La produzione diretta di acqua calda dall’energia solare (calore solare o solare termico) potrebbe essere molto più diffusa in Svizzera di quanto non sia oggi. Invece, il calore solare sta lottando duramente per competere con la produzione di energia solare (fotovoltaico) che sta vivendo un vero e proprio boom. Uno studio condotto da diversi istituti di ricerca svizzeri ha ora evidenziato quale ruolo potrebbe avere in futuro il solare termico e in che modo sarebbe possibile promuoverne l’espansione.
Secondo la «Statistica dell’energia solare» per il 2021, i nuovi impianti fotovoltaici sono aumentati del 43% rispetto all’anno precedente, raggiungendo un nuovo record. Le cose vanno diversamente nel settore del calore solare, che registra da dieci anni un calo delle vendite di nuovi collettori solari. Secondo l’associazione di categoria Swissolar, «i motivi per questo calo sono, tra l’altro, la predominanza delle pompe di calore nei nuovi edifici e nelle ristrutturazioni, solitamente abbinate a un impianto fotovoltaico». Il solare termico ha pertanto ancora un enorme potenziale in Svizzera. Nel 2019, meno dell’1% del fabbisogno di calore era soddisfatto dal calore solare. Secondo le stime degli esperti, i collettori solari potrebbero coprire circa il 20% della domanda di calore. In questo contesto, uno studio commissionato dall’Ufficio federale dell’Energia ha esaminato le prospettive del solare termico e si è chiesto quali ostacoli dovrebbero essere rimossi per dare nuovo slancio a questa forma di produzione di energia in Svizzera. Nello studio, dal nome abbreviato «SolTherm2050», sono state coinvolte le scuole universitarie professionali HSLU di Horw (LU) e OST di Rapperswil (SG), inoltre hanno partecipato il Politecnico federale di Zurigo (ETHZ), la società di consulenza EBP e l’associazione di categoria Swissolar.
Gli scienziati che hanno lavorato a questo studio sono convinti che il calore solare abbia un futuro: «Il calore solare rientra in un concetto di sistema energetico decarbonizzato che in Svizzera rappresenta una scelta conveniente sul piano dei costi. Può contribuire ogni anno con 5-10 TWh all’approvvigionamento di calore del Paese», affermano gli autori nella relazione finale sul progetto. Il vantaggio del calore solare deriva già da una considerazione puramente economica, come hanno dimostrato i calcoli nell’ambito della ricerca. Nello studio SolTherm2050 è stato utilizzato il modello di sistema energetico «Swiss Energyscope» del Politecnico di Zurigo. Il modello presenta i costi complessivi d’investimento e di gestione del sistema energetico svizzero in base alle fonti energetiche utilizzate. I ricercatori hanno dimostrato che i costi di sistema su base annua aumentano di una cifra compresa tra 200 e 400 milioni di franchi se non viene usato il calore solare. In questo contesto, è opportuno puntare sul solare termico per quei campi di applicazione particolarmente redditizi, sottolinea il team di autori di «SolTherm2050».
Attualmente, il solare termico viene utilizzato in Svizzera principalmente negli edifici residenziali, di solito per l’acqua calda, a volte anche per il riscaldamento. Secondo gli autori, il calore solare perderà terreno nel medio termine proprio in queste due aree: «Acquisteranno sempre più importanza impianti solari termici in abbinamento a un sistema di accumulo stagionale, ma anche impianti a supporto di reti di riscaldamento o per la generazione di calore industriale (temperature comprese tra 80 e 150 °C) e, nel lungo termine, per applicazioni abbinate all’aria condizionata». Nei prossimi decenni, questa tecnologia svolgerà il ruolo di «tecnologia-ponte» verso l’obiettivo delle emissioni nette pari a zero entro il 2050, quando la Svizzera non dovrà emettere gas serra in quantità maggiori rispetto a quelle assorbibili da sistemi di stoccaggio naturali e tecnici.
Il team dello studio SolTherm2050 considera il calore solare come una tecnologia preziosa nel momento in cui consente di risparmiare risorse scarsamente disponibili come il legno, l’elettricità invernale o il calore delle sonde geotermiche: il legno è un ottimo accumulatore di energia. Bruciarlo in estate riduce le scorte già esigue e ne fa aumentare il prezzo. Se le sonde geotermiche sono eccessivamente sfruttate, perdono efficienza durante l’inverno con un conseguente aumento dei consumi elettrici. Secondo gli scienziati coinvolti nello studio, le ottime rese estive del calore solare aiutano a contenere i prezzi dell’energia intorno a 5-10 centesimi per kilowattora (in base alle dimensioni dell’impianto). Il solare termico riduce il rischio di costo per i proprietari degli impianti e la pressione dei prezzi nel settore energetico, a condizione che il volume del mercato sia sostanziale.
Lo studio individua un interessante ambito di applicazione per il calore solare nella rigenerazione delle sonde geotermiche. La forte espansione delle pompe di calore determina in molti casi un’estrazione consistente di calore dal terreno in cui sono installate le sonde geotermiche. Nel medio termine, ciò determina un raffreddamento della temperatura del suolo e riduce la resa termica disponibile o aumenta il consumo di energia delle pompe di calore, che hanno bisogno di più elettricità quanto più la temperatura della sorgente è bassa. Tali effetti sono particolarmente negativi in inverno, in quanto aggravano la carenza di energia elettrica invernale più volte lamentata. Per contrastare questo fenomeno, il terreno può essere rigenerato aggiungendo calore, ad esempio riscaldando il terreno attorno alle sonde geotermiche in estate con collettori solari.
Oltre al preriscaldamento dell’acqua, il solare termico si dimostra vantaggioso in diversi campi di applicazione grazie a elevati rendimenti annuali (a volte oltre 800 kWh/m2). Per sfruttare al meglio questa fonte di ricchezza energetica rinnovabile, gli autori dello studio SolTherm2050 hanno elaborato delle raccomandazioni per l’industria del riscaldamento, la ricerca e la politica (v. riquadro).
