Facciate fotovoltaiche: quali tecnologie sono disponibili in commercio?

Il concetto di integrazione è un elemento chiave per la diffusione di queste tecnologie. In tal senso si rende necessario fare una distinzione tra due concezioni diverse di sistema “edificio + fotovoltaico”: il BAPV (Building Attached Photovoltaic) e il BIPV (Building Integrated Photovoltaic).

BAPV vs BIPV

Il sistema BAPV consiste nell’installazione di moduli fotovoltaici su superfici esistenti tramite sovrapposizione una volta completata la costruzione, ad esempio durante un progetto di ristrutturazione energetica. Questo è l’approccio adottato per le soluzioni fotovoltaiche tradizionali.

Le tecnologie fotovoltaiche integrate negli edifici, conosciute come BIPV, rappresentano una soluzione innovativa per la produzione di energia pulita e sostenibile, che consiste nell'integrazione dei moduli fotovoltaici direttamente nelle superfici degli edifici, come facciate, finestre, tetti e persino elementi strutturali come pareti e balconi.

A differenza dei tradizionali impianti solari, le BIPV assolvono un duplice scopo: oltre alla generazione di energia elettrica, forniscono anche funzionalità strutturali e architettoniche agli edifici.

I moduli fotovoltaici BIPV possono essere realizzati utilizzando diverse tecnologie, come sarà approfondito in seguito.

Le tecnologie BIPV possono essere utilizzate in una vasta gamma di applicazioni edilizie, apportando benefici sia in termini energetici che estetici. Alcuni esempi comuni di applicazioni BIPV includono:

• Facciate fotovoltaiche: i moduli BIPV possono sostituire i materiali tradizionali delle facciate degli edifici, consentendo la generazione di energia solare in modo efficiente senza compromettere l'estetica;
  
• Finestre fotovoltaiche: le finestre BIPV trasparenti consentono il passaggio della luce solare, ma allo stesso tempo generano energia elettrica;
  
• Tetti solari: i tetti BIPV (es. con tegole solari) possono sostituire i materiali tradizionali per il tetto, consentendo la generazione di energia solare e contribuendo alla riduzione delle emissioni di carbonio;
  
• Elementi strutturali fotovoltaici: l'integrazione dei moduli BIPV direttamente negli elementi strutturali dell'edificio, come pareti e balconi, può aumentare la superficie disponibile per la produzione di energia solare.

Classificazione BAPV BIPV



Ci sono due tipi principali di integrazione nella scala edilizia: funzionale ed estetica.

L’integrazione funzionale si riferisce al ruolo dei moduli fotovoltaici nel sistema edificio. Questi moduli sono considerati integrati se svolgono il ruolo di un componente edilizio, come definito dal Regolamento Europeo di prodotto CPR 305/2011.

Le funzioni edilizie che possono essere delegate al BIPV includono la protezione dagli agenti atmosferici, la rigidità e la resistenza meccanica, l’ombreggiamento e il daylighting.

D’altra parte, l’integrazione estetica si riferisce al concept architettonico e all’immagine dell’edificio. Questo tipo di integrazione è più difficile da definire in modo univoco. L’integrazione estetica deve essere intesa come la capacità del fotovoltaico di definire le regole morfologiche e linguistiche che governano la struttura e la composizione del linguaggio architettonico dell’edificio. Tutte le caratteristiche del sistema fotovoltaico che possono influenzare l’aspetto dell’edificio dovrebbero essere coerenti con la sua progettazione d’insieme.

Ricapitolando, l'integrazione di tecnologie BIPV offre una serie di vantaggi significativi rispetto ai sistemi fotovoltaici tradizionali:

• Massimizzazione dello spazio: l'utilizzo degli elementi strutturali degli edifici per l'integrazione dei moduli BIPV consente una maggiore produzione di energia senza occupare ulteriore spazio;
  
• Estetica migliorata: le tecnologie BIPV offrono una soluzione esteticamente piacevole rispetto ai pannelli solari tradizionali, in quanto possono essere integrati direttamente nell'architettura degli edifici, garantendo una maggiore flessibilità di design;
  
• Autosufficienza energetica: l'adozione di BIPV può consentire agli edifici di produrre la propria energia, riducendo la dipendenza dalla rete elettrica tradizionale e contribuendo alla creazione di edifici autosufficienti dal punto di vista energetico;
  
• Riduzione delle emissioni di carbonio: l'utilizzo di energia solare attraverso le BIPV contribuisce alla riduzione delle emissioni di carbonio e alla mitigazione dell'impatto ambientale degli edifici.

Negli ultimi anni, sono inoltre stati compiuti progressi significativi nello sviluppo delle tecnologie BIPV. Alcuni dei principali sviluppi includono:

• Efficienza energetica migliorata: grazie all'avanzamento delle tecnologie fotovoltaiche, i moduli BIPV stanno diventando sempre più efficienti nella generazione di energia solare;
  
• Materiali innovativi: sono stati sviluppati materiali innovativi per i moduli BIPV, come celle solari trasparenti, film sottili e coloranti sensibili alla luce, che offrono nuove opportunità di integrazione architettonica;
• Integrazione intelligente: l'uso di sistemi di gestione energetica avanzati consente un'ottimizzazione intelligente dell'energia prodotta dai moduli BIPV, migliorando l'efficienza complessiva del sistema.

Tecnologie disponibili per i sistemi BIPV in facciata

Le facciate fotovoltaiche rappresentano, come visto, una soluzione architettonica all'avanguardia, in grado di sfruttare l'energia solare per produrre elettricità. Questa tecnologia si basa sull'utilizzo di pannelli solari integrati direttamente nella struttura della facciata dell'edificio, andando a realizzare una cosiddetta “facciata continua”.

PER APPROFONDIRE il tema delle facciate fotovoltaiche leggi l'articolo
L'integrazione dell'impianto fotovoltaico su facciata ventilata

Poiché il rendimento energetico dei moduli fotovoltaici aumenta quando la loro temperatura durante l’irraggiamento solare è più bassa, le facciate fotovoltaiche trovano la loro migliore applicazione nelle zone “fredde” delle facciate (come parapetti, corpi ascensore e altre superfici opache), a condizione che siano orientate verso Sud-Est o Sud-Ovest e non si trovino in una zona ombreggiata.

Inoltre, l’impiego di tali moduli fotovoltaici può essere molto utile come schermi frangisole o per ombreggiare ampie zone nel caso delle coperture.

Tra le varie tipologie di pannelli fotovoltaici in commercio, quelle che meglio si prestano ad un utilizzo in facciata sono:

• Pannelli fotovoltaici trasparenti: costituiti da strutture esterne realizzate in vetro o altri materiali sintetici, la cui posizione è definita in modo tale da filtrare solamente i raggi solari. I raggi ultravioletti e infrarossi, completamente invisibili a occhio nudo, vengono invece catturati dalle celle, e fanno apparire il pannello trasparente. Inoltre, grazie ai diversi gradi di trasparenza, consentono di creare vibranti giochi di luce. Il fotovoltaico trasparente presenta alcuni svantaggi che non devono essere sottovalutati. Uno dei principali è il costo elevato, che può essere fuori dalla portata di molti. Tuttavia, è possibile beneficiare di incentivi previsti dal bonus ristrutturazione e recuperare l’investimento a lungo termine. Un altro svantaggio è la prestazione energetica inferiore rispetto ai classici impianti fotovoltaici. Questo accade perché i pannelli fotovoltaici trasparenti vengono esposti al sole con un angolo di 90° anziché i consueti 45°, il che comporta una produzione di energia inferiore del 10-20% rispetto ai consueti impianti.
  Esistono tre principali tipologie di pannelli fotovoltaici trasparenti. Una di queste è quella in gel di silicio, che si ottiene posizionando un sottile strato di silicio amorfo sulla lastra di vetro o inserendolo nell’intercapedine sotto forma di gel trasparente. Questo tipo di impianto è in grado di produrre circa 100 watt per metro quadro. Un’altra soluzione è quella dei pannelli a base organica, che risulta più interessante rispetto alla prima tipologia in quanto non solo è più economica nella realizzazione, ma è anche in grado di produrre il triplo dell’energia rispetto al fotovoltaico in gel di silicio. Infine, ci sono i pannelli a base di grafene, che sono ancora in fase di sperimentazione. Tuttavia, recenti studi stanno mettendo a punto una struttura resistente quanto un diamante e capace di garantire un incremento del 50% nella produzione energetica rispetto agli impianti fotovoltaici tradizionali.
  Le principali applicazioni possono essere serre, tettoie, parcheggi, soffitte e facciate di edifici.

• Pannelli fotovoltaici semitrasparenti: I moduli fotovoltaici semi-trasparenti sono progettati per consentire il passaggio della luce attraverso gli spazi tra una cella e l’altra. Hanno un grado di trasparenza del 40% e possono raggiungere un’efficienza di conversione del 7%. Inoltre, il controllo del flusso energetico nelle celle consente di determinare il grado di trasparenza dei pannelli, assicurando un controllo della luminosità negli ambienti e negli spazi abitativi. La disponibilità di strutture semi-trasparenti li rende particolarmente adatti alla realizzazione di lucernari e coperture.

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All'interno l'articolo continua con:
- Moduli vetro-vetro
- Pannelli fotovoltaici bifacciali
 -Qualche considerazione sulle prospettive future