32
I.U.A.V. Facoltà di Architettura Dipartimento di costruzione dell’architettura Artec La tecnologia fotovoltaica a cura di Luca Siragusa Vietata la riproduzione, anche parziale, con qualsiasi mezzo effettuata, salvo autorizzazione scritta dall’autore.

La tecnologia fotovoltaica - iuav.it · energia solare incidente su una superficie inclinata con un certo angolo, con un certo orientamento e in un determinato sito. • Latitudine

Embed Size (px)

Citation preview

I.U.A.V.Facoltà di Architettura

Dipartimento di costruzione dell’architetturaArtec

La tecnologia fotovoltaica

a cura di Luca Siragusa

Vietata la riproduzione, anche parziale, con qualsiasi mezzo effettuata, salvo autorizzazione scritta dall’autore.

Definizione dell’effetto fotovoltaico. Dalla sua scoperta all’innovazione tecnologica che ne deriva.

• L’effetto fotovoltaico consiste nella conversione dell’energia solare in energia elettrica. Questo processo è reso possibile dalle proprietà fisiche di alcuni elementi definiti semiconduttori come il silicio.

• Nel 1839 il fisico francese Alexandre Edmund Becquerel (1820-1891) osservò che l’intensità della corrente tra due elettrodi di platino immersi in una soluzione conduttrice di nitrato di piombo (cella elettrolitica), contenuta in un cilindro di vetro, aumentava se si esponeva la pila così composta alla luce del Sole.

• Studi successivi condotti intorno al 1876 da Smith, Adams e Day, portarono alla realizzazione della prima cella fotovoltaica costituita dalla giunzione del selenio (semiconduttore) con alcuni ossidi metallici.

• Nel 1954 negli USA studi presso i laboratori Bell portarono alla realizzazione delle prime celle fotovoltaiche commerciali in silicio monocristallino. In questo periodo la tecnologia fotovoltaica trovò applicazione in campo aerospaziale.

• Solo a partire dal 1970 con il manifestarsi delle crisi energetiche di portata mondiale, si iniziò a trasferire la tecnologia fotovoltaica anche nel settore delle costruzioni civili.

Stazione spaziale della nasa “Skylab” lanciata nello spazio il 14 maggio 1973

Stazione spaziale sovietica “Salyut 1” lanciata nello spazio il 19 aprile 1971

Struttura di una cella fotovoltaica• L’elemento che sta alla base della tecnologia

fotovoltaica è la cella che è costituita da un materiale semiconduttore, il silicio, di spessore estremamente ridotto (0.3 mm), che viene trattato mediante operazione di “drogaggio” che consiste nel trattare il silicio con atomi di fosforo e boro al fine di ottenere correnti elettriche stabili all’interno della cella.

• Realizzazione dei contatti elettrici metallici: allo strato di silicio vengono applicati mediante sistema serigrafico dei contatti elettrici metallici (in argento o alluminio) che sono costituiti da una superficie continua sul fronte posteriore ed una griglia sul lato anteriore della cella. La loro funzione è quella di captare il maggior flusso elettrico possibile e convogliarlo all’esterno.

• Rivestimento antiriflettente costituito dalla deposizione di uno strato sottile di ossido di titanio per minimizzare la componente di radiazione solare riflessa.

• Testurizzazione: la superficie non è piana, ma sagomata in minuscole piramidi al fine di aumentare la superficie utile per la captazione e favorire le riflessioni reciproche.

• Il parametro più importante della cella è il suo rendimento η che rappresenta il rapporto tra la massima potenza Pmax [Wp] che si ottiene dalla cella e la potenza totale della radiazione incidente sulla superficie frontale.

• Il livello del rendimento diminuisce all’aumentare della temperatura delle celle, poiché la temperatura ostacola il passaggio degli elettroni nel semiconduttore.

Schema di una cella in silicio cristallino(illustrazione presa da A.Magrini, D.Ena, Tecnologie solari attive e passive, ed. EPC libri, Roma, 2002, pag.84)

η= Pcella/Pmax

Tipologia di celle fotovoltaiche • Attualmente sul mercato le celle fotovoltaiche

hanno diverse dimensioni a seconda della loro tipologia.

• Celle a silicio monocristallino: hanno un grado di maggior purezza del materiale e garantiscono le migliori prestazioni in termini di efficienza avendo il rendimento più alto pari al 15%. Si presentano di colore blu scurissimo uniforme e hanno forma circolare o ottagonale, di dimensione dagli 8 ai 12 cm di diametro e 0.2 -0.3 mm di spessore.

• Celle a silicio policristallino: hanno una purezza minore condizione che comporta una minor efficienza ossia il loro rendimento si aggira tra l’11 e il 14%. Si presentano di un colore blu intenso cangiante dovuto alla loro strutturapolicristallina. Hanno forma quadrata o ottagonale e di spessore analogo al precedente tipo.

• Silicio amorfo: si tratta della deposizione di uno strato sottilissimo di silicio cristallino (1-2 micron) su superfici di altro materiale, ad esempio vetri o supporti plastici. In questo caso è improprio parlare di celle, in quanto possono essere ricoperte superfici anche consistenti in modo continuo. L’efficienza di questa tecnologia è sensibilmente più bassa, nell’ordine del 5-6.8% ed è soggetta a un decadimento consistente (-30%) delle proprie prestazioni nel primo mese di vita (effetto Stabler-Wronsky) che impone quindi un sovradimensionamento della superficie installata, in modo da consentire in fase di esercizio la produzione di energia elettrica preventivata in sede di progetto.

Cella fotovoltaica monocristallina di dimensioni 80x80 mm (prodotta da Bp Solar)

Cella fotovoltaica policristallina di dimensioni 124x125 mm (prodotta da Eurosolare)

Modulo fotovoltaico in silicio amorfo.(Illustrazione presa da F.Groppi, C.Zuccaro, Impianti solari fotovoltaici…, ed. Utet, Milano, 2002, pag.31)

Dalla cella al modulo fotovoltaico I moduli fotovoltaici sono costituiti da diversi strati sovrapposti:1. lastra di vetro temprato di spessore variabile che ha una duplice funzione: di assicurare una buonatrasmittanza termica (> 90%) ed una resistenza meccanica, considerato il fatto che le cellefotovoltaiche sono molto fragili e si rompono facilmente;2. primo foglio sigillante trasparente in EVA (acetato vinile etilenico) che ha la funzione di garantire la tenuta agli agenti esterni ed un buon isolamento dielettrico;3. celle fotovoltaiche;4. secondo foglio sigillante in EVA per l’isolamento posteriore;5. Chiusura posteriore che può essere sia in vetro (si veda i moduli prodotti dalla Schuco International) con la funzione di favorire lo scambio termico e consentire una parziale trasparenza del modulo, o in Polivinilfluoruro (PVF) noto commercialmente come tedlar® che viene impiegato in fogli nell’assemblaggio dei moduli fotovoltaici per le sue particolari caratteristiche anti-umidità.Il sandwich è posto in forno di laminazione in cui, tramite riscaldamento a circa 150°, si realizza la sigillatura dei componenti, l’EVA diviene trasparente e si eliminano dall’interno della stratificazione l’aria e il vapore contenuti tra gli interstizi in modo da evitare possibili processi di corrosione. Realizzato il laminato il modulo è completato da cornici di alluminio, anche se le recenti realizzazioni propendono per soluzioni prive di cornice, che sono più leggere e preferite in campo architettonico. Nella parte posteriore del modulo fotovoltaico è collegata la scatola di giunzione per i collegamenti elettrici necessari per l’installazione.

Costruzione di un modulo fotovoltaico (fonte: catalogo della Schϋco International)

Il generatore fotovoltaico • Cella fotovoltaica: elemento base del

generatore fotovoltaico, è costituita da materiale semiconduttore opportunamente trattato mediante “drogaggio”, che converte la radiazione solare in elettricità.

• Modulo fotovoltaico: insieme di celle fotovoltaiche collegate tra loro in serie o in parallelo, così da ottenere valori di tensione e corrente adatti ai comuni impieghi. Nel modulo le celle sono protette dagli agenti atmosferici da un vetro sul lato frontale e da materiali isolanti e plastici sul lato posteriore.

• Pannello fotovoltaico: insieme di più moduli, collegati in serie o in parallelo, in una struttura rigida.

• Stringa: insieme di moduli o pannelli collegati elettricamente in serie fra loro per ottenere la tensione di lavoro del campo fotovoltaico.

• Generatore fotovoltaico: generatore elettrico costituito da uno o più moduli, pannelli, o stringhe fotovoltaiche.

Schema di un generatore fotofoltaico(illustrazione presa da A.Magrini, D.Ena, Tecnologie solari attive e passive, ed. EPC libri, Roma, 2002, pag.87)

Centrale fotovoltaica di Vulcano. L’impianto realizzato dall’ENEL produce una potenza di 80 kW. (Fonte: catalogo ENEL)

Cenni di geometria solare

• Le prestazioni di un generatore fotovoltaico dipendono dalle condizioni di insolazione locali quindi per la progettazione di un impianto fotovoltaico è necessario conoscere alcuni parametri che definiscono i percorsi che il Sole descrive nei diversi periodi dell’anno al fine di determinare la potenza di energia solare incidente su una superficie inclinata con un certo angolo, con un certo orientamento e in un determinato sito.

• Latitudine del sito Φ: è l’angolo formato dalla retta congiungente il sito con il centro della terra e dal piano equatoriale.

• Azimut solare α: è l’angolo formato dalla proiezione sul piano orizzontale della congiungente sole-terra nel sito di riferimento con il semiasse sud. α = 0 quando le due rette coincidono; α > 0 quando il sole è verso est; α < 0 quando il sole è verso ovest.

• Altezza solare β: l’angolo di altezza solare o elevazione solare β è l’angolo formato dalla congiungente sole-terra nel sito di riferimento con il piano orizzontale. L’altezza solare a mezzogiorno al solstizio d’estate βmax = (90° – Φ) + 23,45°; l’altezza solare al solstizio d’inverno βmin = (90° – Φ) – 23,45°

• Azimut superficiale del piano γ: è l’angolo formato dalla proiezione sul piano orizzontale della normale alla superficie in oggetto con il semiasse sud.

• Inclinazione della superficie in oggetto Ψ: èl’angolo formato dalla superficie in oggetto con il piano orizzontale del luogo in cui ci si trova.

α

β

γ

ψ

Parametri angolari per la definizione della posizione di una superficie nello spazio.

Valori della radiazione solare media giornaliera mensile [kWh/m²/giorno] incidente su una superficie piana inclinata e orientata per le città di Venezia e Trapani

L’integrazione dei sistemi fotovoltaici in architettura

Gli interventi di integrazione dei sistemifotovoltaici negli edifici si possono distinguere in tre categorie a seconda di quale è l’oggetto dell’intervento:• interventi retrofit si definiscono quando il sistema fotovoltaico è integrato nella struttura di un edificio esistente. Sono interventi complessi perché non sempre sono soddisfatti tutti i requisiti che garantiscono un’ottima collocazione della superficie dell’impianto. Inoltre tali interventi spesso rendono difficile l’integrazione dell’impianto con la struttura dell’edificio esistente e quindi ènecessario intervenire impiegando telai autonomi da addossare all’edificio.• integrazione su nuovi edifici si definisce quando il sistema fotovoltaico è integrato alla struttura di un edificio che deve essere costruito, in questo caso è possibile curare contemporaneamente gli aspetti impiantistici ed estetici del progetto. • integrazione su elementi di arredo urbano si definisce quando il sistema fotovoltaico è integrato alla struttura di elementi che appartengono all’arredo urbano che possono essere ad esempio lampioni stradali, percorsi pedonali coperti, pensiline per il ricovero di biciclette.

Particolare costruttivo di un intervento retrofit.(Illustrazione presa da F.Groppi, C.Zuccaro, Impianti solarifotovoltaici…, ed. Utet, Milano, 2002, pag.64)

Modalità di integrazione del sistema fotovoltaico in architettura

Queste tre categorie di integrazione possono essere realizzate attraverso le seguenti modalità:

1. Integrazione in facciata: questa modalità di integrazione si suddivide a sua volta in:1a. Integrazione in facciata verticale continua1b. Integrazione in facciata verticale non continua1c. Integrazione con moduli inclinati su facciata verticale1d. Integrazione su facciata inclinata

2. Integrazione in copertura: questa modalità di integrazione a sua volta si suddivide in:2a. Integrazione su copertura a falde inclinate2b. Integrazione su copertura piana2c. Integrazione di stringhe inclinate su copertura piana2d. Integrazione di shed su copertura piana2e. Integrazione in coperture curve

3. Integrazione nei dispositivi di controllo solare

4. Integrazione in strutture per l’arredo urbano

5. Integrazione negli spazi correlati alle grandi vie di comunicazione

1a. Integrazione in facciata verticale continua

• Comprende tutti gli interventi in cui il fotovoltaico è integrato su una facciata verticale in un unico piano rispetto alle parti di prospetto non interessate dall’intervento.

• In questo caso si ricorre spesso a un unico sistema strutturale per la facciata, nel quale siano impiegabili sia pannelli con vetrocamera sia i moduli fotovoltaici, senza particolari gerarchie formali tra rivestimento e finestre.

• Elevata flessibilità progettuale e notevoli valenze estetiche con potenziale caratterizzazione grafica della facciata.

• Funzione di schermatura parziale ai raggi solari.

• Diminuzione del carico termico all’interno dell’edificio.

• Ampia disponibilità di superfici.• Facilità di pulizia utilizzando i sistemi di

manutenzione convenzionali.• Rigidità di inclinazione e orientamento dei

moduli.• Possibilità di standardizzazione degli elementi

fotovoltaici.• Negli interventi retrofit che prevedano la

sovrapposizione della superficie fotovoltaica all’involucro esistente occorre prevedere un’intercapedine per la retroventilazione dei moduli, indispensabile per il corretto funzionamento del sistema.

Sede principale amministrativa della Scüco International. Fonte: catalogo Schüco International

Sezione di facciata della sede principale amministrativa della Scüco International. Le linee vengono inserite in apposite canaline. Fonte: catalogo Schüco International

1b. Integrazione in facciata verticale non continua

• Per motivi strutturali, funzionali o estetici alcune volte non è possibile inserire in modo continuo i moduli fotovoltaici all’interno di una facciata.

• Questa modalità di intervento prevede la collocazione dei moduli fotovoltaici a nastro, nelle fasce orizzontali non occupate da finestre.

• L’aspetto dell’edificio è scandito dall’alternanza di finestre e moduli fotovoltaici e questo contrasto spesso si può riflettere nell’interruzione della continuità strutturale tra superficie fotovoltaica e involucro.

• In questo caso i moduli sono dotati di una propria intelaiatura addossata all’involucro dell’edificio. Quest’ultima variante è tra le più usate per gli interventi retrofit o per gli edifici di nuova costruzione di tipo tradizionale.

• Possibili prestazioni di tipo bioclimatico dei moduli fotovoltaici (elementi frangisole e pareti ventilate).

• Limitata disponibilità di superfici.• Rigidità di inclinazione e orientamento dei

moduli fotovoltaici.• Possibilità di standardizzazione degli elementi

fotovoltaici.

Residenze Bedzed a Sutton, Londra, Inghilterra. Fonte: rivista Costruire n.89/2002.

1c. Integrazione con moduli inclinati su facciata verticale

• Questa modalità di intervento garantisce una buona efficienza del fotovoltaicodovuta all’inclinazione dei moduli che offrono una migliore accessibilità alla radiazione solare.

• Più efficiente retroventilazione dei moduli rispetto alle soluzioni perfettamente verticali.

• Funzione di frangisole.• Complessità di costruzione della facciata

continua.• Potenziali problemi di pulizia.• In una facciata con esposizione favorevole

e in parte o totalmente priva di finestre sarebbe ideale prevedere un sistema di facciata composto da due pareti: una interna, a perfetta tenuta dagli agenti atmosferici, ed una esterna costituita da moduli fotovoltaici opachi agganciati ad una opportuna struttura di supporto sagomata in modo tale da consentire l’inclinazione dei moduli fotovoltaici rispetto al piano orizzontale.

Moduli fotovoltaici inclinati sulla facciata verticale di una abitazione in Giappone. Fonte: rivista Fotovoltaici n.3/2001

Schema tipo di integrazione dei moduli fotovoltaici inclinati su facciata verticale.

(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. FrancoMuzzio, Roma, 2002, pag.79)

1d. Integrazione su facciata inclinata

• I moduli fotovoltaici sono integrati nel prospetto dell’edificio, che si inclina rispetto al piano orizzontale per aumentare la superficie esposta alla captazione solare.

• Quindi elevata produzione energetica dovuta all’inclinazione.

• Una soluzione interessante dal punto di vista della qualità integrativa è quella della sostituzione degli elementi di rivestimento della facciata inclinata con i moduli fotovoltaici. Quando la parete non presenta aperture o impedimenti è possibile progettare l’installazione dei moduli fotovoltaici in modo omogeneo. Tutti gli elementi fotovoltaici andranno ancorati alla stessa sottostruttura concepita per sostenere il rivestimento.

• Per tali ragioni questa modalità integrativa consente una possibile standardizzazione dei prodotti fotovoltaici.

• Questa soluzione, di più facile realizzazione in interventi ex novo, è spesso abbinata all’uso di moduli semitrasparenti che consentono l’ingresso della luce naturale, evitando fenomeni di abbagliamento.

Solar Fabrik, Friburgo. Impianto fotovoltaico:potenza 56 kWp(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. Franco Muzzio, Roma, 2002, pag.152)

Solar Fabrik, veduta dell’interno.(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. Franco Muzzio, Roma, 2002, pag.152)

Solar Cafè a Kirchzarten (D). Particolare della facciata fotovoltaica inclinata. Fonte: catalogo Photowat

Schema tipo di integrazione dei moduli fotovoltaici su facciata inclinata.(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. Franco Muzzio, Roma, 2002, pag.77)

t

2a. Integrazione su copertura a falde inclinate

• Questa è una delle forme più comuni ed economiche di integrazione quando la copertura dell’edificio abbia requisiti favorevoli.

• I moduli possono essere ciechi e sostituire semplicemente il manto di copertura o essere semitrasparenti, assolvendo quindi la funzione di lucernai (impianto fotovoltaico a tetto-luce) per l’illuminazione naturale dell’interno.

• Rigidità di orientamento.• Elevati standard di integrazione.• Rilevanti valenze architettoniche ed

estetiche.• Discreta incidenza sul costo di costruzione.

Il Museo dei bambini a Roma con l’impianto fotovoltaico sulle falde del tetto. Fonte: rivista Fotovoltaici n.3/2001

Schema tipo di integrazione di moduli fotovoltaici su copertura a falde inclinate(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. Franco Muzzio, Roma, 2002, pag.52)

Vista dell’interno del Centro Nazionale di Educazione Ambientale a Boxtel – (NL)(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. Franco Muzzio, Roma, 2002, pag.157)

Esempio di intervento retrofit.(Illustrazione presa da F.Groppi, C.Zuccaro, Impianti solarifotovoltaici…, ed. Utet, Milano, 2002, pag.64)

Moduli fotovoltaici integrati nella copertura a falda inclinata(Illustrazione presa da F.Groppi, C.Zuccaro, Impianti solari fotovoltaici…, ed. Utet, Milano, 2002, pag.65)

Schema tipo di integrazione di moduli fotovoltaici sopra la copertura a falde inclinate.(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. FrancoMuzzio, Roma, 2002, pag.52)

Schema tipo di integrazione di moduli fotovoltaici nella copertura a falda inclinata.(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. FrancoMuzzio, Roma, 2002, pag.49)

2b. Integrazione su copertura piana• Questa tipologia di integrazione consiste nella

sostituzione totale o parziale della copertura piana con un telaio sul quale vengono posizionati i moduli fotovoltaici.

• Si prevede l’utilizzo di moduli “doppio vetro” semitrasparenti alternati a lastre trasparenti.

• Benefici dovuti alla parziale penetrazione della luce naturale del giorno

• Possibilità di installazione su edifici di nuova realizzazione

• Utilizzo non ottimale dell’energia solare a causa della mancanza di inclinazione dei moduli

• Potenziali problemi dovuti all’eventuale accumulo di neve ed alla difficoltà di deflusso delle acque

• Si richiede il requisito della tenuta stagna• Diminuzione dell’efficienza dei moduli

proporzionalmente all’aumento della superficie trasparente tra le celle di silicio

• Aumento dei costi di condizionamento dell’edificio dovuto alla maggiore trasmissione di calore dei moduli semitrasparenti

Academy of Further Education a Herne in Germania.(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. FrancoMuzzio, Roma, 2002, pag.129)

Schema tipo di integrazione di moduli fotovoltaicisu copertura piana(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. Franco Muzzio, Roma, 2002, pag.57)

2c. Integrazione di stringhe inclinate su copertura piana

• Consiste nel collocare su coperture piane strutture metalliche o in muratura di supporto per i moduli, inclinate in modo ottimale rispetto all’orbita solare.

• Questi elementi non interrompono la continuità del solaio di copertura, quindi i moduli non sostituiscono parti della copertura né possono essere utilizzati per realizzare lucernai semitrasparenti.

• Questa è una delle soluzioni più economiche per le installazioni retrofit.

• Indipendenza del sistema fotovoltaico dalla struttura dell’edificio.

• Buona ventilazione dei moduli fotovoltaici.• Facilità di montaggio dell’impianto e costi di

installazione relativamente bassi.• Utilizzo ottimale dell’energia solare grazie alla

libertà di inclinazione ed orientamento dei moduli.

• Modeste valenze architettoniche.• Potenziali limitazioni dovute alla presenza di

altri impianti o parapetti sulla copertura.

Sede della Godecke AG: il primo impianto fotovoltaicosu un edificio aziendale della città di Friburgo. Fonte: rivista Fotovoltaici n.4/2001

Schema tipo di integrazione di stringhe fotovoltaiche inclinate su copertura piana(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. FrancoMuzzio, Roma, 2002, pag.55)

2d. Integrazione di shed su copertura piana

• Questo tipo di integrazione consiste nel realizzare una copertura a dente di sega su cui collocare moduli semitrasparenti o opachi.

• Se si utilizzano moduli fotovoltaici opachi, la superficie opposta del profilo è spesso vetrata per consentire comunque l’ingresso della luce naturale.

• Questa soluzione viene scelta sia negli interventi ex-novo che retrofit.

• Grande compatibilità tra la tipologia edilizia e l’installazione dell’impianto fotovoltaico.

• Buona produzione energetica dovuta. all’inclinazione dei moduli.

• Limitati problemi di installazione.

Particolare dell’interno della nuova sede del Fraunhofer Institute a Friburgo in Germania. Fonte: rivista Fotovoltaici n.4/2001

Schema tipo di integrazione di impianto fotovoltaico su copertura a shed.(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. FrancoMuzzio, Roma, 2002, pag.61)

2e. Integrazione in coperture curve

• I moduli fotovoltaici vengono integrati nel sistema strutturale di coperture a sezione curvilinea.

• In questo tipo di integrazioni ogni stringa contribuisce in modo autonomo alla produzione energetica in quanto caratterizzata da diversa inclinazione e quindi diversa esposizione al sole.

• Si richiede il requisito della tenuta stagna.• Rigidità di orientamento.• Discreta incidenza sul costo di costruzione.

Galleria Messe-Essen in Germania. Vasta copertura di 2500 m² alla quale è integrato un generatore di 207 kWp. Fonte: catalogo Eurosolare

Cinema multisala alimentato da un impianto fotovoltaico da 45 kWp a Tortona. L’ampia superficie fotovoltaica si presenta come un grande pannello ricurvo composto da più moduli. Fonte: rivista Fotovoltaici n.3/2003

Schema tipo di integrazione di impianto fotovoltaico su copertura curva.(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. Franco Muzzio, Roma, 2002, pag.65)

3. Integrazione nei dispositivi di controllo solare

• Un altro modo di integrazione dei sistemi fotovoltaici negli edifici è quello di integrare i moduli negli aggetti e dispositivi frangisole, collocati a protezione delle finestre.

• I moduli in questo caso sono svincolati dalla facciata retrostante e si possono quindi predisporre secondo l’inclinazione ottimale per la captazione dell’energia solare.

• Sono minori i rischi di surriscaldamento dei moduli che possono mantenere prestazioni elevate in termini di efficienza anche nei mesi estivi.

• Possibilità di rotazione automatizzata dei moduli in modo da incrementare la captazione solare , soluzione difficilmente applicabile nelle integrazioni negli involucri degli edifici.

• Vantaggi economici: la funzione di contollo solare e di supporto per il dispositivo solare ed eventualmente di protezione dalle intemperie vengono assolte da un unico dispositivo che può essere preassemblato in fabbrica, diminuendo i costi finali di installazione.

• I dispositivi solari possono essere previsti sia in interventi di nuova costruzione sia negli interventi retrofit.

• L’impatto estetico dei frangisole fotovoltaici è notevole in termini cromatici e per la dinamica delle ombre che introduce nel prospetto. Possono quindi rappresentare una possibilità di riqualificazione degli edifici su cui vengono installati.

Case ad Amersfoort, Amsterdam, Olanda. Fonte: rivista Costruire n.89/2002

Dispositivi fotovoltaici frangisolemotorizzati applicati sulla copertura del Paul Lobe House a Berlino in Germania.(illustrazione presa da M.Spagnolo, Il sole nella città…, ed. Franco Muzzio, Roma, 2002, pag.154)

4. Integrazione in strutture per l’arredo urbano• I moduli fotovoltaici trovano applicazione

anche per la realizzazione di strutture accessorie degli edifici come componenti per l’illuminazione degli spazi esterni, pensiline fotovoltaiche per il ricovero delle biciclette, in particolare nella variante semitrasparente.

• I moduli fotovoltaici semitrasparenti comunicano una sensazione di leggerezza, particolarmente consona all’integrazione in strutture essenziali come zone di sosta e passaggi pedonali coperti, pur garantendo un’efficace protezione dal sole e dalle intemperie.

Tipologia di pensilina fotovoltaica per il ricovero delle biciclette completa di telaio per sostenere n. 2 lampade fluorescenti per illuminazione notturna. Fonte: catalogo Eurosolare.

Esempio di pensilina fotovoltaica pedonale.

5. Integrazione negli spazi correlati alle grandi vie di comunicazione

• L’unica forma di impatto ambientale dei sistemi fotovoltaici è l’occupazione di ampie porzioni di spazio, che quindi dovrebbero essere sottratte ad altre destinazioni d’uso.

• Una alternativa promettente è l’utilizzo dei moduli fotovoltaici su scala più vasta, sfruttando per l’installazione delle superfici fotovoltaiche quegli spazi asserviti alle grandi vie di comunicazione, apparentemente ridotti e privi di interesse pratico, ma che nel loro insieme potrebbero costituire una risorsa preziosa, se sfruttati per l’installazione di sistemi fotovoltaici.

• Questo è il caso ad esempio della parte superiore delle barriere antirumore che costeggiano autostrade o arterie a scorrimento veloce o le fasce di rispetto dei percorsi ferroviari.

Esempio di barriera antirumore fotovoltaica(Illustrazione presa da F.Groppi, C.Zuccaro, Impianti solari fotovoltaici…, ed. Utet, Milano, 2002, pag.69)

Costi, contributi, risparmio energetico e periodo di ammortamento del costo di un impianto fotovoltaico

• Esempio: impianto da 3kWp ≈ 30 m² di generatore fotovoltaico• Il costo dell’impianto fotovoltaico Cimp [€] è dato dall’espressione:

Cimp = Cpv · Ppv = 7230 [€/kWp] · 3 [kWp] = 21690 [€]

• Da fonti ENEA (Ente Nazionale Energie Alternative) un impianto di 1 [kWp] installato nella pianura padana, rende annualmente circa 950 [kWh/anno], quindi un impianto da 3 [kWp] produce ogni anno:

Ppv anno = 3 · 950 [kWh/anno] = 2850 [kWh/anno]• Il costo dell’energia elettrica è ad oggi di 0.18 [€/kWh], pertanto un impianto

fotovoltaico da 3 [kWp] permette un risparmio energetico annuo:Renerg anno = Ppv anno · 0,18 [€/kWh] = 2850 [kWh/anno] · 0,18 [€/kWh] =

= 513 [€/anno] • Il numero di anni necessario per ammortizzare il costo dell’impianto è:

N = Ceff imp / Renerg anno = 7592 [€] / 513 [€/anno] = 14,7 anni ≈ 15 anni

= 7592 [€]Costo effettivo dell’impianto Ceff imp

21690 [€] · 0.75 = - 16267 [€]Contributo regionale del 75% sul Cimp

= 23859 [€] Costo totale Cimp tot

+ 2169 [€]IVA (10%)

+ 21690 [€]Costo impianto Cimp

Riferimenti bibliograficiEmilio Cometta, L’energia solare, utilizzazione ed impieghi pratici, ed. Delfino, Milano, 1984.Cianciullo, Gallo, Costruire con il sole, ISES Italia, 1995.Francesco Groppi, Carlo Zuccaro, Impianti solari fotovoltaici a norme CEI, guida per progettisti ed installatori, ed. Utet, Milano, 2000.Niccolò Aste, Il fotovoltaico in architettura, l’integrazione dei sistemi a energia solare negli edifici, ed. Esselibri, Napoli, 2002.Mauro Spagnolo, F.P. Vivoli, L’integrazione dei sistemi fotovoltaici nell’edilizia e nelle infrastrutture urbane, ISES Italia, 1999. Mauro Spagnolo, Il sole nella città, l’uso del fotovoltaico nell’edilizia, ed. Franco Muzio, Roma, 2002.Anna Magrini, Daniela Ena, Tecnologie solari attive e passive, ed. EPC Libri, Roma, 2002.Friedrick Sick and Thomas Erge, Photovoltaics in building, IEA 1996.T. Herzog, Solar Energy in Architecture and Urban Planning, ed. Prestel, Monaco, 1996.O. Humm, P. Toggweiler, Photovoltaik und Architekten, ed. Birkhauser Verlag, Basel (CH), 1993.Atti del convegno nazionale Solar Expo 2002 sulle energie rinnovabili e alternative, 23 - 26 maggio 2002.Riviste: Fotovoltaici, Photon International, Refocus, Renewables Energy World.

Sito del centro di ricerca JRC (Joint Research Centre) ad ISPRA (Va)www.jrc.it

Portale sul fotovoltaicowww.pvpower.com

Sito del ministero dell’ambiente e della tutela del territoriowww.minambiente.it

Sezione italiana dell’ International Solar Energy Societywww.isesitalia.it

Parco scientifico e tecnologico per l’ambientewww.envipark.com

Enea ente di diritto pubblico operante nei campi della ricerca edell’innovazione per lo sviluppo sostenibile promuove la ricerca in tema di energia, ambiente e innovazione tecnologica nel quadro dei programmi di ricerca nazionali, dell’Unione Europea e di altre organizzazioni internazionali.

www.enea.it

Aziende produttrici Descrizione azienda e prodotto

Antec SolarPaβburg – Str. 199334 Arnstadt – RudislebenGermaniaTel.: 0049 / 03628 5898 600Fax: 0049 / 03628 5898 699

Sito Web: www.antec-solar.deE-mail: [email protected]

AseCarl Zeiss Straβe 463755 Alzenau GermaniaTel.: 0049 / 06023 91 1712Fax: 0049 / 06023 91 1700

Sito Web: www.ase-international.comE-mail:

[email protected]

BP SolarMilanofioriPalazzo E/5 Strada 620090 MilanoItaliaTel.: 0039 / 02 82274269Fax: 0039 / 02 57511959

Sito Web: www.bp.comE-mail: [email protected]

L’azienda produce moduli fotovoltaici (BP 275 e BP 585) contenenti 36 celle fotovoltaiche in silicio monocristallino, connesse in serie, per un’area di circa 0.6m². I moduli sono disponibili in due versioni come semplici laminati, oppure incorniciati con profili di alluminio anodizzato. Lo speciale vetro protettivo di 3mm di spessore garantisce un’alta trasmissività rispetto alla radiazione solare incidente. Inoltre la disposizione sul retro di sistemi di affrancatura metallica ne agevola il montaggio e la messa in opera.

L’azienda produce celle fotovoltaiche in silicio policristallino di dimensioni variabili (125x125 mm, 100x150 mm, 100x100 mm).

Azienda specializzata nella progettazione fornitura ed installazione di ogni tipo di impianto solare termico e fotovoltaico.

Aziende che producono e commercializzano celle e modulifotovoltaici in Italia ed Europa.

Aziende produttrici Descrizione azienda e prodotto

EurosolareSede italiana: Via A. D’Andrea 600048 Nettuno – RomaItaliaTel.: 0039 / 06 98560300Fax: 0039 / 06 98560234

Sito Web: www.eurosolare.itE-mail: [email protected]

Helios Technology srlVia Postumia 1135010 Carmignano di Brenta –Padova - ItaliaTel.: 0039 / 049 9430288Fax: 0039 / 049 9430323

Sito Web: www.heliostechnology.comE-mail: [email protected]

PhotowattRue Saint-Honorè 33ZI ChampfleuriPalazzo E/5 Strada 638300 Bourgoin JallieuFranciaTel.: 0033 / 04 7493 8020Fax: 0033 / 04 7493 8040

Sito Web: www.photowatt.comE-mail: [email protected]

Eurosolare produce celle sia in silicio monocristallino che in silicio policristallino di dimensioni 102.5x102.5 mm e 125x125 mm. I moduli fotovoltaici hanno dimensioni variabili a seconda della potenza di picco generata, cioè vanno da un minimo di 540x440x57 mm ad un massimo di 1600x800x57 mm.

L’azienda produce moduli fotovoltaici costituiti da 38 celle ad alta efficienza (165x24 mm) in silicio monocristallino. Le celle sono laminate in modo permanente tra fogli di EVA, vetro temperato e tedlar® bianco in modo da offrire una protezione contro la penetrazione di umidità e corrosione salina. Il vetro temperato è fissato ad una cornice in alluminio con silicone che assicura una efficace protezione contro sollecitazioni meccaniche ed ambientali.

Photowatt produce moduli in silicio policristallino dello spessore di circa 0.2 mm. Le celle sono incapsulate tra due lastre di vetro temperato aventi un alto coefficiente di trasmissione luminosa. I moduli sono supportati da una cornice di alluminio anodizzato che permette un montaggio più facile del pannello. Le dimensioni del pannello vanno da un minimo di 1042x462x 39 mm fino ad un massimo di 1380x710x70 mm.

Moduli fotovoltaici prodotti dalla Photowatt. Fonte: catalogo Photowatt.

Aziende produttrici Descrizione azienda e prodotto

Shell SolarFloris Grijpstraat 22596 XE The HagueThe NetherlandsFax: 0031 / 70 377 2900

Sito Web: www.shell-renewables.comE-mail: [email protected]

SIEMENS Solar GmbHPostfach 46 07 0580915 MonacoGermaniaTel.: 0049 / 89 636 59158Fax: 0049 / 89 636 59173

Sito Web: www.siemenssolar.comE-mail: [email protected]

Solar FabrikMunzinger str. 10D- 79111 FreiburgGermaniaTel.: 0049 / 761 40000Fax: 0049 / 761 4000199

Sito Web: www.solar-fabrik.deE-mail: [email protected]

L’azienda produce il modulo SM 110, un pannello fotovoltaico costituito da 72 celle in silicio monocristallino. Le sue dimensioni lo rendono flessibile ed adatto per applicazioni in facciata e in copertura. Una variante del prodotto utilizza un foglio di polimero trasparente EVA sul lato posteriore del modulo, in questo modo la luce incidente sul lato anteriore può filtrare tra gli interstizi delle celle ed illuminare spazi o ambienti che usino il pannello fotovoltaico come elemento d’involucro.

L’azienda produce moduli fotovoltaici

da 36 o da 72 celle in silicio monocristallinodi dimensioni rispettivamente 100x100 mm e 125x125 mm. La potenza di picco generata varia a seconda del modulofotovoltaico considerato e va da 75 a 140 Watt di picco.

L’azienda produce il modulo fotovoltaicodenominato Solar-Fabrik SF 115 costituito da 36 celle in silicio monocristallino di dimensioni di 150x150 mm e ha una potenza di 115 Watt di picco. Il modulo ha dimensione di 1476x660 mm, è garantito nei confronti delle dilatazioni termiche grazie alla collocazione di fogli di acetato vinile etilenico (EVA) interposti tra le celle. Il modulo sulla parte anteriore impiega un vetro temprato di copertura che ha anche funzioni protettive nei confronti di influenze meccaniche di qualsiasi tipo.

(SP140, SM110-24, SM55, SP75) costituiti

Aziende produttrici Descrizione azienda e prodotto

Uflex srlSede italiana: Via Milite Ignoto 8a16012 Busalla GenovaItaliaTel.: 0039 / 010 96201Fax: 0039 / 010 9620333

Sito Web: www.ultraflexgroup.itE-mail: [email protected]

Wurth Elektronik GmbH & Co.KGSalzstrasse 21D- 74676 NiedernhallGermaniaTel.: 0049 / 079 409460Fax: 0039 / 079 40946400

Sito Web: www.wuerth-elektronik.deE-mail: [email protected]

L’azienda produce moduli fotovoltaici in silicio

a falda. Il supporto del componente è rappresentato da una lamina d’acciaio risvoltata sui lati longitudinali in modo che le pieghe garantiscano l’irrigidimento del componente e permettano un’efficace giunzione dello stesso con quelli attigui. Il silicio amorfo viene impiegato secondo la tecnologia della tripla giunzione, viene cioè depositato sul supporto in un’unica cella di grandi dimensioni in tre strati sovrapposti. Il tutto viene poi rivestito da una pellicola sintetica in Tefezel®.

L’azienda produce moduli fotovoltaici costituiti da 72 celle in silicio monocristallino. Ogni modulo è un laminato costituito da diversi strati sovrapposti (lastra di vetro temprato spessore 3 mm, un primo foglio Eva, 72 celle fotovoltaiche, un secondo foglio EVA e un foglio di tedlar sul retro), il tutto incorniciato da un profilo in alluminio che assicura un agevole montaggio e una facile messa in opera. Ogni modulo ha un peso di circa kg 11, ha dimensioni 1310x652x33.8 mm ed è in grado di generare una potenza di 110 Wp.

amorfo che consistono in lastre di copertura per tetti

Celle fotovoltaiche colorate. Fonte: catalogo della Uflex srl

La Uflex s.r.l. distribuisce in Italia i moduli fotovoltaici monocristallini che utilizzano celle colorate disponibili nei colori: blu marina, rosso mattone, rosso magenta, verde, bronzo chiaro, grigio e argento. L’efficienza dei moduli realizzati con celle monocristalline colorate, seppur più bassa rispetto a celle non colorate, può raggiungere valori compresi tra il 12.2% nel caso di celle rosse ed il 14.3% nel caso di celle blu chiaro.

Fornitori di impianti ed installatori italiani

Descrizione azienda e prodotto

Anit srlVia Borzoli 79 C16153 Genova-SestriItaliaTel.: 0039 / 010 164824Fax: 0039 / 010 16520140

E-mail: [email protected]

Dea srlVia A. Garibaldi 2235010 Giulianello di Cori Latina - ItaliaTel.: 0039 / 06 9665265Fax: 0039 / 06 9665265

Sito Web: www.deasrl.itE-mail: [email protected]

Electro SolarVia Bellini 1535010 Carmignano di BrentaPadova - ItaliaTel.: 0039 / 049 5957254 Fax: 0039 / 049 5957254

Sito Web: www.electrosolar.itE-mail: [email protected]

Dea srl distribuisce per l’Italia i moduli fotovoltaici Kyocera costituiti da celle in silicio policristallino. Le celle sono incapsulate tra una copertura di vetro temperato e uno strato di EVA con un foglio posteriore di PVF-PET-PVF per garantire la massima protezione contro le più severe condizioni ambientali. L’intero laminato è inserito in una cornice di alluminio anodizzato. Le dimensioni dei moduli vanno da un minimo di 635x352 mm (KS 20) ad un massimo di 1290x990 mm (KC 167).

Electrosolar distribuisce in esclusiva per l’Italia i moduli fotovoltaici Isofoton realizzati con celle in silicio monocristallinoe con potenze che vanno da 5 a 165 Watts di picco. Tutti i moduli sono omologati dall’Ente di Certificazione Tedesco TÜV. La gamma dei prodotti Electrosolar include anche componenti quali regolatori di carica, lampade e frigoriferi a basso consumo, inverters, lampioni fotovoltaici, sistemi collegati alla rete, pompe solari per il sollevamento dell’acqua e generatori eolici.

Società specializzata nella progettazione

impianto solare termico e fotovoltaico.fornitura ed installazione di ogni tipo di

Lampione stradale fotovoltaico (fonte: catalogo Dea srl)

I moduli fotovoltaici installati sul palo sono collegati a degli accumulatori che rendono il sistema completamente autonomo e quindi ideale per evitare onerosi costi di scavo necessari per portare le linee elettriche nelle aree da illuminare.

Fornitori di impianti ed installatori italiani

Descrizione azienda e prodotto

Gechelin GroupVia Ticino 1636016 Thiene - VicenzaItaliaTel.: 0039 / 0445 380050Fax: 0039 / 0445 381020

Sito Web: www.gechelin.comE- mail: [email protected]

SEI sistemi energetici integratiVia San Jacopo 3259100 Prato (PO)ItaliaTel.: 0039 / 0574 605415Fax: 0039 / 0574 39601

Sito Web: www.sei-sist.itE-mail: [email protected]

SE-PROJECTVia Tasca 12935010 San Pietro in Giù (PD) ItaliaTel.: 0039 / 049 9455688Fax: 0039 / 049 9459644

Sito Web: www.se-project.itE-mail: [email protected]

L’azienda fornisce moduli fotovoltaici per integrazione architettonica (vetro/vetro e/o vetro/tedlar) per facciate continue, barrierefrangisole, integrazione in facciata con dimensioni massime di 1500x2700 mm. I moduli sono composti da 36 celle monocristalline o policristalline, sono progettati e costruiti in accordo con le norme e specifiche IEC 1215 ed EN 61215 e dotati di marchio CE. Ogni modulo è rifinito con una robusta cornice di alluminio anodizzato preforata.

Dal 1999 SEI è distributrice nazionale di BP Solar, uno dei maggiori produttori mondiali di moduli fotovoltaici, ed è rappresentante per l’Italia di GT Solar, nota società statunitense per le sue linee di produzione di celle e moduli fotovoltaici. La società è dal 1997 certificata UNI EN ISO 9001 ed è titolare di molti brevetti nazionali ed europei. La SEI collabora attivamente ai programmi di ricerca dell’Unione Europea.

La Gechelin Group è nata nel 1980. Dal 1994 certificata UNI EN ISO 9001 per il seguente campo applicativo: progettazione, costruzione ed installazione di apparecchiature di controllo e regolazione, accessori, componenti e sistemi “Chiavi in mano” per il settore fotovoltaico. Inoltre è distributrice nazionale di Photowatt azienda francese produttrice di celle e moduli fotovoltaici.

(scheda a cura di Luca Siragusa, dicembre 2003)