a thermal source. at low temperature to a higher temperature heat source. The heat pump 300 essentially comprises a closed circuit 305 containing the operating fluid, typically water. An evaporator 310 is inserted in series along the circuit 305, in which the operating fluid is evaporated by subtracting heat from the low-temperature thermal source, a compressor 315, in which the vapor is compressed by increasing its temperature, a condenser 320, in which the superheated vapor is brought back to the liquid state by giving heat to the high temperature source, and finally a lamination valve 325, in which the pressure of the operating fluid is lowered before returning to the evaporator 310. The operation of the compressor 315 consumes a certain amount of mechanical energy that can be supplied by an electric drive motor. The ratio between the heat transferred between the two heat sources and the mechanical energy expended by the compressor 315 is called the Coefficient of Performance (COP) of the heat pump 300, and is proportional to the temperature difference between the heat source. low temperature and high temperature heat source. A smaller temperature difference corresponds to a higher COP and therefore to a higher efficiency of the heat pump 300.

Nel caso in esame, il condensatore 320 della pompa di calore 300 à ̈ definito da uno scambiatore di calore, il quale può comprendere un serbatoio 321 atto a contenere il fluido operatore ed un sistema di tubi, nella fattispecie un serpentino 322, il quale à ̈ contenuto all’interno del serbatoio 321 in posizione di scambio termico con il fluido operatore in esso contenuto. Il serpentino 322 à ̈ provvisto di un ingresso e di un’uscita comunicanti direttamente con il serbatoio di accumulo 230. Una pompa 323, ad esempio una pompa azionata da un motore elettrico, à ̈ collocata lungo il condotto che collega il serbatoio di accumulo 230 con l’ingresso del serpentino 322, in modo che l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo 230 possa essere fatto circolare nel serpentino 322. In questo modo, l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo 230 può fungere da sorgente termica ad alta temperatura che si riscalda sottraendo calore al fluido operatore nel condensatore 320 della pompa di calore 300. In the case in question, the condenser 320 of the heat pump 300 is defined by a heat exchanger, which can comprise a tank 321 suitable for containing the operating fluid and a system of pipes, in this case a coil 322, which is It is contained inside the tank 321 in a heat exchange position with the operating fluid contained therein. The coil 322 is provided with an inlet and an outlet communicating directly with the storage tank 230. A pump 323, for example a pump driven by an electric motor, is located along the pipe that connects the storage tank 230 with the inlet of the coil 322, so that the water contained in the storage tank 230 can be made to circulate in the coil 322. In this way, the water contained in the storage tank 230 can act as a heat source at high temperature which heats up by subtracting heat from the operating fluid in the condenser 320 of the heat pump 300.

Dall’altra parte, l’evaporatore 310 à ̈ definito da un ulteriore scambiatore di calore, il quale può comprendere un serbatoio 311 atto a contenere il fluido operatore ed un sistema di tubi, nella fattispecie un serpentino 312, il quale à ̈ contenuto all’interno del serbatoio 311 in posizione di scambio termico con il fluido operatore in esso contenuto. On the other hand, the evaporator 310 is defined by a further heat exchanger, which can comprise a tank 311 able to contain the operating fluid and a system of pipes, in this case a coil 312, which is contained inside the tank 311 in a heat exchange position with the operating fluid contained therein.

Il serpentino 312 à ̈ inserito in un circuito idraulico 345 contenente un fluido termovettore, tipicamente una miscela di acqua e antigelo (ad esempio glicole etilenico o propilenico). Il fluido termovettore può essere fatto circolare nel circuito idraulico 345 mediante una pompa 313, ad esempio una pompa azionata da un motore elettrico. In questo modo, il fluido termovettore che attraversa il serpentino 312 può fungere da sorgente termica a bassa temperatura che si raffredda cedendo calore al fluido operatore nell’evaporatore 310. The coil 312 is inserted in a hydraulic circuit 345 containing a heat transfer fluid, typically a mixture of water and antifreeze (for example ethylene or propylene glycol). The heat transfer fluid can be made to circulate in the hydraulic circuit 345 by means of a pump 313, for example a pump driven by an electric motor. In this way, the heat transfer fluid flowing through the coil 312 can act as a low temperature heat source which cools by giving heat to the operating fluid in the evaporator 310.

Più in dettaglio, il circuito idraulico 345 à ̈ atto a collegare il serpentino 312 dell’evaporatore 310 con uno scambiatore di calore geotermico, indicato globalmente con 355. Lo scambiatore di calore geotermico 355 à ̈ in generale un sistema di tubazioni a circuito chiuso che viene interrato in un terreno T circostante l’edificio 100. In questo modo, il fluido termovettore che esce raffreddato dall’evaporatore 310 può fluire attraverso lo scambiatore di calore geotermico 355 dove può essere riscaldato (di qualche grado) dal terreno T, prima di tornare all’evaporatore 310. More in detail, the hydraulic circuit 345 is able to connect the coil 312 of the evaporator 310 with a geothermal heat exchanger, globally indicated with 355. The geothermal heat exchanger 355 is generally a closed circuit piping system which is buried in a ground T surrounding building 100. In this way, the heat transfer fluid that comes out cooled by the evaporator 310 can flow through the geothermal heat exchanger 355 where it can be heated (by a few degrees) by the ground T , before returning to evaporator 310.

Le tubazioni dello scambiatore di calore geotermico 355 sono generalmente in polietilene ed hanno un diametro piuttosto piccolo (pochi centimetri). Lo scambiatore di calore geotermico 355 presenta preferibilmente una configurazione orizzontale o superficiale, ossia comprendente una pluralità di sistemi di tubi 360, ad esempio serpentine o spire, che sono collegate tra loro in serie e che sono interrate per strati sovrapposti su un’area estesa ma a profondità ridotta (fino ad un massimo di circa 15 metri). In questo modo, si riducono i costi di scavo per l’installazione dello scambiatore di calore geotermico 355 e si riduce il rischio di causare dissesti idrogeologici. Nell’esempio specifico sono illustrati per comodità solo tre sistemi di tubi 360. Tuttavia, lo scambiatore di calore geotermico 355 può comprendere da otto a dodici sistemi di tubi 360 sovrapposti con passo compreso ad esempio tra 70cm e 80cm, fino ad una profondità massima di circa 10m. The pipes of the 355 geothermal heat exchanger are generally made of polyethylene and have a rather small diameter (a few centimeters). The geothermal heat exchanger 355 preferably has a horizontal or surface configuration, i.e. comprising a plurality of pipe systems 360, for example coils or coils, which are connected together in series and which are buried by overlapping layers over an extended area but at a reduced depth (up to a maximum of about 15 meters). In this way, the excavation costs for the installation of the geothermal heat exchanger 355 are reduced and the risk of causing hydrogeological instability is reduced. In the specific example, only three 360 pipe systems are shown for convenience. However, the 355 geothermal heat exchanger can comprise eight to twelve overlapping 360 pipe systems with a pitch of, for example, between 70cm and 80cm, up to a maximum depth of about 10m.

Il sistema di tubi 360 più superficiale dello scambiatore di calore geotermico 355 à ̈ collegato con l’uscita del serpentino 312 dell’evaporatore 310, il cui ingresso à ̈ invece collegato con il sistema di tubi 360 che à ̈ posto più in profondità. The more superficial 360 pipe system of the geothermal heat exchanger 355 is connected to the outlet of the coil 312 of the evaporator 310, whose inlet is instead connected to the 360 pipe system which is located deeper .

Lo scambiatore di calore geotermico 355 à ̈ collegato anche con gli scambiatori di calore dei PVT 205, tramite il circuito idraulico 210. In particolare, il sistema di tubi 360 più superficiale dello scambiatore di calore geotermico 355 à ̈ collegato con l’ingresso dei PVT 205, la cui uscita à ̈ collegata con il sistema di tubi 360 più profondo, tramite una valvola deviatrice 365. La valvola deviatrice 365 comprende un ingresso in comunicazione con l’uscita dei PVT 205, una prima uscita in comunicazione con l’ingresso del primo serpentino 235 del serbatoio di accumulo 230, ed una seconda uscita in comunicazione con il sistema di tubi 360 posto a profondità maggiore. In questo modo, la valvola deviatrice 365 risulta configurata in modo da convogliare il fluido termovettore che esce dai PVT 205 selettivamente nel primo serpentino 235 del serbatoio di accumulo 230 per la produzione di acqua calda, o all’interno dello scambiatore di calore geotermico 355 per l’accumulo stagionale. Da questa struttura impiantistica consegue chiaramente che il fluido termovettore che scorre all’interno dei PVT 205 sarà lo stesso che scorrerà anche all’interno dell’evaporatore 310 della pompa di calore 300. The geothermal heat exchanger 355 is also connected to the heat exchangers of the PVT 205, via the hydraulic circuit 210. In particular, the most superficial pipe system 360 of the geothermal heat exchanger 355 is connected to the inlet of the PVT 205, the outlet of which is connected to the deeper pipe system 360, by means of a diverter valve 365. The diverter valve 365 includes an inlet in communication with the output of the PVT 205, a first outlet in communication with the PVT 205. ™ inlet of the first coil 235 of the storage tank 230, and a second outlet in communication with the pipe system 360 placed at a greater depth. In this way, the diverter valve 365 is configured in such a way as to convey the heat transfer fluid that exits from the PVT 205 selectively into the first coil 235 of the storage tank 230 for the production of hot water, or inside the geothermal heat exchanger 355 for seasonal accumulation. From this plant structure it clearly follows that the heat transfer fluid flowing inside the PVT 205 will be the same as it will also flow inside the evaporator 310 of the heat pump 300.

Il serbatoio di accumulo 230 à ̈ collegato con un circuito idraulico chiuso 255 per il riscaldamento degli ambienti interni dell’edificio 100 o della singola unità abitativa. Detto circuito di riscaldamento 255 à ̈ atto a convogliare l’acqua calda uscente dal serbatoio di accumulo 230 verso uno o più diffusori termici (non mostrati), i quali sono installati all’interno dell’edificio 100 in posizione di scambio termico con gli ambienti da riscaldare, e successivamente a riportarla nel serbatoio di accumulo 230. I diffusori termici possono essere usuali radiatori o, più preferibilmente, pannelli radianti a pavimento, soffitto o a parete. I pannelli radianti comprendono essenzialmente un sistema di tubazioni disposte generalmente a spirale, serpentina o griglia, le quali vengono collocate dietro le superfici dell’ambiente da riscaldare, tipicamente sotto il pavimento, sul soffitto o nelle pareti. In questo modo, l’acqua calda che circola nelle tubazioni riscalda le superfici in cui esse sono annegate, le quali a loro volta riscaldano l’ambiente per irraggiamento e convezione. L’utilizzo dei pannelli radianti à ̈ preferibile perché il loro funzionamento richiede normalmente acqua calda ad una temperatura inferiore rispetto agli usuali radiatori, normalmente compresa tra 30°C e 40°C. Al circuito di riscaldamento 255 può essere applicato un contatore 260 della quantità di acqua calda che lo attraversa, in modo da misurare il calore utilizzato per il riscaldamento. The storage tank 230 is connected to a closed hydraulic circuit 255 for heating the internal rooms of the building 100 or of the single dwelling unit. Said heating circuit 255 is designed to convey the hot water coming out of the storage tank 230 towards one or more thermal diffusers (not shown), which are installed inside the building 100 in the heat exchange position with the rooms to be heated, and subsequently to return it to the storage tank 230. The thermal diffusers can be usual radiators or, more preferably, radiant floor, ceiling or wall panels. The radiant panels essentially comprise a system of pipes generally arranged in a spiral, serpentine or grid, which are placed behind the surfaces of the room to be heated, typically under the floor, on the ceiling or in the walls. In this way, the hot water circulating in the pipes heats the surfaces in which they are embedded, which in turn heat the environment by radiation and convection. The use of radiant panels is preferable because their operation normally requires hot water at a lower temperature than usual radiators, normally between 30 ° C and 40 ° C. A meter 260 of the quantity of hot water passing through it can be applied to the heating circuit 255, in order to measure the heat used for heating.

Il serbatoio di accumulo 230 contiene anche un terzo sistema di tubi, nella fattispecie un terzo serpentino 330, collocato in posizione di scambio termico con l’acqua contenuta nel serbatoio 230. Il terzo serpentino 330 à ̈ provvisto di un ingresso 331 dell’acqua fredda, il quale à ̈ atto ad essere collegato con un attacco all’acquedotto pubblico. In questo modo, l’acqua che fluisce nel terzo serpentino 330 viene riscaldata dall’acqua presente all’interno del serbatoio di accumulo 230. L’acqua nel terzo serpentino 330 può anche essere riscaldata direttamente dal primo e dal secondo serpentino 235 e 295, i quali sono parzialmente avvolti sul terzo serpentino 330 stesso. Il terzo serpentino 330 à ̈ poi provvisto di un’uscita 332 dell’acqua calda, la quale à ̈ atta ad essere collegata ad una rete idraulica aperta 265 per il convogliamento e l’erogazione dell’acqua calda verso una pluralità di utenze di consumo 270 dell’edificio 100 o della singola unità abitativa. Queste utenze di consumo 270 possono comprendere ad esempio i rubinetti dei lavandini, delle docce o di altri sanitari, e possono comprendere inoltre le prese dell’acqua calda per gli elettrodomestici, come ad esempio la lavatrice o la lavastoviglie. Ad ogni utenza di consumo 270, o ad ogni gruppo di utenze di consumo 270, può essere associato un contatore 271 dell’acqua calda da esso erogata. The storage tank 230 also contains a third system of pipes, in this case a third coil 330, placed in a position of heat exchange with the water contained in the tank 230. The third coil 330 is equipped with an inlet 331 of the cold water, which is capable of being connected with an attack on the public aqueduct. In this way, the water flowing in the third coil 330 is heated by the water present inside the storage tank 230. The water in the third coil 330 can also be heated directly by the first and second coil 235 and 295, which are partially wound on the third coil 330 itself. The third coil 330 is then equipped with a hot water outlet 332, which is suitable for being connected to an open hydraulic network 265 for conveying and supplying hot water to a plurality of of consumption users 270 of the building 100 or of the single housing unit. These consumer utilities 270 may include, for example, the taps of sinks, showers or other sanitary fixtures, and may also include hot water outlets for household appliances, such as washing machines or dishwashers. To each consumption user 270, or to each group of consumption user 270, a meter 271 of the hot water it supplies can be associated.

L’impianto 200 comprende inoltre una serie di ulteriori dispositivi idraulici (non mostrati), come ad esempio valvole e raccordi, atti a regolare il flusso di acqua calda che circola nel circuito di riscaldamento 255 e nella rete di erogazione 265. The system 200 also includes a series of further hydraulic devices (not shown), such as valves and fittings, designed to regulate the flow of hot water that circulates in the heating circuit 255 and in the distribution network 265.

L’impianto 200 comprende infine una centralina elettronica 400, la quale à ̈ collegata con vari sensori e vari dispositivi attuatori dell’impianto, ed à ̈ programmata per controllarne il funzionamento nel modo descritto nel seguito. Finally, the system 200 comprises an electronic control unit 400, which is connected to various sensors and various actuator devices of the system, and is programmed to control its operation as described below.

Specialmente durante i periodi caldi e di maggiore insolazione, ad esempio nei mesi estivi da maggio a settembre, il circuito di riscaldamento 255 dell’edificio 100 à ̈ chiuso o bypassato, per cui la richiesta di acqua calda risulta relativamente bassa. Per questo motivo, la centralina 400 può disattivare la pompa di calore 300 e con essa la pompa 313 del circuito idraulico 345. Especially during hot periods and periods of greater insolation, for example in the summer months from May to September, the heating circuit 255 of building 100 is closed or bypassed, so the demand for hot water is relatively low. For this reason, the control unit 400 can deactivate the heat pump 300 and with it the pump 313 of the hydraulic circuit 345.

Contemporaneamente, la centralina 400 utilizza i PVT 205 per la produzione di energia elettrica. A causa delle alte temperature, la centralina 400 attiva la pompa 215 del circuito idraulico 210, in modo che il fluido termovettore scorra all’interno degli scambiatori di calore dei PVT 205, raffreddando le celle fotovoltaiche ed aumentando quindi significativamente l’efficienza della produzione di energia elettrica. Passando nei PVT 205 il fluido termovettore raccoglie anche l’energia solare termica che non viene trasformata in elettricità, riscaldandosi. At the same time, the control unit 400 uses the PVT 205 for the production of electricity. Due to the high temperatures, the control unit 400 activates the pump 215 of the hydraulic circuit 210, so that the heat transfer fluid flows inside the heat exchangers of the PVT 205, cooling the photovoltaic cells and thus significantly increasing the efficiency of the electricity generation. Passing through the PVT 205, the heat transfer fluid also collects the solar thermal energy which is not transformed into electricity, thus heating up.

Se la temperatura del fluido termovettore in uscita dai PVT 205 à ̈ superiore ad una determinata temperatura di soglia, ad esempio di 27°C, la centralina 400 comanda la valvola deviatrice 365 a convogliare il fluido termovettore all’interno dello scambiatore di calore geotermico 355, in cui scorre dal sistema di tubi 360 più profondo al sistema di tubi 360 più superficiale prima di tornare ai PVT 205. In questo modo, il terreno T circostante lo scambiatore di calore 355 sottrae calore al fluido termovettore, in modo da raffreddarlo opportunamente affinché possa continuare a raffreddare le celle fotovoltaiche dei PVT 205. Allo stesso tempo, il terreno T si riscalda, immagazzinando il calore sottratto al fluido termovettore. If the temperature of the heat transfer fluid leaving the PVT 205 is higher than a certain threshold temperature, for example 27 ° C, the control unit 400 commands the diverter valve 365 to convey the heat transfer fluid inside the geothermal heat exchanger 355, in which it flows from the deepest 360 pipe system to the shallowest 360 pipe system before returning to the PVT 205. In this way, the soil T surrounding the heat exchanger 355 extracts heat from the heat transfer fluid, in order to cool it properly so that it can continue to cool the photovoltaic cells of the PVT 205. At the same time, the ground T heats up, storing the heat removed from the heat transfer fluid.

Se la temperatura del fluido termovettore all’uscita dei PVT 205 non supera il menzionato valore di soglia, la centralina 400 comanda la valvola deviatrice 365 a convogliare il fluido termovettore all’interno del primo serpentino 235 del serbatoio di accumulo 230, preriscaldando direttamente l’acqua al suo interno. If the temperature of the heat transfer fluid at the outlet of the PVT 205 does not exceed the aforementioned threshold value, the control unit 400 commands the diverter valve 365 to convey the heat transfer fluid inside the first coil 235 of the storage tank 230, preheating directly the water inside.

Contemporaneamente, la centralina 400 può mettere in funzione anche la pompa 290 del circuito idraulico 285 facente capo ai collettori solari termici 280. In questo modo, il fluido termovettore che circola nel circuito idraulico 285 viene riscaldato dai collettori solari termici 280, per poi transitare all’interno del secondo serpentino 295 del serbatoio di accumulo 230, riscaldando direttamente l’acqua in esso contenuta e raffreddandosi prima di ritornare ai collettori solari termici 280. At the same time, the control unit 400 can also activate the pump 290 of the hydraulic circuit 285 headed by the solar thermal collectors 280. In this way, the heat transfer fluid that circulates in the hydraulic circuit 285 is heated by the solar thermal collectors 280, and then passes through the Inside the second coil 295 of the storage tank 230, directly heating the water contained in it and cooling it before returning to the solar thermal collectors 280.

Grazie a questa soluzione, à ̈ possibile produrre sufficiente acqua calda senza attivare la pompa di calore 300 e senza che venga utilizzata tutta l’energia termica raccolta dai PVT 205. Nei periodi caldi di grande insolazione, l’acqua calda viene infatti utilizzata essenzialmente per scaldare l’acqua nel terzo serpentino 330 che viene poi erogazione alle utenze di consumo 270 attraverso la rete di erogazione 265. Thanks to this solution, it is possible to produce sufficient hot water without activating the heat pump 300 and without using all the thermal energy collected by the PVT 205. In hot periods of great insolation, the hot water is in fact used essentially to heat the water in the third coil 330 which is then supplied to consumer users 270 through the supply network 265.

Grazie al funzionamento sopra delineato, al termine della stagione calda, il terreno T in cui à ̈ interrato lo scambiatore di calore geotermico 355 può avere immagazzinato calore dai PVT 205 fino a raggiungere una temperatura compresa tra 20°C e 25°C. Tale calore rimane stoccato nel terreno T con minime perdite almeno per almeno la metà del periodo freddo invernale, ad esempio da novembre a gennaio, grazie alla grande inerzia termica tipica del terreno T stesso. E’ infatti noto che alle latitudini temperate, i mesi di febbraio e di marzo possono essere ancora freddi ma vi à ̈ un certo irraggiamento dando così la possibilità al terreno superficiale di rigenerarsi bene con il sole e lo scioglimento della neve e/o con la pioggia. Thanks to the operation outlined above, at the end of the hot season, the ground T where the geothermal heat exchanger 355 is buried can have stored heat from the PVT 205 until it reaches a temperature between 20 ° C and 25 ° C. This heat remains stored in the soil T with minimal losses at least for at least half of the cold winter period, for example from November to January, thanks to the great thermal inertia typical of the soil T itself. In fact, it is known that in temperate latitudes, the months of February and March can still be cold but there is some irradiation, thus giving the possibility to the surface soil to regenerate well with the sun and the melting of snow and / or with the rain.

Specialmente durante i periodi freddi, ossia quando la temperatura esterna à ̈ bassa, ad esempio nei mesi invernali, l’acqua calda prodotta nel serbatoio di accumulo 230 deve poter essere utilizzata sia per scaldare l’acqua diretta alle utenze di consumo 270 attraverso la rete di erogazione 265, sia per il riscaldamento degli ambienti interni dell’edificio 100 attraverso il circuito di riscaldamento 255. La temperatura dell’acqua nel serbatoio di accumulo 230 deve quindi essere generalmente compresa tra 30°C e 40°C. Per raggiungere questi livelli di temperatura, l’acqua può continuare ad essere riscaldata mediante i collettori solari termici 280 ed i PVT 205 come sopra descritto. Se tuttavia il calore fornito non à ̈ sufficiente, ad esempio a causa di una scarsa insolazione, la centralina 400 può attivare la pompa di calore 300, nonché ovviamente la pompa 323 e la pompa 313 del circuito idraulico 345. In questo modo, il fluido termovettore che circola nel circuito idraulico 345 si raffredda nell’evaporatore 310, cedendo calore alla pompa di calore 300 che la trasferisce all’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo 230, riscaldandola fino alla temperatura desiderata, ad esempio fino a 40°C. All’uscita dell’evaporatore 310, il fluido termovettore passa attraverso lo scambiatore di calore geotermico 355, dove si riscalda sottraendo calore al terreno T circostante. In questa fase di assorbimento di calore dal terreno T, lo scambiatore di calore geotermico 355 viene percorso dal fluido termovettore in senso opposto rispetto alla fase di cessione di calore al terreno T descritta in precedenza. Grazie al calore immagazzinato dal terreno T durante i periodi caldi, la differenza di temperatura tra il fluido termovettore nell’evaporatore 310 e l’acqua nel serbatoio di accumulo 230 à ̈ significativamente inferiore rispetto ad un convenzionale impianto geotermico a bassa entalpia, cosicché la pompa di calore 300 può efficacemente operare a COP molto elevati, specialmente quando abbinata ad un circuito di riscaldamento 255 a pannelli radianti. Especially during the cold periods, that is when the outside temperature is low, for example in the winter months, the hot water produced in the storage tank 230 must be able to be used both to heat the water directed to the consumers 270 through the supply network 265, both for heating the internal areas of the building 100 through the heating circuit 255. The temperature of the water in the storage tank 230 must therefore generally be between 30 ° C and 40 ° C. To reach these temperature levels, the water can continue to be heated by means of the solar thermal collectors 280 and the PVT 205 as described above. However, if the heat supplied is not sufficient, for example due to poor insolation, the control unit 400 can activate the heat pump 300, as well as obviously the pump 323 and pump 313 of the hydraulic circuit 345. In this way, the heat transfer fluid circulating in the hydraulic circuit 345 cools in the evaporator 310, transferring heat to the heat pump 300 which transfers it to the water contained in the storage tank 230, heating it up to the desired temperature, for example up to 40 ° C . At the outlet of evaporator 310, the heat transfer fluid passes through the geothermal heat exchanger 355, where it heats up by subtracting heat from the surrounding ground T. In this phase of heat absorption from the ground T, the geothermal heat exchanger 355 is traversed by the heat-carrying fluid in the opposite direction with respect to the phase of transfer of heat to the ground T described above. Thanks to the heat stored by the ground T during hot periods, the temperature difference between the heat transfer fluid in the evaporator 310 and the water in the storage tank 230 is significantly lower than in a conventional low enthalpy geothermal system, so that © the heat pump 300 can effectively operate at very high COP, especially when combined with a heating circuit 255 with radiant panels.

Si desidera qui osservare che, in alternativa, la pompa di calore 300 potrebbe essere del tipo ad espansione diretta, ovvero potrebbe utilizzare il fluido termovettore che circola nello scambiatore di calore geotermico 355 direttamente come fluido operatore. In altre parole, il circuito idraulico 345 ed il circuito 305 della pompa di calore 300 potrebbero essere realizzati come un unico circuito, configurato e dimensionato in modo che il fluido termovettore evapori all’interno dello scambiatore di calore geotermico 355, per poi passare direttamente come vapore all’interno del compressore 315, e da qui nel condensatore 320 e nella valvola di laminazione 325, prima di ritornare in forma liquida all’interno dello scambiatore di calore geotermico 355. It should be noted here that, alternatively, the heat pump 300 could be of the direct expansion type, that is, it could use the heat transfer fluid which circulates in the geothermal heat exchanger 355 directly as operating fluid. In other words, the hydraulic circuit 345 and the circuit 305 of the heat pump 300 could be made as a single circuit, configured and sized so that the heat transfer fluid evaporates inside the geothermal heat exchanger 355, and then passes directly as vapor inside the compressor 315, and from there into the condenser 320 and the lamination valve 325, before returning to liquid form inside the geothermal heat exchanger 355.

Grazie all’impianto 200 sopra descritto si ottiene dunque un più efficace sfruttamento globale dell’energia solare e dell’energia geotermica a bassa entalpia durante l’arco dell’anno, ottenendo non solo significativi benefici in termini di bilancio energetico ma anche in termini di installazione. A titolo esemplificativo, si à ̈ infatti calcolato che applicando l’impianto 200 ad un edificio 100 in classe C, può essere sufficiente utilizzare una quantità di terra pari a 1 m<3>/mese per ogni m<2>di superficie abitativa da riscaldare. Ciò significa che se si deve riscaldare una superficie di 300m<2>, un quantità di terra di 900m<3>destinata all’accumulo di calore garantisce tre mesi di COP ottimale alla pompa di calore 300. Un quantità di terra pari 900m<3>à ̈ ottenibile ad esempio con uno scavo avente dimensioni in pianta di 10m per 10m, ed una profondità di 9m. Questo scavo prevede quindi superfici molto inferiori rispetto agli scavi necessari per gli impianti geotermici a bassa entalpia convenzionali, il che comporta benefici in termini di costo, di stabilità idrogeologica e di impatto ambientale. Inoltre, tale soluzione permette di applicare la geotermia a bassa entalpia anche ad abitazioni aventi un terreno T disponibile non perfettamente a sud o non sufficientemente ampio per un impianto geotermico di superficie classico. Thanks to the plant 200 described above, therefore, a more effective global exploitation of solar energy and low enthalpy geothermal energy is obtained during the year, obtaining not only significant benefits in terms of energy balance but also in terms of installation. By way of example, it has in fact been calculated that by applying the 200 system to a building 100 in class C, it may be sufficient to use a quantity of land equal to 1 m <3> / month for each m <2> of living space. to be heated. This means that if an area of 300m <2> is to be heated, an amount of land of 900m <3> destined for heat storage guarantees three months of optimum COP for the heat pump 300. An amount of land equal to 900m < 3> It can be obtained, for example, with an excavation having plan dimensions of 10m by 10m, and a depth of 9m. This excavation therefore provides much smaller surfaces than the excavations required for conventional low enthalpy geothermal plants, which entails benefits in terms of cost, hydrogeological stability and environmental impact. Furthermore, this solution makes it possible to apply low-enthalpy geothermal energy also to houses having land T not perfectly south or not sufficiently large for a classic surface geothermal system.

Ovviamente all’impianto 200 sopra descritto un tecnico del settore potrà apportare numerose modifiche di natura tecnico-applicativa, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come sotto rivendicata. Obviously, a person skilled in the art can make numerous modifications of a technical-applicative nature to the plant 200 described above, without thereby departing from the scope of the invention as claimed below.

RIFERIMENTI REFERENCES

100 edificio 100 building

200 impianto 200 plant

205 modulo fotovoltaico ibrido / PVT 210 circuito idraulico 205 hybrid photovoltaic module / PVT 210 hydraulic circuit

215 pompa 215 pump

220 gruppo di PVT 220 PVT group

225 inverter fotovoltaico 225 photovoltaic inverter

230 serbatoio di accumulo 230 storage tank

235 primo serpentino 235 first serpentine

255 circuito di riscaldamento 255 heating circuit

260 contatore 260 counter

265 rete di erogazione 265 distribution network

270 utenze di consumo 270 consumer accounts

271 contatore 271 counter

280 collettori solari termici 280 solar thermal collectors

285 circuito idraulico 285 hydraulic circuit

290 pompa 290 pump

295 secondo serpentino 295 second serpentine

300 pompa di calore 300 heat pump

305 circuito chiuso 305 closed circuit

310 evaporatore 310 evaporator

311 serbatoio 311 tank

312 serpentino 312 serpentine

313 pompa 313 pump

315 compressore 315 compressor

320 condensatore 320 capacitor

321 serbatoio 321 tank

322 serpentino 322 serpentine

323 pompa 323 pump

325 valvola di laminazione 325 lamination valve

330 terzo serpentino 330 third serpentine

331 ingresso acqua fredda 331 cold water inlet

332 uscita acqua calda 332 hot water outlet

345 circuito idraulico 345 hydraulic circuit

355 scambiatore di calore geotermico 360 sistema di tubi 355 geothermal heat exchanger 360 pipe system

365 valvola deviatrice 365 diverter valve

400 centralina 400 control unit

T terreno T ground

Claims (13)

RIVENDICAZIONI 1. Un metodo per lo sfruttamento di energia rinnovabile comprendente le fasi operative di: - riscaldare un fluido termovettore mediante almeno un modulo fotovoltaico ibrido (205), - utilizzare il fluido termovettore riscaldato dal modulo fotovoltaico ibrido (205) per riscaldare un terreno (T), - utilizzare detto terreno (T) per riscaldare un fluido termovettore, - utilizzare il fluido termovettore riscaldato dal terreno (T) in una pompa di calore (300). CLAIMS 1. A method for the exploitation of renewable energy comprising the operational steps of: - heating a heat transfer fluid by means of at least one hybrid photovoltaic module (205), - use the heat transfer fluid heated by the hybrid photovoltaic module (205) to heat a ground (T), - use said ground (T) to heat a heat transfer fluid, - use the heat transfer fluid heated by the ground (T) in a heat pump (300). 2. Un metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che prevede la fase operativa di: - utilizzare la pompa di calore (300) per riscaldare acqua. 2. A method according to claim 1, characterized in that it provides for the operating step of: - use the heat pump (300) to heat water. 3. Un metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prevede la fase operativa di: - utilizzare direttamente il fluido termovettore riscaldato dal modulo fotovoltaico ibrido (205) per riscaldare acqua. 3. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that it provides for the operating step of: - directly use the heat transfer fluid heated by the hybrid photovoltaic module (205) to heat water. 4. Un metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prevede di: - riscaldare un fluido termovettore mediante almeno un collettore solare termico (280), e - utilizzare direttamente il fluido termovettore riscaldato dal collettore solare termico (280) per riscaldare acqua. 4. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that it provides: - heating a heat transfer fluid by means of at least one solar thermal collector (280), e - directly use the heat transfer fluid heated by the solar thermal collector (280) to heat water. 5. Un metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che prevede di: - utilizzare l’acqua riscaldata per riscaldare almeno un ambiente interno di un edificio (100). 5. A method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that it provides: - use heated water to heat at least one room inside a building (100). 6. Un metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che prevede di: - utilizzare l’acqua riscaldata per riscaldare acqua da erogare verso almeno una utenza di consumo (270). 6. A method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that it provides: - use the heated water to heat water to be delivered to at least one consumer user (270). 7. Un impianto (200) per lo sfruttamento di energia rinnovabile comprendente: - almeno un modulo fotovoltaico ibrido (205), - un primo circuito idraulico (210) atto a collegare detto modulo fotovoltaico ibrido (205) con uno scambiatore di calore geotermico (355) interrato in un terreno (T), in modo da consentire un trasferimento di calore tra il modulo fotovoltaico ibrido (205) e il terreno (T), tramite un fluido termovettore atto a circolare nel primo circuito idraulico (210), - una pompa di calore (300), e - un secondo circuito idraulico (345) atto a collegare detta pompa di calore (300) con uno scambiatore di calore geotermico (355) interrato in detto terreno (T), in modo da consentire un trasferimento di calore tra detto terreno (T) e la pompa di calore (300), tramite un fluido termovettore atto a circolare nel secondo circuito idraulico (345). 7. A plant (200) for the exploitation of renewable energy comprising: - at least one hybrid photovoltaic module (205), - a first hydraulic circuit (210) adapted to connect said hybrid photovoltaic module (205) with a geothermal heat exchanger (355) buried in a ground (T), so as to allow heat transfer between the hybrid photovoltaic module (205 ) and the ground (T), by means of a heat transfer fluid able to circulate in the first hydraulic circuit (210), - a heat pump (300), e - a second hydraulic circuit (345) adapted to connect said heat pump (300) with a geothermal heat exchanger (355) buried in said ground (T), so as to allow heat transfer between said ground (T) and the heat pump (300), by means of a heat transfer fluid able to circulate in the second hydraulic circuit (345). 8. Un impianto (200) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto primo circuito idraulico (210) e secondo circuito idraulico (345) sono collegati con uno stesso scambiatore di calore geotermico (355). A plant (200) according to claim 7, characterized in that said first hydraulic circuit (210) and second hydraulic circuit (345) are connected to the same geothermal heat exchanger (355). 9. Un impianto (200) secondo la rivendicazione 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detta pompa di calore (300) à ̈ collegata ad un serbatoio di accumulo (230) atto a contenere acqua, in modo da consentire un trasferimento di calore tra un fluido operante nella pompa di calore (300) e l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo (230). 9. A plant (200) according to claim 7 or 8, characterized in that said heat pump (300) is connected to an accumulation tank (230) suitable for containing water, so as to allow heat transfer between a fluid operating in the heat pump (300) and the water contained in the storage tank (230). 10. Un impianto (200) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzato dal fatto che il primo circuito idraulico à ̈ ulteriormente atto a collegare detto almeno un modulo fotovoltaico ibrido (205) con un serbatoio di accumulo (230) atto a contenere acqua, mediante mezzi di scambio termico per consentire un trasferimento di calore tra il fluido termovettore atto a circolare nel primo circuito idraulico (210) e l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo (230) stesso, essendo previsti mezzi valvolari (365) per convogliare il fluido termovettore che attraversa detto almeno un modulo fotovoltaico ibrido (205) selettivamente nel serbatoio di accumulo (230) o nello scambiatore di calore geotermico (355). 10. A system (200) according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the first hydraulic circuit is further adapted to connect said at least one hybrid photovoltaic module (205) with an accumulation tank (230) adapted to contain water, by means of heat exchange means to allow a heat transfer between the heat transfer fluid able to circulate in the first hydraulic circuit (210) and the water contained in the storage tank (230) itself, valve means (365) being provided to convey the heat carrier fluid which passes through said at least one hybrid photovoltaic module (205) selectively into the storage tank (230) or into the geothermal heat exchanger (355). 11. Un impianto (200) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 7 a 10, caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno un collettore solare termico (280), e - un terzo circuito idraulico (285) atto a collegare detto collettore solare termico (280) con serbatoio di accumulo (230) atto a contenere acqua, mediante mezzi di scambio termico per consentire un trasferimento di calore tra il collettore solare termico (280) e l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo (230) stesso, tramite un fluido termovettore atto a circolare nel terzo circuito idraulico (285). A plant (200) according to any one of claims 7 to 10, characterized in that it comprises: - at least one solar thermal collector (280), e - a third hydraulic circuit (285) able to connect said solar thermal collector (280) with storage tank (230) able to contain water, by means of heat exchange to allow a transfer of heat between the solar thermal collector (280) and the water contained in the storage tank (230) itself, by means of a heat transfer fluid able to circulate in the third hydraulic circuit (285). 12. Un impianto (200) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 9 a 11, caratterizzato dal fatto che detto serbatoio di accumulo (230) à ̈ connesso ad un circuito idraulico di riscaldamento (155), il quale à ̈ installato in un edificio (100), in modo da consentire uno scambio di calore tra l’acqua calda proveniente dal serbatoio di accumulo (230) ed almeno un ambiente interno dell’edificio (100). A system (200) according to any one of claims 9 to 11, characterized in that said storage tank (230) is connected to a hydraulic heating circuit (155), which is installed in a building ( 100), so as to allow a heat exchange between the hot water coming from the storage tank (230) and at least one room inside the building (100). 13. Un impianto (200) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 9 a 12, caratterizzato dal fatto di comprendere una rete idraulica di erogazione dell’acqua (265) verso almeno una utenza di consumo (270), la quale à ̈ collegata con detto serbatoio di accumulo (230) mediante mezzi di scambio termico per consentire un trasferimento di calore tra l’acqua contenuta nel serbatoio di accumulo (230) e l’acqua nella rete di erogazione (265).13. A plant (200) according to any one of claims 9 to 12, characterized in that it comprises a hydraulic water supply network (265) to at least one consumption user (270), which is connected to said storage tank (230) by means of heat exchange to allow a heat transfer between the water contained in the storage tank (230) and the water in the supply network (265).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE202006010460U1 (en) * 2006-06-27 2006-11-02 Holtkamp, Leonardus H. M. Solar cell and solar panel combination for use in e.g. hospital, has plate consisting of set of plate units that overlaps itself in border area, where heat of plate is given through tube and applied to geothermic storage as storage unit
EP2012366A2 (en) * 2007-07-05 2009-01-07 Federico Pirovano Photovoltaic system with improved efficiency and increment method of the electrical energy production of at least a thermo-photovoltaic solar module

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