SOLARE TERMICO E FOTOVOLTAICO INTEGRATI: PERCHE’ PRENDERE IN CONSIDERAZIONE L’INSTALLAZIONE

Gli impianti fotovoltaici integrati sono elementi strutturali, che usati in sostituzione di altri materiali quali, ad esempio, i pannelli vetrati utilizzati nelle facciate, permettono di ottenere benefici concreti e risparmi di costi non indifferenti. L’edificio diventa energeticamente attivo e per molti anni la sua facciata o il suo tetto fotovoltaico produrranno energia elettrica, che non solo consentirà un guadagno dagli incentivi e dalla vendita di energia o dal risparmio sulle bollette, ma permetterà anche di evitare notevoli emissioni di Co2. Infiine, rimane un investimento che fornisce dei ritorni importanti anche dal punto di vista dell’immagine aziendale.

Il Nuovo conto energia – che sancisce le regole di assegnazione degli incentivi per gli impianti fotovoltaici – promuove l’integrazione del fotovoltaico in architettura e arredo urbano. In tal modo il legislatore intende limitare l’impatto ambientale e visivo degli impianti solari, non stravolgendo il profilo architettonico degli edifici in cui vengono installati. Sfruttare le superfici inutilizzate presenti sugli edifici consente di disporre di quantità, anche ragguardevoli, di energia elettrica, con benefici economici sia diretti, tramite gli incentivi e attraverso i ricavi dalla vendita o dal risparmio dell’energia elettrica, che indiretti con miglioramento dell’immagine aziendale e abbattimento della Co2. L’edificio diventa energeticamente attivo e per molti anni la copertura fotovoltaica installata produrrà energia elettrica, che non solo consentirà un guadagno dagli incentivi, dalla vendita di energia e dal risparmio sulle bollette, ma eviterà l’immissione nell’atmosfera di grandi quantità di Co2 (0,3-0,4 kg di Co2 per ogni kWh prodotto da fonte fotovoltaica).

Oltre a questi benefici ”collaterali” gli impianti connessi alla rete elettrica rappresentano una fonte integrativa di approvvigionamento energetico, avendo la possibilità di migliorare il bilancio elettrico globale dell’edificio. L’inserimento dei moduli fotovoltaici in tetti, serre o pensiline per parcheggi risponde alla natura distribuita della fonte solare e presenta diversi vantaggi.
Secondo un recente studio della Commissione Europea, in Italia la superficie di tetti disponibile (con orientamento verso Sud, Est o Ovest) è di 370 milioni di mq, mentre quella delle facciate è di quasi 200 milioni di mq. Se questi spazi fossero coperti da pannelli solari fotovoltaici, sarebbe possibile produrre circa 85 TWh/anno, ossia 85 mila milioni di kWh l’anno, pari al consumo annuo di energia elettrica paragonabile a quello di 20 milioni di famiglie. Sono ovviamente calcoli ipotetici, ma che fanno comunque ben comprendere l’enorme potenziale offerto da simili applicazioni.
L’integrazione architettonica dei sistemi solari si basa sulla possibilità di utilizzare il modulo fotovoltaico non solo nella più ampia libertà, ma anche in armonia strutturale con l’edificio oggetto di intervento: forma, misura, strutture leggere e poco invasive, sono caratteristiche fondamentali per effettuare un intervento di integrazione realmente efficace.

Fotovoltaici integrati: aspetti salienti
Il modulo costituisce, nell’immaginario comune, il componente principale dell’impianto FV. Le prestazioni dei moduli fotovoltaici sono suscettibili di variazioni, anche sostanziose, in base al rendimento dei materiali; alla tolleranza di fabbricazione percentuale rispetto ai valori di targa; all’irraggiamento a cui le sue celle sono esposte; all’angolazione con cui questa giunge rispetto alla sua superficie; alla temperatura di esercizio dei materiali, che tendono ad ”affaticarsi” in ambienti caldi e alla composizione dello spettro di luce.
Per motivi costruttivi, il rendimento dei moduli fotovoltaici è, in genere, inferiore o uguale al rendimento della loro peggior cella. Con rendimento si intende la percentuale di energia captata e trasformata rispetto a quella totale giunta sulla superficie del modulo; è quindi proporzionale al rapporto tra watt erogati e superficie occupata, ferme restando tutte le altre condizioni. Alcuni pannelli a concentrazione per uso terrestre, derivati dal settore aerospaziale, hanno rendimenti nominali che superano anche il 40%. Nei prodotti comunemente in commercio i tassi di rendimento si attestano intorno al 15% nei moduli in silicio monocristallino (singolo cristallo); al 13% nei moduli in silicio policristallino (più cristalli adiacenti) e al 6% nei moduli a film sottile (a base di silicio o di altri materiali).

Il minor rendimento dei moduli a film sottile è compensato dalla grande duttilità di utilizzo dovuta alla leggerezza e alla flessibilità dei materiali di supporto (non c’è bisogno di strutture in vetro e metallo come per i moduli tradizionali). Inoltre, i moduli amorfi consentono di assorbire la luce solare anche in condizioni di irradiazione indiretta a differenza dei moduli a tecnologia cristallina.
Recentemente sono state sollevate perplessità sulla pericolosità degli elementi chimici presenti all’interno dei moduli a film sottile (ad esempio il telluriuro di cadmio) che, in condizioni particolarmente avverse, potrebbero trasformarsi in vere e proprie ”bombe chimiche”. In realtà, l’aspetto più importante per l’ottenimento di un efficace e duraturo impianto fotovoltaico, risiede nelle caratteristiche progettuali dello stesso. La progettazione dell’impianto elettrico può incidere considerevolmente sulla producibilità dell’impianto; oltretutto è opportuno prevedere sistemi di monitoraggio – anche a distanza – della produzione elettrica effettiva, sia per verificare l’effettiva performance dell’impianto, sia per pianificare gli eventuali interventi di manutenzione sull’impianto. Nella parte di progettazione hanno, inoltre, un ruolo centrale le misure di sicurezza: non solo in fase di realizzazione (quando è necessario prevedere misure adatte per un ambiente di lavoro sicuro), ma anche in fase di funzionamento dell’impianto, nella quale l’energia deve essere prodotta in completa sicurezza, grazie alla presenza di appositi componenti (a volta trascurati per motivi di costo) che assicurino tanto la sicurezza degli operatori quanto quella dell’impianto stesso (scaricatori di sovratensione).
L’integrazione architettonica dei moduli fotovoltaici è riconducibile a tre categorie principali: tetti fotovoltaici strutturali; facciate fotovoltaiche e frangisole.

Considerazioni energetiche ed economiche
Il massimo irraggiamento solare è ottenibile, alla nostra latitudine e su base annua, orientando l’impianto fotovoltaico verso Sud e inclinandolo, rispetto all’orizzontale, con un’angolazione compresa, a seconda della latitudine, tra i 28° e i 32°. Spesso però s’interviene su edifici già esistenti che non presentano superfici disponibili ad accogliere, correttamente, i moduli fotovoltaici. Rivolgendo, ad esempio, l’impianto verso Est o Ovest si perde circa il 10% dell’energia massima ottenibile rispetto a un preciso orientamento a Sud (con riferimento a un’inclinazione di 30°). Nel caso in cui la superficie su cui si applica l’impianto fotovoltaico è verticale, se l’orientamento è verso Sud si perde circa 1/3 dell’irraggiamento solare annuale disponibile (rispetto alla massima captazione di energia che si verifica con l’inclinazione di 30° a Sud), mentre se è verso Est o Ovest solo il 55% dell’energia disponibile è effettivamente sfruttabile. Ciò significa che analoghi impianti in Italia possono fornire maggiori quantità di energia elettrica, grazie ovviamente alla nostra migliore insolazione. Riducendo l’inclinazione dei moduli la producibilità aumenta, fino ad arrivare a circa 100 kWh/m2/anno. Riportiamo a titolo di esempio una tabella (Tabella 1) riassuntiva dei numeri salienti relativi al rendimento di un impianto fotovoltaico ”tipo” realizzato in maniera architettonicamente integrata e con criteri di progettazione ottimali.
L’integrazione – specie con caratteristiche innovative – presenta indubbiamente delle difficoltà dal punto di vista progettuale, e spesso, prevede dei costi maggiori rispetto a quelli di un impianto fotovoltaico ”normale”. A fronte di un maggiore sforzo, si avranno comunque dei benefici tangibili.

Fonte Casa 24 – Il Sole 24 Ore – di Angelo Prete e Porfirio Squadrone (Archetipo)