Fotovoltaico integrato: un’opportunità per la crescita del solare, anche sugli edifici storici

Indice degli argomenti:

• Fotovoltaico integrato: potenzialità e sfide
• Cos’è il BIPV
• SOTTILE, una soluzione innovativa italiana
  • Dalla ricerca alla pratica commerciale
• Le quote di mercato del fotovoltaico integrato

Il fotovoltaico integrato può contribuire alla transizione energetica, offrendo all’edilizia e all’architettura una tecnologia capace di fornire idee e soluzioni in grado di unire la necessità di produzione energetica pulita in edilizia all’esigenza di fornire più soluzioni di design per assolvere alle necessità progettuali, sia sulle nuove costruzioni sia per le ristrutturazioni.

A livello globale il mercato del Building integrated Photovoltaics (BiPV), stimato in 23,18 miliardi di dollari nel 2023, dovrebbe raggiungere una dimensione di 95,41 miliardi di dollari entro il 2030 (Fonte: Precedence Research).

Alle soluzioni presenti finora sul mercato se ne aggiunge una, nuova, tutta nel segno del made in Italy, che promette di andare a coprire una fetta importante di mercato, rispondendo alle esigenze specifiche degli edifici storici. È frutto del progetto di ricerca europeo Horizon 2020, HEART, sfociato poi nella creazione della startup italiana SOTTILE solar.

Fotovoltaico integrato: potenzialità e sfide

Come ha sottolineato Rocco Viscontini, presidente di Italia Solare, in occasione di un convegno dedicato, «le prospettive future per l’integrazione del fotovoltaico sono promettenti. Gli sviluppi nella tecnologia dei materiali e nelle tecniche di installazione potrebbero rendere l’integrazione solare una caratteristica standard negli edifici nuovi e ristrutturati. Inoltre, l’interesse crescente per la sostenibilità potrebbe spingere legislatori e progettisti a incoraggiare o richiedere l’integrazione solare nei codici edilizi».

Tuttavia non mancano le sfide: il costo iniziale dell’integrazione solare è più elevato rispetto ai sistemi solari tradizionali, ha evidenziato lo stesso Viscontini. La progettazione e l’integrazione richiedono una pianificazione accurata e una collaborazione tra architetti, ingegneri e installatori di impianti fotovoltaici.

Cos’è il BIPV

Il fotovoltaico integrato si riferisce all’integrazione dei moduli solari fotovoltaici negli elementi strutturali e architettonici degli edifici, come tetti, facciate o persino elementi vetrati. «L’obiettivo è creare un design architettonico che incorpori l’energia solare in modo armonioso, combinando funzionalità estetiche ed energetiche, consentendo agli edifici di generare energia solare in modo discreto e integrato», ha ricordato il presidente di Italia Solare.

Sono diverse le tecnologie presenti: dai moduli fotovoltaici integrati nelle coperture (tegole e pannelli per tetti piani) alle facciate o vetrate fotovoltaiche, ai moduli flessibili (film sottili) fino ai sistemi per l’ombreggiamento come le pergole fotovoltaiche.

«L’integrazione fotovoltaica negli edifici (BIPV) offre una serie di vantaggi significativi, che contribuiscono alla sostenibilità e alla riduzione dell’impronta ambientale degli edifici – ha illustrato ancora Viscontini -. Parliamo: di produzione di energia rinnovabile, di risparmio sui costi energetici, di utilizzo efficiente dello spazio e di estetica migliorata».

Il BIPV può essere uno strumento per il retrofit, può assicurare un incremento del valore dell’immobile e contribuire alla sostenibilità e responsabilità ambientale. La crescita, però, è frenata da costi tipicamente elevati rispetto ai moduli tradizionali, dalla limitata consapevolezza dei progettisti, dalla limitata disponibilità di soluzioni tecniche sul mercato, dalla mancanza di standardizzazione e da limitazioni estetiche.

SOTTILE, una soluzione innovativa italiana

Sul mercato ci sono, come detto, diverse tecnologie riguardanti il fotovoltaico integrato. Una soluzione tutta italiana che si sta affacciando proprio di recente è stata proposta dalla startup SOTTILE (SOlar Technological TILE), che ha ricevuto il premio Startup a Key – The Energy Transition Expo 2024.

Come spiega Claudio Del Pero, professore associato presso il Dipartimento di Architettura, Ingegneria delle Costruzioni e Ambiente Costruito del Politecnico di Milano e co-founder della startup, «la soluzione è nata nell’ambito del progetto europeo HEART (Holistic Energy and Architectural Retrofit Toolkit), coordinato dal Politecnico di Milano, conclusosi nel 2022.  Si tratta del frutto di un ulteriore sviluppo dell’idea originaria, già testata nell’ambito della ricerca. Ora abbiamo deciso di metterla sul mercato, apportando ulteriori miglioramenti tecnici».

SOTTILE è un sistema completo, formato da elementi componibili secondo la geometria e le dimensioni desiderate ed appositamente progettato per l’installazione su coperture a falda, in abbinamento con praticamente qualsiasi tipo di tegola. Può essere utilizzato, infatti, in sostituzione del manto in laterizio esclusivamente nelle porzioni destinate all’impianto solare, mentre le restanti porzioni del tetto possono essere rivestite con elementi tradizionali.

Dalla ricerca alla pratica commerciale

L’iniziativa intende, quindi, elevare il prodotto a scala commerciale. «L’obiettivo è andare a coprire una nicchia di mercato, proponendo questa soluzione per integrare il fotovoltaico su edifici esistenti, in particolare su tetti in tegole. L’ambito applicativo ideale è rappresentato dagli edifici esistenti, specie quelli storici, dove il fotovoltaico tradizionale sovrapposto alla copertura non risulta una soluzione adeguata».

L’esempio concreto è rappresentato proprio dall’intervento di rigenerazione del tetto di un edificio del Politecnico di Milano, costruito all’inizio del XX secolo (img di apertura). «L’idea è ricreare l’effetto tegola, con un impatto visivo molto ridotto – specifica il cofondatore di SOTTILE –. Questo sistema si adatta bene anche ai tetti irregolari, grazie ad un’elevata modularità e flessibilità», rileva ancora Del Pero.

Alla base del sistema c’è un substrato di plastica riciclata che garantisce la tenuta all’acqua e che si monta sugli stessi supporti delle tegole tradizionali, sovrapponendo poi dei laminati fotovoltaici color coppo o neri. Tali laminati utilizzano celle monocristalline con tecnologia half-cut. L’efficienza della versione nera è comparabile a quella di un modulo tradizionale (18-20%), mentre quella colorata è leggermente inferiore. I costi del sistema completo si aggirano intorno ai 150€/m², ovvero pari a circa 1000€/kW_p, garantendo, quindi, la competitività economica rispetto a soluzioni tradizionali non integrate.

Le quote di mercato del fotovoltaico integrato

Sulla base di un’analisi condotta dalla stessa SOTTILE si prevede che da qui al 2030 si dovranno installare circa 5 GW_p all’anno di fotovoltaico, di cui il 60% circa è costituito dal fotovoltaico su edifici. Di questa quota, la frazione del fotovoltaico integrato si prevede pari ad almeno il 2,5%.

«Ipotizzando di entrare in questo comparto pensiamo di poter inizialmente coprire una quota conservativa dell’1%, che si traduce in 300 – 750 kW_p all’anno, con una successiva crescita progressiva».

Il vantaggio offerto dalla tegola di SOTTILE riguarda la possibilità di integrare in modo ottimale la tecnologia fotovoltaica in tutte le tipologie di tetti in tegole, costituendo un’opportunità in più, specie nei tetti dove l’installazione di pannelli tradizionali può essere più complessa, per esempio nei tetti esistenti dove il substrato di appoggio non risulta perfettamente regolare e complanare.

Il prodotto è realizzato per buona parte direttamente dai partner di SOTTILE, appoggiandosi anche a una filiera made in Italy.

17/12/2021

Fotovoltaico in edilizia: è l’ora dei Building Integrated Photovoltaics (BIPV)

Aumentare lo sviluppo del fotovoltaico in edilizia è possibile grazie ai Building Integrated Photovoltaics, un’opportunità possibile già oggi, a livello tecnologico ed economico

Indice degli argomenti:

• Building Integrated Photovoltaics (BIPV): costi e benefici
• Fotovoltaico in edilizia per il retrofit e per le nuove costruzioni
• BIPV: la necessità di formare e informare
• Fotovoltaico in edilizia: gli sviluppi della ricerca

Il fotovoltaico in edilizia può essere la chiave di volta della transizione energetica, ma anche un modo per rendere il parco immobiliare più sostenibile.

Entro il 2050, il 70% della popolazione mondiale vivrà nelle città e sarà responsabile di oltre il 70% delle emissioni mondiali. Gli edifici utilizzano circa il 40% dell’energia globale, occorre puntare a costruirli e riqualificarli in modo che richiedano un fabbisogno quasi zero di energia, ma possano andare oltre: gli edifici possono crearne di più di quanta ne impiegano. Un obiettivo possibile che ha un nome: Building Integrated Photovoltaics (BIPV). È ben più che un’opzione, ma un trend di mercato in crescita.

Il fotovoltaico integrato negli edifici, spesso abbreviato in BIPV, è una fonte di energia rinnovabile in crescita.

“L’uso di pannelli solari integrati nell’edificio come materiale da costruzione e generatore di energia permette di ottenere edifici a energia netta zero, o anche progetti di edifici energy plus”. Lo ha scritto Hassan Gholami, ricercatore all’università norvegese di Stavanger che ha studiato la tecnologia BIPV come alternativa ad altri materiali da costruzione in Europa. Ha scoperto che la tecnologia è già diventata economicamente fattibile nella maggior parte dei paesi europei. Il prezzo complessivo sta scendendo di anno in anno, mentre la sua efficienza sta aumentando.

Edifici con fotovoltaico integrato nelle facciate possono essere “un’idea intelligente ed economicamente valida nella maggior parte delle regioni europee, anche nei paesi del nord come la Norvegia”, mette in luce la ricerca di Gholami.

In Australia, un’altra ricerca evidenzia come gli edifici della città di Melbourne potrebbero fornire il 74% del loro fabbisogno di elettricità se la tecnologia fotovoltaica fosse completamente integrata in tetti, pareti e finestre. Pubblicata sulla rivista Solar Energy, la ricerca, condotta dai membri dell’ARC Centre of Excellence in Exciton Science della Monash University, insieme ai collaboratori dell’Università di Lisbona, è la prima del suo genere al mondo a modellare la fattibilità e l’impatto del fotovoltaico integrato nelle finestre, insieme ad altre tecnologie solari, su scala cittadina.

Entrambi gli studi confermano quanto già il mercato sta recependo. Non è un caso che i BIPV siano attesi a una crescita significativa: Allied Market Research stima che il mercato del Building Integrated Photovoltaics, valutato 14 miliardi di dollari nel 2020 dovrebbe moltiplicare per sei nel 2030, arrivando a raggiungere gli 86,7 miliardi di dollari.

Building Integrated Photovoltaics (BIPV): costi e benefici

Il fotovoltaico in edilizia potrebbe fornire una possibilità concreta alle città di essere autosufficienti energeticamente. A partire proprio dai BIPV. Si possono definire i Building Integrated Photovoltaics come tutti quei sistemi e materiali fotovoltaici utilizzati per sostituire i materiali da costruzione convenzionali in parti dell’involucro dell’edificio come il tetto, i lucernari o le facciate e sistemi ombreggianti.

Come ha spiegato Francesco Paolo Lamacchia, presidente del Network Edifici a Consumo Zero, nel corso di un seminario organizzato da GBC Italia, essi “sono sempre più incorporati nella costruzione di nuovi edifici come fonte principale o ausiliaria di energia elettrica, sebbene gli edifici esistenti possano essere adattati con una tecnologia simile”.

Ha anche messo in evidenza i vantaggi del fotovoltaico integrato rispetto ai più comuni sistemi che non lo sono: il costo iniziale può essere compensato riducendo l’importo speso per i materiali da costruzione e la manodopera che normalmente sarebbero utilizzati per costruire la parte dell’edificio che i moduli BIPV vanno a sostituire.

Fotovoltaico in edilizia per il retrofit e per le nuove costruzioni

Non ci sono solo i BIPV. O meglio, il fotovoltaico in edilizia, integrato su tetti e facciate, può essere un’idea buona anche per le ristrutturazioni. Il metodo BAPV (Building Applied Photovoltaics) consiste nel montare i moduli sulle superfici esistenti tramite sovrapposizione una volta terminata la costruzione, come ad esempio durante un progetto di ristrutturazione energetica. Questo è l’approccio adottato per le soluzioni fotovoltaiche tradizionali.

Anche se possono essere pensati come retrofit, tuttavia il maggior valore dei sistemi fotovoltaici integrati nel costruito lo si realizza includendoli nel progetto iniziale dell’edificio. “Sostituendo il fotovoltaico con materiali standard durante la costruzione iniziale, i costruttori possono ridurre il costo incrementale dei sistemi fotovoltaici ed eliminare i costi e i problemi di progettazione dei sistemi di montaggio separati”, specifica la SEIA, l’associazione delle industrie dell’energia solare. La stessa illustra quali sono le applicazioni del fotovoltaico integrato nell’edificio.

A partire dalla facciata, il fotovoltaico può essere integrato nei lati degli edifici, sostituendo le tradizionali finestre di vetro con pannelli solari semitrasparenti a film sottile o cristallini. Queste superfici hanno meno accesso alla luce diretta del sole rispetto ai sistemi sul tetto, ma in genere offrono una maggiore superficie disponibile.

Per quanto riguarda il fotovoltaico sul tetto, suo luogo d’elezione, in queste applicazioni il fotovoltaico può sostituirlo in parte o totalmente. Alcune aziende offrono un tetto solare integrato, in un unico pezzo, fatto di vetro laminato; altre offrono tegole solari che possono essere montate al posto delle normali tegole del tetto.

E poi ci sono vetri e vetrate. Le celle solari ultrasottili possono essere usate per creare superfici semi-trasparenti, che permettono alla luce del giorno di penetrare mentre simultaneamente generano elettricità. Queste sono spesso usate per creare lucernari o serre fotovoltaiche.

BIPV: la necessità di formare e informare

L’industria delle costruzioni oggi ha tutte le possibilità per integrare il fotovoltaico in edilizia e rendere perfettamente attuabili i Building Integrated Photovoltaics.

Tuttavia, come hanno messo in luce Gholami e gli altri autori della ricerca, la più grande barriera in Norvegia è la mancanza di competenza.

C’è quindi bisogno di una mentalità differente da parte dei professionisti, ma anche degli utenti finali. Come ha rilevato l’architetto e ricercatrice ENEA Alessandra Scognamiglio, in un recente articolo, è ampiamente riconosciuto che la dimensione visiva del fotovoltaico è fondamentale per l’accettazione sociale.

“In questo senso, il cosiddetto Building Integrated Photovoltaics è un possibile catalizzatore, poiché il fotovoltaico è integrato in morfologie di involucro edilizio che sono familiari al pubblico. È fondamentale essere in grado di progettare e valutare un sistema BIPV in modo che il suo rendimento visivo sia ottimale. Esistono molti studi a questo proposito, ma ancora non forniscono una chiara organizzazione teorica dei concetti utilizzati per definire le prestazioni visive dei BIPV”.

Da qui Scognamiglio è partita a esporre una formalizzazione sistematica transdisciplinare degli edifici fotovoltaici integrati e a proporre un vocabolario incentrato sulla percezione formale dei BIPV come parte del sistema di involucro dell’edificio. In pratica, ha messo a punto un vocabolario, basato su un insieme di 11 parole chiave visive. Questo metodo “Faciliterà il dialogo tra le diverse parti interessate (ad esempio, architetti, clienti, produttori di moduli e autorità pubbliche) e, in generale, la valutazione delle prestazioni visive di BIPV. Di conseguenza, permette un confronto oggettivo e quindi un processo decisionale informato”.

Fotovoltaico in edilizia: gli sviluppi della ricerca

Intanto la ricerca prosegue e moltiplica le opportunità per integrare il fotovoltaico in edilizia. Ricercatori dell’Istituto di struttura della materia del CNR, dell’Università di Milano Bicocca e dell’azienda Glass to Power hanno messo a punto un materiale a basso impatto ambientale e ad alto rendimento per la realizzazione di dispositivi fotovoltaici integrabili nelle costruzioni. Si tratta di una lastra di plexiglas trasparente contenente una dispersione del materiale organico che agisce da concentratore solare a luminescenza.

A differenza dei pannelli fotovoltaici utilizzati finora – che sono solitamente opachi e scuri, o semi-trasparenti – questo sistema permette di realizzare lastre trasparenti, con benefici dal punto di vista sia estetico sia funzionale.

Sempre in Italia, su nuove opportunità per i BIPV lavora anche CHOSE, il centro di ricerca attivo nello sviluppo delle celle solari organiche e ibride organiche/inorganiche. Anche il Centro Ricerche per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente di Novara è attivo in particolare sul Pannelli Fotovoltaici Organici (OPV), in collaborazione col MIT di Boston. Rispetto all’attuale tecnologia al silicio, l’OPV permette di realizzare pannelli molto più leggeri e flessibili, integrabili in diversi sistemi e contesti e a costi più contenuti.

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