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

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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