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TETTI E PARETI SOLARI
Progettazione di elementi per facciate | La struttura metallica |   I componenti elettrici | Costo delle facciate fotovoltaiche | Aspetti ecologici | Esempi di progettazione e di applicazioni

L'uso del fotovoltaico in architettura è stato accresciuto da una serie di interessanti applicazioni completamente nuove:
elementi fotovoltaici standardizzati possono essere montati su tetti o pareti esistenti.Una soluzione ancora più interessante è l'integrazione di elementi fotovoltaici nel rivestimento esterno degli edifici. Gli elementi possono possono essere integrati in tetti, finestre o strutture delle facciate e possono contribuire a migliorare le qualità estetiche funzionali dell'esterno dell'edificio.

Per le finestre, gli elementi multifunzionali per facciate sono stati disegnati non solo per integrare il calore dovuto all'irraggiamento solare, l'isolamento acustico e la sicurezza anti-sfondamento ma anche per avere finestre in grado di trasformare la radiazione solare in energia elettrica.

Un'adeguata disposizione di celle solari o l'uso su ampie superfici di film sottili fotovoltaici su finestre ottiene interessanti effetti di luce e ombra, specialmente in vani scala o nelle hall di ingresso. Applicazioni interessanti sia dal punto di vista tecnico che estetico si ottengono nel campo delle facciate continue e nei parapetti delle facciate. Gli elementi fotovoltaici per facciate possono essere anche usati per vetrate inclinate, serre, atrii, e lucernari.

Sebbene le facciate fotovoltaiche siano molto più costose di quelle convenzionali perché le celle fotovoltaiche sono ancora molto costose, l'interesse nell'uso immediato di queste tecnologie ecologiche è comunque cresciuto notevolmente.

Progettazione di elementi per facciate      

Riguardo all'uso di elementi fotovoltaici per facciate per la produzione di energia elettrica le celle sono inserite tra due pannelli di vetro. A questo fine, le celle fotovoltaiche così come le connessioni elettriche sono sigillate e irrigidite in resine altamente trasparenti e resistenti agli ultravioletti. Per le vetrate sono normalmente impiegati pannelli con vetri di sicurezza e struttura metallica alleggerita.

Quando gli elementi fotovoltaici multifunzionali devono essere impiegati per finestre il modulo base può essere integrato con un altro elemento in modo da garantire l'isolamento termico e acustico. Anche questi elementi possono essere montati come i moduli convenzionali per facciate.
Le spessore delle celle solari di circa 0.3 mm e quello della resina o della lamina di metallo spesse tra 1.5 e 2 mm, non causano alterazioni significative nel peso e nelle dimensioni delle strutture.

Le celle fotovoltaiche a film sottile rappresentano un'altra variante. Per mezzo di tecniche di deposizione a vapore, uno strato di silicio viene applicato ad un pannello, o su una grande superficie (in tal caso la cella sarà opaca), o su barre o su superfici appositamente realizzate con la forma richiesta dal cliente. In quest'ultimo caso il grado di trasparenza può variare tra il 30 e l'80% a seconde delle richiesta del cliente.
Paragonati alle celle cristalline, i film sottili rendono solamente con un'efficienza del 4-6% però possono essere prodotti pannelli a fino a 40x80 cm.

La struttura metallica

La struttura delle facciate fotovoltaiche riveste una particolare importanza in quanto l'umidità e la pioggia possono compromettere le performance delle celle che devono essere mantenute sufficientemente ventilate e drenate.

Le strutture per le facciate hanno anche la funzione di supportare i cablaggi tanto che alcuni costruttori le forniscono con specifiche canaline in cui far correre i cavi. Attraverso i cavi l'energia elettrica direttamente prodotta dalle celle confluisce in un inverter dove è trasformata in corrente alternata. Questa sofisticata progettazione della struttura permette un montaggio rapido e sicuro da parte del personale normalmente impiegato. Naturalmente il personale deve essere istruito nel maneggiare i pannelli fotovoltaici, ma non è necessario nessun training specifico.

I componenti elettrici

I collegamenti elettrici dei pannelli fotovoltaici per facciate dipendono sia dalla dimensione del singolo pannello, sia dalla combinazione di elementi di diverse dimensioni, di conseguenza il sistema della facciata deve essere configurato da costruttore degli elementi fotovoltaici in un diagramma elettrico. Seguendo tale diagramma i pannelli fotovoltaici e l'inverter saranno connessi dall'elettricista in opera. Il PV inverter serve inoltre come dispositivo di accoppiamento: la corrente continua generata dalle celle deve essere trasformata in corrente alternata per essere collegata alla rete pubblica. la corrente generata dalle celle può quindi essere impiagata per usi interni dell'edificio oppure immessa nella rete pubblica tramite un apposito contatore.

Costo delle facciate fotovoltaiche

Le facciate fotovoltaiche sono ancora più costose di quelle tradizionali. Il costo supplementare varia a seconda del design e della funzionalità.
Vetrate schermate per edifici come per uffici o aziende sono talvolta costosi come le facciate in marmo o granito. Nei casi di edifici con ampie superfici di moduli geometrici e delle stesse dimensioni, il costo aggiuntivo rispetto a facciate continue normale è stimabile intorno a 800-1000 ECU al m². L'extra costo di elementi fotovoltaici multifunzionale ( ad es. per finestre) è dello stesso livello. A seconda del modello e del materiale scelto per la struttura metallica, deve essere previsto un extra costo tra 800 e 1600 ECU al m². I costi per le apparecchiature elettroniche, cablaggi ed eventuali modifiche della struttura sono già comprese in queste cifre.
Il notevole aumento di costo è dovuto soprattutto al costo delle celle fotovoltaiche che incidono fino al 70% sulla differenza costi.

E' comunque molto importante tener conto degli effetti secondari nel calcolo di convenienza economica. Ad esempio, i costi per schermatura solare per le facciate rivolte a Sud negli edifici per uffici o nei vani scala possono essere ridotti notevolmente o addirittura eliminati se i raggi solari sono filtrati da una opportuna disposizione delle celle solari. Inoltre l'utilizzo di facciate fotovoltaiche multifunzione ha una positiva influenza sul bilancio energetico dell'edificio migliorando i costi di esercizio.
Le facciate fotovoltaiche hanno inoltre vantaggi difficilmente traducibili in denaro quali le soluzioni estetiche originali, l'interesse tecnologico ed i vantaggi ecologici. Questi vantaggi sono la motivazione principale all'introduzione del fotovoltaico. Il mercato, per contro, richiede un'alta qualità nel design e nell'installazione, sia dal punto di vista tecnologico che estetico raggiungibile solo con una stretta collaborazione tra architetti e costruttori.

Aspetti ecologici

I benefici ecologici delle facciate fotovoltaiche offrono anche vantaggi economici. Per esempio un metro quadro di facciata genera circa 100 kWh all'anno. Con l'uso di quest'energia si risparmiano 26 litri di olio combustibile o 33 di carbone e si evitano 65 kg di emissioni di CO₂.
L'uso della luce solare come fonte di energia gratuita ed inesauribile non è il solo aspetto di interesse delle facciate fotovoltaiche le quali sono costruite con componenti riciclabili.

Esempi di progettazione e di applicazioni

Inizialmente non c'erano speciali caratteristiche richieste dalle facciate fotovoltaiche rispetto alle facciate convenzionali.
Come le facciate tradizionali esse possono fornire isolamento termico e acustico, vetri di sicurezza, con il vantaggio aggiuntivo, naturalmente, di produrre energia elettrica. Gli elementi possono essere installati per costruire facciate fredde, facciate calde, "curtain walls", finestre o timpani vetrati.
Ci sono interessanti applicazioni nel campo del restauro e del recupero di edifici in quanto la facciata fotovoltaici può essere applicata sulla vecchia facciata di edifici di rappresentanza, ad esempio. La quantità di luce filtrata dai pannelli fotovoltaici può essere ottimizzata a seconde dell'uso dell'edificio, eliminando tendaggi o altri dispositivi per la schermatura di difficile manutenzione.

Fino ad ora sono stati impiegate celle policristalline ma cresce l'interesse per i film sottili semi-trasparenti o opachi che possono coprire grandi superfici, molto graditi agli architetti per le loro qualità estetiche. In questo caso lo svantaggio di un rendimento inferiore è compensato da migliori qualità tecniche ed estetiche.
Siccome il silicio è molto costoso, un film che utilizzasse minori quantità di questo materiali sarebbe già uno sviluppo con grandi potenzialità per il futuro. Una possibilità da esplorare è l'applicazione dello strato di silicio direttamente dopo il processo di produzione del vetro risparmiando così notevoli costi di produzione. Questo è stato già fatto nel caso dei vetro brunito utilizzato per realizzate facciate con bagliori blu o dorati in grandi edifici per uffici.