Solar-assisted heat pump PVT : modelling and preliminary experimental investigation

Solar-assisted heat pump(SAHP) is a promising system for domestic hot water production and buildings heating. In this work the results of a preliminary experimental campaign on a small-size heat pump prototype with PVT are presented and a numerical model of the system is developed. Tests showed the relations between performances and ambient operating parameters, and the beneficial effects of PVT use in this application; also limits and problems found out during tests are presented and discussed. In the work SAHP with PVT systems of various sizes are numerically modelled and investigated. The model shows that the systems can cover up to 50% of a reference domestic load, reducing by 60% the primary energy demand with costs analogous to conventional solutions. Results also demonstrate the advantages of SAHP systems with respect to air-source ones, because evaporation can occur at temperatures higher than ambient one. The use of PVT is justified by a comparison with an analogous system equipped with conventional thermal collectors and PV: fixed the overall collectors' area, the solution with PVT is more efficient and leads to a better economic sustainability.

Le pompe di calore elio-assistite sono una promettente soluzione per la produzione di acqua calda sanitaria e riscaldamento domestico. In questa tesi vengono presentati i risultati di una campagna sperimentale preliminare su un prototipo di piccola taglia con PVT e viene sviluppato un modello numerico del sistema. Le prove sperimentali evidenziano il legame tra prestazioni e parametri ambiente e gli effetti positivi dell'utilizzo dei PVT; vengono riscontrati problemi di funzionamento che portano le prestazioni al di sotto delle aspettative. Il modello numerico viene sviluppato per soluzioni di diversa taglia. Le soluzioni proposte permettono di coprire fino al 50% del carico termico dell'utenza di riferimento riducendo del 60% il fabbisogno di energia primaria, con costi analoghi a una soluzione convenzionale. L'utilizzo dell'energia solare all'evaporatore porta vantaggi rispetto alle macchine ad aria, poiché l'evaporazione può avvenire a temperature superiori a quella ambiente. La bontà dell'utilizzo dei moduli PVT viene dimostrata attraverso una comparazione con un sistema SAHP con collettori termici e PV convenzionali: a parità di superficie, l'utilizzo dei PVT rende il sistema sia più efficiente sia energeticamente sia economicamente.