RISTRUTTURARE CON I PANNELLI FOTOVOLTAICI:
COMPONENTI, STRUMENTI E CASI DI STUDIO ALLA LUCE DEL NUOVO CONTO ENERGIA

L’emergenza climatica provocata dal riscaldamento globale della Terra (causato dall’accumulo di anidride carbonica da combustibili fossili) e le conseguenti nuove normative energetiche impongono di adottare tutti gli accorgimenti per il risparmio energetico, primo fra tutti il solare fotovoltaico.

Servizio di: Caterina Parrello

INTRODUZIONE

L'adesione Italiana al protocollo di Kyoto impone al nostro Paese una drastica riduzione delle emissioni di gas serra in atmosfera, principalmente generate dall'utilizzo di combustibili fossili per la produzione di energia. Si parla dunque
sempre più di efficienza energetica dei sistemi produttivi nonché di utilizzo delle fonti rinnovabili per l'approvvigionamento energetico. In questo contesto un ruolo fondamentale viene giocato dal settore dell'edilizia: gli edifici fino ad oggi progettati e costruiti in Italia sono fortemente “energivori”, ovvero a fronte di grandi dispersioni
hanno bisogno di elevate quantità di energia per alimentarsi. Tutto il settore necessita dunque di una nuova spinta verso l'innovazione, che porti a realizzare edifici più eco-efficienti, capaci di ridurre il consumo di energia e di termo-regolarsi con il clima circostante. La normativa italiana ha recepito in realtà con notevole ritardo rispetto al resto d'Europa questa fondamentale necessità, aggiornando recentemente il quadro legislativo. Parliamo nello specifico delle leggi 192/05 e 311/06, che introducono finalmente anche nel nostro Paese la certificazione energetica dell'edificio.
Queste leggi indicano, di fatto, a progettisti e costruttori molti strumenti tecnici per l'ottenimento di sistemi edilizi energeticamente più sostenibili.Tra questi sicuramente gli impianti solari fotovoltaici, capaci di convertire, attraverso il
così detto effetto fotovoltaico, la radiazione solare in energia elettrica. Dunque un sistema pulito di produzione di energia che sfrutta la fonte rinnovabile per eccellenza: il sole. Questi sistemi utilizzano appositi pannelli realizzati
con materiali semiconduttori, che possono essere integrati sulle superfici degli edifici, trasformandole, di fatto, in piccole centrali elettriche.

Nell’immagine sopra vediamo un impianto fotovoltaico totalmente integrato, di potenza installata 8,6 kWp, progettato dallo Studio tecnico associato Di Fabio, Boccolini, Leoni. L'integrazione architettonica dei pannelli sulle falde di copertura in sostituzione dello strato di coppi è una delle applicazioni più diffuse e corrette ai sensi del nuovo conto energia.
Significativo è anche il caso della fornace di Serra Dei Conti in provincia di Ancona, ristrutturata nel 2000 dall'Arch. Nazzareno Petrini (nell’immagine accanto). Questo opificio. ora adibito a centro culturale polifunzionale, ospita un piccolo
impianto fotovoltaico in cui i pannelli sono integrati sia alla copertura in sostituzione dei coppi, sia in alcuni elementi di chiusura verticale ed orizzontale, in cui sono montati su telai d'acciaio al posto dei classici vetri.
In chiusura vediamo un impianto parzialmente integrato(tale soluzione è leggermente meno incentivata economicamente), di potenza installata 1,26 kW, dello Studio tecnico associato Di Fabio, Boccolini, Leoni.

NORMATIVA SUL FOTOVOLTAICO

Purtroppo il costo delle celle di silicio, il materiale maggiormente utilizzato per i pannelli, è ancora molto elevato e non ne ha permesso fino ad ora un utilizzo su larga scala. Sono così necessarie specifiche politiche di incentivazione, già da tempo diffuse in molti paesi europei e solo da pochi anni attive in Italia: facciamo riferimento al DM 19 febbraio 2007, meglio conosciuto come “nuovo conto energia”. In base a questa legge, chi decide di dotarsi di questi sistemi, oltre ad avere la possibilità di consumare o vendere in rete l'energia prodotta, riceve dal Gestore del Sistema Elettrico (GSE) un incentivo economico in funzione dei kWh prodotti dall'impianto.
L'incentivo così erogato per un periodo di 20 anni dà la possibilità di rientrare dei costi di investimento in circa 10-12 anni. Ciò permette all'investitore di avere un guadagno netto per gli anni successivi, che rende conveniente l'investimento iniziale del capitale.
Dunque, più l'impianto produce, minore sarà il tempo di ritorno dell'investimento, e maggiori i guadagni netti per il
proprietario dell'impianto. In realtà il valore della tariffa incentivante varia sia in funzione della potenza installata sia del livello di integrazione architettonica dei pannelli: il legislatore ha deciso di premiare con un incentivo più alto impianti maggiormente integrati in architettura perché risultano più efficienti e a minor impatto ambientale.
Le basse potenze dei singoli pannelli rendono,infatti,necessarie ampie superfici di installazione per raggiungere
produzioni di energia significative. Parliamo all'incirca di 10-8 mq di pannelli per avere 1kW di potenza installata,
capaci di produrre, se correttamente orientati a sud, dai 950 ai 1300 kWh, in funzione della latitudine del sito di installazione. Installare i pannelli sulle coperture degli edifici significa dunque utilizzare superfici esistenti evitando
di invadere ampi spazi di territorio, ma anche impedire eventuali manomissioni e danneggiamenti dei pannelli, collocandoli in posizioni difficilmente raggiungibili.

Laureato con lode in ingegneria edile presso la facoltà di Ingegneria dell'Università Politecnica delle Marche, con la tesi dal titolo “Architettura e comfort ambientale: progettazione di componenti in edilizia industriale nautica”, frequenta con borsa di studio il terzo anno del corso di Dottorato di ricerca in ingegneria edile-architettura presso il Dipartimento Architettura Rilievo Disegno Urbanistica e Storia dell'Università Politecnica delle Marche. Collaboratore del Prof. Fausto Pugnaloni, svolge principalmente attività di ricerca sui temi dell'architettura sostenibile e dell'edilizia solare anche nell'ambito di progetti di cooperazione allo sviluppo con l'area indocinese. Correlatore di tesi di laurea, è assistente al laboratorio di progettazione del corso di architettura e composizione architettonica III. Svolge anche attività di libero professionista nel campo della progettazione bioclimatica, del risparmio energetico in edilizia e dell'impiantistica solare termica e fotovoltaica.

Ing. Davide Di Fabio

Tra le pubblicazioni:
D. Di Fabio, Una nuova architettura e possibile: il senso dell'architettura sostenibile tra globalizzazione e cooperazione allo sviluppo, in “Percorsi di ricerca - Contributi di dottorato”, a cura di F. Leoni e F. Fiori, Gennaio 2008, Giancarlo Ripesi Editore, Falconara Marittima (An);
F. Pugnaloni,P. Principi,D. Di Fabio,N.Dangh Minh,Il progetto di edifici a basso costo in Vietnam: problematiche e tecnologie per la costruzione di involucri sostenibili, in Atti del Convegno Artec 2007 “L'involucro edilizio. Una progettazione complessa” a cura di A. Greco e E. Quagliarini,Ancona,Novembre 2007,Alinea editrice, Firenze.
F. Pugnaloni,D. Di Fabio,G. Issini, N. Dangh Minh,The didactic case of the teaching in Architecture and Architectural Composition III at the Faculty of Engineering of the Polytecnic University of Marche, in Atti del TIA Conference 2007 “Teaching Sustainability - Theory, Methods, Best Practice, Krems,Austria, Settembre 2007;
F. Pugnaloni, D. Di Fabio, G. Issini, N. Dang Minh, P. Principi, C. Di Perna, Bioclimatic and ecosustainable passive models for building low cost typologies in Vietnam, in Atti del 11th International conference on passive house, Breghenz (Austria),Aprile 2007.
D. Di Fabio, F. Leoni, F. Fiorillo,The DM 28/07/05 “Criteria for the development of the electrical Energy Production through Photovoltaic Conversion”: a Law Serving Eco-sustainable building or a speculative financial instrument?, in Atti del XXXIV
IAHS World Congress, Napoli, Settembre 2006, Luciano Editore.
D. Di Fabio,Aspetti tecnico progettuali dell'integrazione di sistemi solari fotovoltaici nelle coperture, in Atti del convegno “Architettura e tecnica delle coperture”, Ancona, marzo 2006, BE-MA editrice.

ASPETTI
TECNICO-PROGETTUALI

È chiaro che, così come per le innovazioni finalizzate ad aumentare l'efficienza energetica degli involucri, anche per i sistemi fotovoltaici è più semplice essere utilizzati in edifici di nuova costruzione, in cui i progettisti possono effettuare sin dall'inizio scelte progettuali efficaci finalizzate alla corretta installazione dei pannelli. Più difficoltoso è invece intervenire su processi di ristrutturazione di edifici esistenti. In tale contesto si opera, infatti, in condizioni più restrittive, in cui le variabili del progetto che influenzano la capacità di produzione del sistema sono nella maggior parte dei casi già fissate. Prendiamo ad esempio un edificio residenziale esistente caratterizzato da un tetto a doppia falda su cui si vorrebbe installare un impianto fotovoltaico: l'angolo di azimut (angolo di scostamento della superficie rispetto al sud),
l'angolo di tilt (inclinazione della superficie rispetto al piano orizzontale) e la superficie disponibile, che sono le variabili che influiscono sulla resa del sistema,sono, di fatto, già fissate. Resta dunque al progettista da verificarne l'accettabilità rispetto alle caratteristiche di producibilità di un impianto che viene installato in quelle condizioni. In linea generale possiamo dire che se la falda è orientata tra Sud-Ovest e Sud-est con inclinazione che va dai 45 ai 20 gradi, l'impianto avrà una producibilità accettabile ai fini dei meccanismi di incentivazione, ovvero l'investimento rientrerà all'interno
dei tempi canonici per avere inalterata la sua convenienza.Per ciò che riguarda invece il dimensionamento dell'impianto, la potenza installata per unità abitativa si attesta nella maggior parte dei casi dai 2 ai 4 kWp, necessari per coprire il
consumo annuo di una famiglia di medie dimensioni.Va quindi verificata la superficie della falda che in questo caso dovrà ospitare circa 20- 30 mq di pannelli. È inoltre raccomandabile che su tale superficie non insistano elementi in elevazione: l'ombra di alberi, comignoli, fili elettrici o di altri fabbricati sui pannelli andrebbe, infatti, a ridurre l'efficienza complessiva del sistema. Come già anticipato, il valore della tariffa incentivante varia anche in funzione del grado di integrazione
architettonica dell'impianto.

In linea di massima si considera un impianto architettonicamente integrato quando i pannelli fotovoltaici sostituiscono componenti edili specifiche: nel nostro esempio, se il tetto fosse coperto con coppi o tegole, il pannello dovrebbe
sostituirle ed essere dunque incassato all'interno della superficie di copertura.
In questo caso comunque la tariffa si attesterebbe per impianti fino a 3 kWp a 0,49 euro/kWh prodotto.
È ammissibile anche che i pannelli siano fissati su appositi binari di alluminio a loro volta ancorati tramite ganci sottocoppo alla struttura portante del tetto, senza dunque intaccarne lo strato di finitura esistente. In questo caso però la legge prevede il riconoscimento di una parziale integrazione architettonica e abbassa la tariffa a 0,44 euro/kWh prodotto. Se paradossalmente i pannelli fossero installati in maniera non complanare con la superficie di copertura oppure fossero installati a terra in prossimità dell’edificio, l’impianto sarebbe riconosciuto come non integrato e percepirebbe 0,40 euro/kWh prodotto.Dal punto di vista prettamente tecnico dobbiamo sottolineare che l'integrazione
del pannello deve essere effettuata in modo da permettere la ventilazione del lato posteriore dello stesso. Questo
per evitare il surriscaldamento del silicio e il relativo abbattimento di producibilità di tutto il sistema. Chiaramente
il problema non si pone per sistemi non integrati, mentre deve essere risolto in fase di progettazione ed esecuzione del lavoro soprattutto per quelli totalmente integrati. Nel nostro esempio specifico si deve dunque evitare che la superficie del pannello aderisca completamente al solaio di copertura realizzando tra di loro un'intercapedine il più possibile areata.
Ad oggi sul mercato esistono appositi sistemi a vasca che permettono facilmente tale applicazione senza mettere comunque in pericolo la tenuta all'acqua del tetto stesso. Per ciò che riguarda i costi, possiamo genericamente
affermare che un impianto integrato costa più di uno non integrato: i primi, infatti, necessitano di componenti edili per il fissaggio più complesse rispetto a quelle necessarie per quelli non integrati. È pur vero che la tariffa incentivante maggiorata copre abbondantemente questo extracosto, rendendo comuncomunque conveniente ed auspicabile questa
applicazione. Altro fattore incidente è sicuramente la cantierizzazione dell'opera: se l'installazione del sistema avviene singolarmente, sarà necessario allestire il cantiere aumentando così tempi e costi di installazione.
Se invece sono in corso interventi di ristrutturazione dell'edificio che prevedono ad esempio l'allestimento di ponteggi verticali, questo costo aggiuntivo non deve essere conteggiato.
In linea di massima un impianto da 1 kWp con pannelli in silicio cristallino fornito e posto in opera si attesta intorno a 7.000 €, con variazione del prezzo in funzione principalmente del costo dei pannelli e appunto degli oneri di cantierizzazione.

CASI DI STUDIO

In realtà pensare le applicazioni fotovoltaiche su edifici esistenti solamente come semplici interventi integrati alle falde di copertura, è sicuramente atteggiamento riduttivo. Sebbene questa rimanga probabilmente la più adatta proprio nei casi di ristrutturazione di edifici residenziali anche di un certo pregio architettonico, esistono altre applicazioni molto interessanti che vanno opportunamente valutate. Le potenzialità di questi sistemi e le prospettive di finanziamento fornite dall'incentivo in conto energia li rendono, infatti, applicabili in contesti progettuali e costruttivi molto più complessi. Portiamo allora alcuni esempi estremamente diversi tra di loro,ma sicuramente significativi proprio della versatilità di queste applicazioni. Il primo è la ristrutturazione dell'ex deposito tranviario del comune di Roma trasformato nel 2001 in museo dei bambini (nella foto accanto). In questa costruzione considerata un'archeologia
industriale sono stati integrati dallo studio di architettura Abbate e Vigevano due impianti fotovoltaici dimensionati per soddisfare il fabbisogno elettrico dell'edificio. I pannelli dell'impianto da 8,2 kWp sono stati integrati sulla copertura,
mentre quelli dell'impianto da 7 kWp in elementi bris-soleil posizionali sulla facciata sud dell'edificio. Nello specifico il primo impianto utilizza pannelli semi trasparenti capaci di far filtrare parte della luce incidente, in modo da permettere un illuminamento parziale degli spazi sottostanti.
Dunque, un edificio storico, di un certo pregio architettonico, in cui i pannelli fotovoltaici hanno la duplice funzione di elemento tecnologico- impiantistico e di componente edile. Significativo è anche il caso della fornace di Serra Dei
Conti in provincia di Ancona, ristrutturata nel 2000 dall'Arch. Nazzareno Petrini. Questo opificio, ora adibito a centro culturale polifunzionale, ospita un piccolo impianto fotovoltaico in cui i pannelli sono integrati sia alla copertura in sostituzione dei coppi, sia in alcuni elementi di chiusura verticale ed orizzontale, in cui sono montati su telai d'acciaio al posto dei classici vetri. Molto diverso è invece il caso del capannone industriale per lo stoccaggio del caolino situato
nel porto di Ancona. Mentre gli esempi precedenti riguardavano impianti finanziati a fondo perduto attraverso bandi di concorso ministeriali, l'impianto realizzato su questo edificio sfrutta i finanziamenti del DM 19 febbraio 2007, ed esprime al meglio le grandi possibilità che questo meccanismo tecnico - finanziario offre oggi a tutto il settore dell'edilizia. L'edificio doveva sostituire la copertura ormai usurata e contenente amianto con una nuova copertura bonificata. La ditta appaltatrice ha quindi pensato di sostituire la vecchia con una che integrasse nelle falde ben esposte a sud un impianto fotovoltaico da 237 kWp, capace di produrre circa 260.000 kWh/a. In questo modo, sfruttando il meccanismo di
incentivazione in conto energia, l'intervento, che sarebbe gravato completamente sulla proprietà, è stato effettuato a costo zero, assorbito all'interno dei finanziamenti ottenuti per la produzione di energia elettrica. In realtà, in questo caso, vista la grande potenza installata, i finanziamenti complessivamente ottenibili sono ben superiori al costo del semplice intervento di smaltimento e bonifica della copertura esistente, e producono da sé un buon rendimento finanziario.Viste le superfici in gioco e le potenze installabili, è chiaro che applicazioni come queste risultano auspicabili: oltre all'efficacia tecnica e finanziaria dell'operazione, infatti, questi interventi permettono di produrre quantità significative di energia pulita, facendo aumentare significativamente il peso delle fonti rinnovabili all'interno del quadro energetico nazionale.

CONCLUSIONI

Questo ultimo caso di studio, sebbene appartenente al campo delle applicazioni industriali, in realtà ci da alcuni spunti
di riflessione utili per applicazioni anche di scala inferiore. L'idea di base è che i pannelli fotovoltaici, se fortemente integrati a componenti edili specifiche, attraverso i meccanismi di incentivazione, possono finanziarne totalmente o in parte la realizzazione.
Per rifarci al tema specifico di questa rivista, se si volesse nell'ambito di una ristrutturazione, dotare un casale ad esempio di una tettoia esterna, di una pensilina per il parcheggio delle auto, o più semplicemente sistemare un tetto, realizzando il manto di copertura con i pannelli fotovoltaici si potrebbero ridurre i costi dell'opera se non annullarli. Chiaramente questo dipenderà dal pregio e della consistenza dell'elemento stesso che si va a realizzare: minore sarà il costo ad esempio delle strutture portanti e delle finiture, maggiore sarà l'incidenza del contributo in conto energia ottenuto dal sistema fotovoltaico. Tutto questo sempre assorbendo l'energia prodotta e riducendo se non annullando i costi della bolletta elettrica. Questo meccanismo è stato recepito dai produttori che hanno già messo sul mercato componenti edili prefabbricate che integrano i sistemi fotovoltaici soprattutto negli elementi di copertura.
Concludiamo questo intervento con una riflessione.È chiaro che dal punto di vista tecnico risulta sicuramente più semplice adottare sistemi edilizi energeticamente efficienti nonché impianti fotovoltaici integrati all'interno di edifici di nuova costruzione.Tuttavia pensare di limitare interventi di ecoefficienza solo nelle nuove edificazioni, significa limitare
enormemente il contributo del comparto dell'edilizia alla salvaguardia ambientale.
La riqualificazione anche energetica del grande parco di edifici esistenti rappresenta, infatti, la sfida più importante
e difficile che architetti, ingegneri, costruttori, proprietari ed enti locali sono chiamati oggi a raccogliere, nel bene
delle generazioni presenti ma anche e soprattutto di quelle future.

Dott. Ing. Davide Di Fabio, Phd student Dipartimento di Architettura Rilievo Disegno Urbanistica Storia Università Politecnica delle Marche