Stoccaggio del ghiaccio industriale e fotovoltaico – Soluzioni energetiche sostenibili per l'industria manifatturiera

Introduzione: Raffreddamento industriale efficiente, affidabile e sostenibile

Nell'era della transizione energetica, il settore manifatturiero deve affrontare tre sfide strategiche: efficienza energetica, riduzione delle emissioni di CO₂ e sicurezza dell'approvvigionamento.

Una soluzione lungimirante che risponde a tutte e tre le esigenze è la combinazione di sistemi di stoccaggio del ghiaccio e generazione di energia fotovoltaica (PV).

Questa sinergia consente alle aziende di immagazzinare l'energia solare in eccesso come capacità di raffreddamento, spostare i carichi elettrici e aumentare il consumo in loco di energia rinnovabile.

L'accumulo di ghiaccio industriale combinato con il fotovoltaico consente alle aziende di immagazzinare l'energia solare in eccesso come capacità di raffreddamento, di bilanciare i picchi di carico e di ridurre le emissioni di CO₂ in modo sostenibile.

Il ruolo dello stoccaggio industriale del ghiaccio nei moderni sistemi energetici

Funzione e progettazione dei sistemi di stoccaggio del ghiaccio

I sistemi industriali di stoccaggio del ghiaccio sono unità di accumulo di energia termica che accumulano energia sotto forma di freddo. Il loro funzionamento si basa sull'accumulo di calore latente, sfruttando la transizione di fase dell'acqua in ghiaccio.

All'interno di un serbatoio d'acqua, le piastre verticali dell'evaporatore formano uno strato di ghiaccio. Quando è necessario, l'acqua calda di ritorno circola attraverso queste piastre, sciogliendo il ghiaccio e rilasciando l'energia frigorifera immagazzinata per applicazioni di processo o di climatizzazione.

Nota tecnica: il cambiamento di fase a 0 °C consente un'elevata densità energetica e prestazioni di accumulo quasi prive di perdite.

Vantaggi industriali

I sistemi di stoccaggio del ghiaccio agiscono come tamponi termici che stabilizzano il consumo elettrico e disaccoppiano la domanda di raffreddamento dalla produzione di energia.

Questa flessibilità consente l'uso di unità di raffreddamento più piccole, riduce i picchi di carico e i costi operativi: vantaggi chiave per le industrie con esigenze di raffreddamento continuo.

Vantaggi rispetto all'accumulo a batteria

A differenza delle batterie agli ioni di litio, i sistemi di stoccaggio del ghiaccio sono atossici, riciclabili e non richiedono manutenzione.

Non richiedono materiali rari e presentano prestazioni stabili per decenni. La loro impronta di CO₂ è significativamente più bassa, il che li rende una soluzione ecologica a lungo termine per l'accumulo di energia industriale e la gestione del carico.

Il fotovoltaico – Energia pulita per i sistemi energetici industriali

Principio e applicazione

I sistemi fotovoltaici (PV) convertono la luce solare direttamente in elettricità. Questa tecnologia decentralizzata e priva di emissioni offre bassi costi operativi e rendimenti energetici prevedibili per decenni. Il fotovoltaico è oggi una pietra miliare delle strategie aziendali di sostenibilità e indipendenza energetica.

La sfida della disponibilità di energia

Poiché la produzione di energia solare fluttua durante il giorno, l'accumulo di energia è essenziale per massimizzare l'efficienza. Durante il mezzogiorno, quando la produzione solare raggiunge i picchi, i sistemi di stoccaggio del ghiaccio assorbono l'elettricità in eccesso come energia di raffreddamento, pronta per essere utilizzata quando la produzione solare diminuisce.

La sinergia tra stoccaggio del ghiaccio e fotovoltaico

Gestione intelligente del carico e ottimizzazione dell'energia

L'integrazione di fotovoltaico e stoccaggio del ghiaccio crea un sistema intelligente di gestione del carico. L'elettricità fotovoltaica in eccesso viene utilizzata per caricare l'accumulo di ghiaccio, cioè per congelare l'acqua.

In seguito, l'energia frigorifera immagazzinata supporta il raffreddamento dei processi, il condizionamento dell'aria o le operazioni di produzione senza alimentazione di rete. Questo approccio appiana i picchi di domanda, riduce la dipendenza dalla rete e rafforza la sicurezza dell'approvvigionamento.

Integrazione tecnologica

Il sistema può essere collegato senza problemi ai sistemi di gestione dell'energia (EMS) esistenti e supporta il controllo dinamico dei cicli di carico e scarico.

Durante le ore di sole, l'unità di raffreddamento funziona utilizzando l'energia fotovoltaica; di notte, il ghiaccio immagazzinato fornisce capacità di raffreddamento senza elettricità aggiuntiva. Ciò contribuisce alla stabilità della rete, all'autonomia energetica e all'ottimizzazione dell'efficienza energetica.

Vantaggi economici e ambientali per le aziende

L'integrazione di fotovoltaico e stoccaggio del ghiaccio offre vantaggi misurabili:

Benefici	Descrizione
Fino al 40% di risparmio energetico	Grazie all'autoconsumo e al trasferimento del carico
Costi operativi inferiori	Refrigeratori più piccoli e manutenzione ridotta
Ottimizzazione delle tariffe	Utilizzo di energia elettrica fuori dalle ore di punta
Ammissibilità ai finanziamenti	Qualifica per i programmi di decarbonizzazione nazionali e dell'UE
Riduzione delle emissioni di CO₂ e conformità ESG	Supporta la rendicontazione di sostenibilità
Autonomia energetica	Migliora la sicurezza dell'approvvigionamento e l'affidabilità della produzione

Le industrie con un'elevata domanda di raffreddamento, come quelle alimentari, logistiche e chimiche, traggono i maggiori vantaggi da questa integrazione, riducendo i costi energetici esterni e aumentando le credenziali di sostenibilità.

Contributo alla transizione energetica e all'industria sostenibile

L'integrazione del fotovoltaico con lo stoccaggio del ghiaccio industriale favorisce la decarbonizzazione e consente di realizzare infrastrutture energetiche decentralizzate e resilienti. Riduce le perdite di trasmissione e supporta una produzione neutrale dal punto di vista climatico.

Grazie alla costruzione modulare, il sistema di stoccaggio del ghiaccio può essere implementato sia in nuove installazioni che in retrofit di sistemi esistenti. Questa tecnologia rafforza la competitività, allineandosi all'efficienza energetica, alla sicurezza dell'approvvigionamento e alla responsabilità ambientale.

Piano d'azione per i decisori industriali

Le aziende che intendono ridurre le emissioni di CO₂, migliorare l'efficienza energetica e tagliare i costi dell'elettricità dovrebbero valutare la fattibilità dell'integrazione di soluzioni fotovoltaiche e di stoccaggio del ghiaccio nei loro processi.

Partner ingegneristici come HTT AG progettano e implementano sistemi energetici personalizzati in base alle specifiche esigenze industriali, dalla progettazione e simulazione alla completa integrazione nelle architetture EMS esistenti.

Richiedete subito un audit energetico per identificare il vostro potenziale di integrazione del fotovoltaico e dell'accumulo termico. Scoprite come trasformare il vostro raffreddamento di produzione in un pilastro fondamentale della vostra transizione energetica.

Panoramica tecnica: Componenti e vantaggi

Componente	Funzione	Caratteristiche tecniche	Vantaggi
Accumulo di ghiaccio	Accumulo di energia termica basato sul cambiamento di fase acqua-ghiaccio	Utilizza il calore latente a 0 °C per un'elevata densità energetica	Lunga durata, bassa manutenzione, perdite minime
Fotovoltaico	Converte la luce solare in elettricità	Celle di silicio (14-22% di efficienza)	Autogenerazione priva di emissioni ed economicamente vantaggiosa
Sistema combinato	Sistema integrato di gestione dell'energia	Controllo intelligente del carico per cicli di carica/scarica	Peak shaving, indipendenza dalla rete, efficienza ottimizzata

FAQ

Che cos'è un sistema di stoccaggio del ghiaccio e come funziona?

Un sistema industriale di stoccaggio del ghiaccio immagazzina energia frigorifera congelando l'acqua durante le ore non di punta (ad esempio, di notte o quando è disponibile un surplus di energia solare) e poi sciogliendo il ghiaccio per fornire freddo per il raffreddamento dei processi o il condizionamento dell'aria quando la domanda è elevata. Si basa sull'accumulo di calore latente (cambiamento di fase da acqua → ghiaccio → acqua) che offre un'elevata densità energetica e un efficiente spostamento del carico.

Perché combinare il fotovoltaico (PV) con un sistema di stoccaggio del ghiaccio nell'industria?

Perché gli impianti fotovoltaici generano elettricità principalmente durante le ore di sole, ma la domanda di raffreddamento (o la domanda di processo) può avere un picco più tardi o di notte. Utilizzando l'energia solare in eccesso per congelare il ghiaccio (cioè per caricare l'accumulo), si sposta il carico di raffreddamento nei periodi in cui le tariffe di rete sono basse o la produzione solare è bassa. Questo migliora l'autoconsumo dell'impianto fotovoltaico, riduce i picchi sulla rete e aumenta l'autonomia energetica.

Quali sono i principali vantaggi rispetto all'accumulo di energia a batteria?

• L'accumulo su ghiaccio utilizza materiali più semplici (acqua/ghiaccio) anziché le materie prime rare e costose richieste dalle batterie.
• La manutenzione e il degrado sono minori: Molti sistemi a ghiaccio possono funzionare per oltre 15 anni con prestazioni stabili.
• Si collegano direttamente alla domanda di raffreddamento (accumulo termico) piuttosto che convertire l'elettricità in energia elettrica, il che può essere più efficiente quando la domanda principale è il raffreddamento.

Quali sono le applicazioni e i settori tipici adatti a questa tecnologia?

I settori con un'elevata richiesta di raffreddamento o di raffreddamento di processo sono quelli che ne traggono i maggiori benefici: ad esempio, alimenti e bevande, magazzini frigoriferi per la logistica, produzione chimica/farmaceutica, centri dati. Anche le infrastrutture in cui la domanda di picco della rete o il costo dell'elettricità sono una preoccupazione importante - quindi lo spostamento dei carichi produce vantaggi economici.

Quali sono le considerazioni chiave per la progettazione e l'implementazione?

• Dimensionamento dell'accumulo: È necessario valutare la domanda di raffreddamento, i picchi di carico, la durata dello stoccaggio, il tempo di congelamento e il ciclo di scongelamento.
• Integrazione con il fotovoltaico e la gestione dell'energia: Assicurarsi che il sistema di controllo (EMS) sia in grado di gestire la carica durante le eccedenze fotovoltaiche e la scarica durante i picchi di carico.
• Spazio e installazione: I serbatoi di ghiaccio richiedono spazio; le condizioni del sito (isolamento, circuiti di raffreddamento, geometria del serbatoio) sono importanti.
• Analisi economica e del ciclo di vita: Confronto con alternative (ad esempio, batterie o refrigeratori convenzionali) per valutare il ritorno dell'investimento, la manutenzione e i costi del ciclo di vita.

Quali sono le limitazioni o le sfide?

• Investimento iniziale: Sebbene sia efficiente dal punto di vista dei costi di esercizio, il costo iniziale può essere significativo.
• Corrispondenza tra surplus fotovoltaico e utilizzo dell'accumulo: Se il surplus di generazione fotovoltaica è basso o la domanda di raffreddamento non corrisponde ai tempi di stoccaggio, i benefici si riducono.
• Complessità del sistema: Richiede l'integrazione dell'impianto di raffreddamento, del serbatoio di stoccaggio, del sistema di controllo ed eventualmente della gestione dell'energia fotovoltaica.
• Spazio fisico: I serbatoi e le tubazioni per una grande capacità di stoccaggio possono richiedere un ingombro significativo.

Quanto risparmio energetico o economico ci si può aspettare?

Sebbene i numeri esatti dipendano dalle specifiche del sito, molti sistemi riportano risparmi sostanziali grazie allo spostamento della generazione di freddo nei periodi non di punta o di surplus fotovoltaico, alla riduzione delle dimensioni del refrigeratore, al contenimento dei picchi di domanda di elettricità e al miglioramento dell'autoconsumo. In alcuni casi industriali, si parla di risparmi fino al 30-40% dei costi energetici per la parte di raffreddamento.

Come contribuisce alla sostenibilità e alla transizione energetica?

Consentendo un maggiore utilizzo delle energie rinnovabili (fotovoltaico) per i carichi di raffreddamento, riducendo i picchi di domanda della rete, abbassando le emissioni di CO₂, migliorando l'autonomia energetica e supportando la decarbonizzazione dei processi industriali. L'accumulo termico come il ghiaccio aiuta a colmare il vuoto laddove l'accumulo a batteria o altre soluzioni potrebbero non essere ottimali o economicamente vantaggiose.

Quali sono gli aspetti legati alla manutenzione e alla durata?

I sistemi di stoccaggio del ghiaccio hanno in genere meno parti mobili rispetto ai sistemi a batteria e i materiali (acqua, ghiaccio, piastre metalliche) sono durevoli. Molti produttori dichiarano cicli di vita lunghi, bassa richiesta di manutenzione e prestazioni stabili per decenni.

Come si determina se un'azienda deve investire in questa soluzione?

Criteri chiave da valutare:

• Profilo della domanda di raffreddamento/frigorifero (orari di picco, livelli di carico)
• Superficie del tetto o del terreno disponibile e potenziale fotovoltaico
• Struttura tariffaria dell'energia elettrica (fuori picco rispetto al picco, oneri di domanda)
• Infrastruttura di raffreddamento esistente e potenziale di retrofitting
• Obiettivi di decarbonizzazione, autonomia energetica e riduzione dei costi.

Se l'analisi mostra un significativo disallineamento tra la generazione fotovoltaica e la domanda di raffreddamento, o carichi di picco sostanziali e oneri di domanda, allora una soluzione di accumulo di ghiaccio industriale + fotovoltaico è probabilmente vantaggiosa.