Tetti solari che riscaldano anche

Guardate un pannello solare in una giornata di sole e la maggior parte dell’energia che cade su di esso non sta facendo nulla di utile. Le celle trasformano il 15-20% della luce in elettricità; dal 65 al 70% di essa diventa calore, che riscalda il pannello e lo rende meno efficiente (IEA SHC Task 60, 2020). Un collettore fotovoltaico-termico (PVT) mette uno scambiatore di calore dietro le celle, trasporta quel calore via in acqua o aria e lo usa per l’acqua calda, il riscaldamento degli ambienti o una pompa di calore.

Il riassunto onesto: PVT funziona, è venduto oggi e può fornire due o tre unità di calore per ogni unità di elettricità dallo stesso tetto, ma paga solo dove c’è un uso costante per il calore a bassa temperatura, e i suoi costi misurati sono ancora più alti rispetto ai pannelli separati e collettori nella maggior parte dei luoghi. Questa pagina spiega perché, con i numeri.

Che cos’è

Un collettore PVT è un pannello solare e un collettore solare termico in una cornice. Ci sono tre famiglie principali (IEA SHC Task 60, 2020):

• I collettori d’acqua scoperti sembrano pannelli ordinari con uno scambiatore di calore piatto incollato sul retro. Funzionano freddi, che si adatta alle celle e perdono calore facilmente al vento. Rappresentano il 61% della capacità termica installata PVT in tutto il mondo e sono più spesso utilizzati come fonte di calore per una pompa di calore.
• Collettori coperti (vetrati) Aggiungere un secondo foglio di vetro e uno spazio d’aria isolante davanti alle celle. Raggiungono i 50-60 °C di cui ha bisogno l’acqua calda sanitaria, ma il vetro in più riflette un po’ di luce e le celle funzionano più calde, quindi producono meno elettricità.
• Collettori di aria Soffiare aria dietro i pannelli e usarla per riscaldare o ventilare un edificio. Sono il 33% della capacità installata PVT.

Esistono progetti di concentrazione e tubi evacuati, ma svolgono un ruolo minore (IEA SHC, Solar Heat Worldwide 2025).

Ecco come funziona

Il budget della luce. In una giornata limpida, circa 1.000 W di luce solare raggiungono ogni metro quadrato di un pannello rivolto al sole; 800 W è un’ora luminosa più tipica. Una cella al silicio converte in elettricità la parte dello spettro che può utilizzare. Il resto viene riflesso, passa attraverso o diventa calore nella cella.

Il calore rende le cellule peggiori. L’efficienza elettrica di una cella di silicio cristallino diminuisce quasi linearmente con la sua temperatura: η_el = η_ref × (1 − β × (T_cell − 25 °C)), dove β La variazione di temperatura è di circa 0,4% per kelvin (il range misurato va dallo 0,2 allo 0,5%). In parole povere: un pannello etichettato come efficiente al 20% a 25 °C produce circa il 18,4% quando le sue celle sono a 45 °C, che è normale in una giornata di sole (Skoplaki e Palyvos, 2009).

Raccogliere il calore. Il calore erogato da un collettore segue l’equazione della norma di prova EN ISO 9806: η_th = η_0 − a_1 (T_m − T_a) / G − a_2 (T_m − T_a)² / G. Qui η_0 è la percentuale di luce solare che diventa calore utile quando il fluido è a temperatura ambiente (circa il 61% è tipico per PVT), T_m è la temperatura media del fluido, T_a la temperatura dell’aria, G la luce solare in W per m² e a_1, a_2 descrivono quanto velocemente il calore fuoriesce. In parole povere: più calda vuoi l’acqua, meno calore raccogli e un collettore scoperto, senza coperchio in vetro per tenere lontano il vento, perde calore molto più velocemente di uno coperto.

Il compromesso. L’acqua fredda aiuta due volte: le celle funzionano più fredde e producono un po ‘più di elettricità, e il collettore raccoglie più calore. L’acqua calda fa male due volte. Per questo PVT e pompe di calore sono partner naturali: una pompa di calore vuole una fonte a 5-20 °C, esattamente dove un collettore PVT scoperto è più efficiente. Quando il fluido è più freddo dell’aria, un collettore scoperto preleva calore anche dall’aria, giorno e notte, sostituendo l’unità esterna di una pompa di calore ad aria o ricaricando il terreno circostante. Pompa di calore geotermica pozzi trivellati. Il spiegatore sopra ti permette di provare questo.

Il rapporto. Poiché una maggior parte della luce diventa calore rispetto all’elettricità, “due o più unità di energia termica vengono generate per ogni unità di energia elettrica, a seconda dell’efficienza delle celle e del design del sistema” (IEA SHC Task 60, 2020).

I limiti del gioco

In teoria. La luce solare fornisce al massimo circa 1 kW per metro quadrato a mezzogiorno e, in media nell’arco di un anno, da 100 a 300 W per m² a seconda della latitudine e delle condizioni meteorologiche. Nessun collettore può fornire più energia di quanta ne cade su di esso (tranne il calore dell’aria che un collettore scoperto assorbe quando è più freddo dell’aria, che è la fisica della pompa di calore, non la luce solare extra). L’elettricità è limitata dalla cella: circa un quinto della luce per il silicio commerciale. Il calore è limitato dalla temperatura di cui hai bisogno: a 60 °C un collettore perde già una grande parte di ciò che raccoglie.

Pratico.

• Il calore deve avere un uso nelle vicinanze. Il calore a bassa temperatura non può essere venduto in una rete come l’elettricità. In un pomeriggio soleggiato di luglio, una casa con un serbatoio pieno di acqua calda non ha dove mettere più calore, quindi il collettore smette di raccogliere (“stagnazione”) e si riscalda come un normale pannello. Il dimensionamento del lato di calore alla domanda reale conta più di qualsiasi dettaglio del collettore.
• Limiti di temperatura. La maggior parte dei pannelli è certificata per temperature delle celle fino a circa 85 °C. Un collettore coperto lasciato ristagnare in estate può avvicinarsi a quello, che invecchia i giunti di saldatura e di incapsulamento.
• Due mestieri su un unico tetto. PVT ha bisogno di un elettricista e di un idraulico, due serie di norme (IEC 61215 e 61730 per il lato elettrico, EN ISO 9806 per il lato termico) e, fino a poco tempo fa, nessuna singola norma di prova propria. Gli esperti dell’IEA elencano come barriere il costo, i test e le competenze degli installatori, non la fisica (IEA SHC Task 60 position paper).
• Concorrenza da pannelli economici. I pannelli ordinari sono diventati così economici che un tetto può spesso contenere pannelli fotovoltaici separati e un piccolo collettore solare termico, o pannelli fotovoltaici più una pompa di calore ad aria, per meno soldi rispetto a un sistema PVT.

Progetti reali, misurati

Progetto	Che cos’è	Cosa è stato misurato o riportato	Fonte
26 sistemi di esempio nell’IEA SHC Task 60 (Europa e oltre, 2020)	Acqua calda sanitaria, pompa di calore e impianti industriali, monitorati per circa un anno	PVT coperto per acqua calda: fino a circa 700 kWh di calore per m² all’anno; scoperto: circa 400. Rapporto di prestazione elettrica 0,66 per collettori coperti e 0,75 per quelli scoperti (PV ordinario: da 0,7 a 0,85).In Svizzera gli impianti a pompa di calore con PVT scoperto come unica fonte hanno raggiunto un fattore di prestazione stagionale di circa 3	Schubert e Zenhäusern, 2020
Nuovo municipio, Friburgo in Brisgovia, Germania (2017)	Collettori PVT per acqua calda in un edificio per uffici net-plus	Progettato per fornire 22 MWh di calore all’anno contro una domanda di acqua calda di 145 MWh, la domanda misurata era solo di 24 MWh all’anno, quindi il campo collettore era troppo grande, funzionava più caldo e forniva meno calore per m². Frazione solare 29,6%; produzione elettrica come previsto	IEA SHC Task 60, Sistemi PVT esistenti
Carrosserie Pfister, Herisau, Svizzera	PVT scoperto su un edificio industriale	106 kWp di potenza elettrica e 324 kW di potenza termica (potenza nominale, non misurata)	IEA SHC, Calore solare in tutto il mondo 2025
Nuova arena sportiva, Austria	1.130 m² di PVT con 80 sonde a terra e una pompa di calore da 540 kW	Progettato per soddisfare una domanda di calore di 1,4 GWh all’anno senza combustibile fossile (figura di progetto)	IEA SHC, Calore solare in tutto il mondo 2025
Mercato mondiale, 2024	46 produttori che segnalano	37,5 MW termici e 18,6 MW elettrici installati nel 2024; Francia (629.136 m²), Germania e Paesi Bassi in testa	IEA SHC, Calore solare in tutto il mondo 2025

Il caso di Friburgo è la lezione più utile su questa pagina: i collettori hanno funzionato, ma non ha funzionato la previsione di quanta acqua calda l’edificio avrebbe utilizzato. I dati pubblicati e misurati in modo indipendente per i sistemi PVT sono ancora scarsi; la maggior parte dei dati proviene da progetti pilota.


Quanto costa

Opzione	Costo per kWh	Anno e fonte
PVT, sistemi ben dimensionati nel campione Task 60	Elettricità circa 0,20 €; calore sotto i 0,10 €	2020, Schubert e Zenhäusern
PVT, media del campione Task 60	Elettricità da 0,10 a 0,15 €; riscaldamento da 0,25 (coperto) a 0,45 (scoperto)	2020, stessa fonte (dipende da come i costi sono ripartiti tra calore ed energia)
PVT, modellato	Elettricità €0,20; calore €0,22	Lämmle (2019), citato nella stessa relazione
Benchmark: pannelli solari sul tetto dello stesso edificio	circa $0.19 central	Il nostro modello di Fan Wall
Solare su tetti commerciali e comunitari, Stati Uniti	$0.09 to $0.20	Giugno 2026, Lazard LCOE+ versione 19
Acqua calda solare termica, Europa	Da 0,03 € (sud) a 0,19 € (centro e nord) per kWh di calore	2015, ESTIF, citato da Schubert e Zenhäusern
Calore da una caldaia a gas, famiglie UE	circa 0,14 € per kWh di calore (solo combustibile: gas a 0,1228 € per kWh, caldaia efficiente al 90%)	Seconda metà del 2025, Eurostat

Quello che dice la tabella: i migliori sistemi PVT producono già calore per meno del costo del combustibile di una caldaia a gas in Europa e elettricità a circa il prezzo dei pannelli sul tetto, ma il sistema pilota medio non lo fa. Lo spread è enorme perché il valore del calore dipende interamente dal fatto che venga utilizzato o meno. Gli esperti dell’AIE hanno fissato l’obiettivo di ridurre i costi dei collettori PVT da un fattore 1,5 a 2 attraverso il volume e la tecnologia (Task 60 position paper).

Dove può vincere e dove non può

Si può vincere:

• Edifici con un fabbisogno di calore per tutto l’anno e un tetto piccolo: condomini, hotel, ospedali, piscine, lavanderie, palestre. Ogni metro quadrato fa due lavori.
• Come fonte di calore per una pompa di calore. Il PVT scoperto può sostituire un’unità esterna rumorosa o ricaricare un campo di trivellazione in modo che non si raffreddi nel corso degli anni, da cui è venuta la maggior parte della crescita recente.
• Luoghi caldi e soleggiati con richiesta di acqua calda, dove i collettori coperti possono soddisfare la maggior parte di essa; un sistema Task 60 ha raggiunto una quota solare del 70%.
• Calore industriale a bassa temperatura (lavaggio, asciugatura, preriscaldamento), dove vi è un utilizzo ogni giorno dell’anno.

Non può vincere:

• Dove il calore non ha utilizzatore. Una casa vacanza, un ufficio con poca acqua calda o una casa già riscaldata da una pompa di calore con unità esterna propria possono essere meglio serviti dai pannelli ordinari.
• Ad alte temperature. Il vapore e il calore di processo superiori a circa 80 °C sono oltre ciò che le celle fotovoltaiche possono tollerare; Stoccaggio termico Si adatta meglio.
• Solo sul prezzo contro i pannelli economici, fino a quando l’installazione diventa di routine come il normale PV.

Ciò che è provato, plausibile e speculativo

Dimostrato: la penalità di temperatura delle celle al silicio; la fisica dei collettori secondo EN ISO 9806; che i collettori PVT forniscono sia elettricità che calore in edifici reali, con rendimenti misurati da circa 400 a 700 kWh di calore per m² all’anno; che il PVT scoperto può servire come unica fonte per una pompa di calore con un fattore di prestazione stagionale vicino a 3 in Svizzera; che sovradimensionare il lato del calore riduce il rendimento.

Plausible: che la produzione in serie e i kit standard potrebbero ridurre i costi di un fattore da 1,5 a 2; che le pompe di calore PVT plus possono decarbonizzare gli edifici urbani densi dove non c’è spazio per unità esterne o pozzi trivellati; che un migliore contatto termico tra celle e assorbitore aumenta entrambi i rendimenti.

Speculativo: Raffreddamento radiativo notturno a PVT su scala utile (dimostrato nella ricerca, raramente negli edifici); durata a lungo termine del legame tra cella e assorbitore oltre 25 anni di cicli termici; facciate in PVT integrate nell’edificio ad un prezzo competitivo.

Domande di ricerca aperte

• Come invecchiano i legami cellula-assorbente e gli incapsulanti sotto il ciclo termico quotidiano e la stagnazione estiva? I dati sul campo di venticinque anni non esistono ancora.
• Qual è la giusta ripartizione tra PVT, PV ordinario e lunghezza del pozzo in un sistema a pompa di calore e quanto la rigenerazione PVT estende realmente la vita del pozzo?
• Uno standard di test e una certificazione combinati possono ridurre i costi e il tempo di introduzione sul mercato di un prodotto PVT?
• Come dovrebbero gli installatori dimensionare il lato del riscaldamento quando la reale domanda di acqua calda è così incerta, come ha dimostrato Friburgo?
• Gli scambiatori di calore in polimero a basso costo possono eguagliare quelli metallici per il trasferimento di calore e la durata?

Di cosa avrebbe bisogno un prototipo funzionante

Per un inventore con un nuovo progetto PVT, la prova che conta è un collettore misurato al sole, con sensori calibrati, per un tempo sufficiente a vedere sia i giorni buoni che quelli cattivi.

Fase	Lavoro	Cosa dimostra	Costo approssimativo	Tempo
0. studio della scrivania	Modello di trasferimento del calore del progetto, confronto con i dati pubblicati sul collettore, stima dei costi	L’idea batte il PVT esistente sulla carta	$5k to $15k	1 a 2 mesi
1. banco e prova all’aperto di un collettore	Misurazione della potenza elettrica (curve I-V) e dell’efficienza termica a diverse temperature del fluido, secondo i metodi EN ISO 9806 e IEC 60891, in un laboratorio accreditato o in un attento allestimento universitario	Reale η_0, a_1 e la penalità di temperatura elettrica	$15k to $40k	3 a 4 mesi
2. piccolo sistema pilota	Da 10 a 20 m² alimentando un vero serbatoio di acqua calda o pompa di calore, con contatori di calore, contatori elettrici e stazione meteorologica, un anno	Rendimento stagionale, comportamento di ristagno, affidabilità	$40k to $100k	12 mesi
3. Certificazione	IEC 61215 e 61730 (sicurezza elettrica e durata), Solar Keymark (termico), approvazioni edilizie	Un prodotto che può essere venduto e assicurato	$60k to $150k	Da 9 a 12 mesi

Le fasi da 0 a 2 costano circa $60,000 to $155.000. Queste sono le nostre stime basate sui costi tipici di laboratorio e monitoraggio, non quotazioni.

Di chi abbiamo bisogno

• Ingegnere solare termico Con esperienza di prova EN ISO 9806.
• Ingegnere di moduli fotovoltaici che comprende gli incapsulanti, il ciclo termico e IEC 61215.
• Ingegnere per servizi edilizi (HVAC) Per dimensionare il lato calore e integrare pompe di calore e accumulo.
• Specialista del monitoraggio per la progettazione di contatori calibrati di calore ed elettricità.
• Partner produttivo in grado di laminare e legare scambiatori di calore a volume.
• Istallatori e idraulici disposti a provare un’installazione combinata e riportare il tempo di lavoro reale.

Hai un’idea migliore?

Forse hai un assorbitore migliore, un modo più economico per legarlo o un modo più intelligente per utilizzare il calore. Alcuni membri della Fondazione Local Solar System potrebbero avere contatti che potrebbero sentire un pitch per una forte idea energetica. Per essere presentata, un’idea ha bisogno di un modello reale che produca energia e calore, misurato su uno strumento, non rivendicato. Anche le idee cartacee sono benvenute: se la fisica e i numeri sono solidi, possiamo pubblicarle qui sul sito. Raccogliere capitali senza un modello di lavoro è molto difficile, e non possiamo promettere finanziamenti, rendimenti o introduzioni.

Per PVT, la misurazione più economica che conta come modello di lavoro è un collettore all’aperto accanto a un pannello ordinario identico, con le temperature dell’acqua in ingresso e uscita, la portata e l’uscita elettrica di entrambi i pannelli registrati per alcune settimane soleggiate. Questo mostra il calore guadagnato e l’elettricità guadagnata o persa. Inviala attraverso il modulo di contributo, e vedi come PVT si confronta con altre idee sul radar delle idee.

Fonti

1. Della Valle, M. et al. (2020). Concetti di base delle tecnologie dei collettori PVT, aree di applicazione e mercato. IEA SHC Task 60, Rapporto D5.
2. Palyvos, J.A. and Skoplaki, E. (2009). Sulla dipendenza della temperatura dalle prestazioni elettriche dei moduli fotovoltaici: una revisione delle correlazioni efficienza/potenza. Energia solare 83(5), 614-624.
3. AEE INTEC e IEA SHC (2025). Solar Heat Worldwide, edizione 2025, capitolo 5.4, Sistemi fotovoltaico-termali.
4. IEA PVPS (2025). Istantanea dei mercati fotovoltaici globali 2025.
5. IEA SHC Task 60 (2020). Documento di posizione sulla tecnologia PVT.
6. Schubert, M. e Zenhäusern, D. (2020). Valutazione delle prestazioni di alcuni sistemi PVT. IEA SHC Task 60, Rapporto D2.
7. IEA SHC Task 60 (2020). Sistemi e soluzioni PVT esistenti, compreso il foglio informativo del nuovo municipio di Friburgo (secondo Réhault et al., 2019).
8. 2017 (in inglese). ISO 9806:2017, Energia solare: collettori solari termici, metodi di prova.
9. Chow, T.T. (2010). Una rassegna sulla tecnologia solare ibrida fotovoltaico/termico. Energia applicata 87(2), 365-379.
10. Herrando, M., Markides, C.N. e Hellgardt, K. (2014). Una valutazione basata nel Regno Unito di sistemi fotovoltaici ibridi e solari termici per il riscaldamento domestico e l’energia: prestazioni del sistema. Energia Applicata 122, 288-309.
11. Lazard (giugno 2026). Costo dell’energia livellato+, versione 19: comunità e C&I solare $88 to $197 per MWh.
12. Eurostat (2026). Statistiche sui prezzi del gas naturale: media UE delle famiglie € 0,1228 per kWh, seconda metà del 2025.
13. Local Solar System Fondazione (2020, modello aggiornato 2026). The Fan Wall: modello aperto, benchmark solare sul tetto.