Un collettore combinato è un sistema solare, un modulo o un componente che genera energia termica utile oltre all'elettricità. I collettori fotovoltaici termici, detti anche collettori PV/T, collettori solari ibridi, collettori solari fotovoltaici termici o sistemi di cogenerazione solare, sono tecnologie di generazione di energia che trasformano la radiazione solare in energia termica ed elettrica utile.
Sono spesso abbreviati come collettori PVT. I collettori PVT combinano celle solari fotovoltaiche, che convertono la luce solare in elettricità e sono spesso organizzate in pannelli solari, con un collettore solare termico, che trasporta il calore di scarto altrimenti sprecato dal modulo fotovoltaico a un fluido termovettoreQueste tecnologie possono raggiungere una migliore efficienza complessiva rispetto al solare fotovoltaico (FV) o solare termico (T) da soli perché combinano la generazione di elettricità e calore all'interno dello stesso componente.
Dagli anni '1970, sono state condotte ricerche approfondite per sviluppare un'ampia gamma di tecnologie PVT. I vari metodi di collettori PVT gestiscono una varietà di applicazioni che vanno dal calore a bassa temperatura al di sotto dell'ambiente fino al calore ad alta temperatura al di sopra di 100 °C e differiscono in modo significativo nel design del collettore e nel fluido di trasferimento del calore.
Cos'è lo spettro solare e come viene utilizzato nei collettori PVT?
Collettori PVT, che integrano la produzione di solare calore ed elettricità in un'unica unità, sono più efficienti nel complesso e sfruttano meglio lo spettro solare rispetto ai tradizionali moduli fotovoltaici. Mentre la maggior parte dello spettro solare (dal 65 al 70 percento) viene convertita in calore, aumentando la temperatura dei moduli fotovoltaici, le celle fotovoltaiche normalmente raggiungono un efficienza elettrica tra il 15 e il 20 percento.
Al contrario, i collettori PVT sono progettati per raffreddare le celle fotovoltaiche e aumentarne l'efficienza trasferendo calore dalle celle a un fluido. In questo metodo, il calore extra viene trasformato in qualcosa di utile, come il riscaldamento dell'acqua o come fonte di bassa temperatura per le pompe di calore. Di conseguenza, i collettori combinati PVT sfruttano lo spettro solare in modo più efficace.
La maggior parte delle celle solari (come quelle al silicio) subiscono un calo di efficienza all'aumentare della temperatura delle celle. L'efficienza diminuisce da 0.2 a 0.5 punti percentuali per ogni Kelvin che aumenta la temperatura della cella. Di conseguenza, il raffreddamento delle celle fotovoltaiche può ridurre la loro temperatura e aumentarne l'efficacia. Un altro vantaggio delle temperature di funzionamento più basse è la maggiore durata delle celle fotovoltaiche.
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Si tratta di un buon modo per aumentare l'efficienza e l'affidabilità complessive del sistema, ma il componente termico ha prestazioni peggiori rispetto a un semplice collettore solare termico.
In altre parole, le temperature operative massime per la maggior parte dei sistemi PVT sono limitate a valori inferiori alla temperatura massima della cella (solitamente inferiore a 100 °C). Tuttavia, a seconda dell'efficienza della cella e della progettazione del sistema, vengono comunque prodotte due o più unità di energia termica per ogni unità di energia elettrica.
