Nel breve arco di pochi anni l’energia solare ha acquistato progressivamente un’importanza crescente e da risorsa d’impiego circoscritto, riservata a circostanze eccezionali, si è trasformata nell’alternativa più valida alle energie fossili, sia in termini economici che ecologici. Per energia solare s’intende l’energia termica o elettrica prodotta sfruttando direttamente l’energia irraggiata dal Sole verso la Terra, fonte energetica naturale a nostra disposizione che, insieme a quella del vento, ha il vantaggio di essere gratuita e inesauribile.
Fotovoltaico e Solare termico: cosa sono?
La tecnologia più utilizzata per ricavare energia elettrica generata dalla luce del sole è il Fotovoltaico, che trasforma direttamente in energia elettrica la radiazione solare sfruttando le proprietà dei materiali semiconduttori come il silicio che, opportunamente trattato, è in grado di generare elettricità quando viene colpito da radiazione luminosa. Il componente elementare del fotovoltaico è la cella, il componente base è il modulo, formato da più celle collegate fra loro. Più moduli collegati fra loro in serie o in parallelo formano le stringhe la cui potenza può variare da poche centinaia a milioni di Watt. I moduli sono sorretti da apposite strutture che provvedono al loro orientamento, dando un’inclinazione rispetto al piano orizzontale. In Italia l’inclinazione ottimale è di circa 30°. L’inverter è un dispositivo elettronico che consente di adeguare l’energia elettrica prodotta dai moduli alle esigenze delle apparecchiature elettriche della rete, operando la conversione da corrente continua a corrente alternata con una frequenza di 50 Hz. Principali applicazioni dei sistemi fotovoltaici riguardano piccoli e medi impianti collegati alla rete in bassa tensione o media tensione, centrali fotovoltaiche generalmente collegate alla rete in media tensione o alta tensione, impianti per utenze isolate dalle rete che prevedono l’utilizzo di batterie (rifugi, case isolate, baite, sistemi di segnalazione stradale, alimentazione telecamere per la sorveglianza, cancelli elettrici ecc.), piccole reti isolate per l’alimentazione di villaggi, a limitata estensione, non raggiunti dalla rete elettrica. I moduli fotovoltaici possono essere collocati su un tetto, sia piano che a falda, sulla facciata di un edificio o a terra.
La decisione circa la fattibilità tecnica si basa sull’esistenza nel sito d’installazione di alcuni requisiti, verificabili dal progettista/installatore al momento del sopralluogo, come la disponibilità dello spazio necessario per installare i moduli e la corretta esposizione e inclinazione della suddetta superficie.Condizioni ottimali per l’Italia sono: esposizione a Sud (accettata anche Sud-Est, Sud-Ovest, con una limitata perdita di produzione), inclinazione 30°-35° (accettata anche 15°/45° con una limitata perdita di produzione).
Per ricavare energia termica dal calore del sole la tecnologia più utilizzata è il Solare termico. In questo caso i pannelli solari (collettori), cuore dell’impianto, raccolgono la radiazione solare trasformandola in energia termica per riscaldare un fluido, in genere acqua miscelata a liquido antigelo. La configurazione d’impianto più semplice per la produzione di acqua calda sanitaria è quella a circolazione naturale o a “termosifone” nella quale un serbatoio di accumulo (dotato al suo interno di scambiatore) viene posto al di sopra del collettore stesso. La circolazione del fluido scaldante è garantita dal moto convettivo naturale: il fluido più caldo e leggero tende a salire mentre il fluido più freddo e pesante tende a scendere. È una soluzione impiantistica compatta ed economica, adatta per piccoli impianti per la produzione di sola acqua calda sanitaria. Per impianti di taglia medio-grande e in previsione di un utilizzo anche per il riscaldamento degli ambienti o delle piscine, è da preferire lo schema a circolazione forzata (con pompa di ricircolo del fluido), che permette di svincolare completamente il posizionamento dei collettori dal sistema di accumulo.
Questa soluzione consente, in genere, una migliore integrazione dell’impianto con l’edificio e quindi un effetto estetico più gradevole rispetto a un sistema a circolazione naturale. Le principali applicazioni degli impianti solari termici sono: produzione di acqua calda sanitaria a uso domestico e nel terziario (alberghi, palestre, uffici ecc.), riscaldamento piscine (coperte e scoperte), riscaldamento degli ambienti in inverno e raffrescamento in estate.
Installare un impianto fotovoltaico è una scelta responsabile perché rispetta l’ambiente, riduce il consumo delle risorse naturali (gas, petrolio, carbone) e diminuisce le emissioni dei gas, cause dell’effetto serra e dell’inquinamento atmosferico. Grazie alle tariffe incentivanti, garantite per 20 anni, rappresenta un investimento vantaggioso. Dal punto di vista economico è un investimento a lungo termine: si acquista in anticipo l’energia elettrica che si consumerà nei prossimi decenni, col vantaggio di avere un costo fisso, indipendentemente da crisi economiche ed energetiche.Modulare e facilmente espandibile, la tecnologia fotovoltaica è affidabile e richiede pochissima manutenzione, produce energia elettrica direttamente dove serve, ha un’elevata durata di vita e consente di sfruttare superfici non utilizzabili per altri scopi, migliora le condizioni di vita delle popolazioni dove non esiste una rete elettrica nazionale, non produce rumore, non spreca risorse quindi migliora l’ambiente contribuendo al fabbisogno energetico, contribuisce a ridurre i costi, offre un valore aggiunto all’edificio e infonde la cultura di ottimizzazione dei consumi.
Tecnologia consolidata e affidabile anche per gli impianti solari termici, che offrono costi competitivi e manutenzioni ridotte al minimo, assenza di qualsiasi tipo d’emissione inquinante e risparmio dei combustibili fossili.
Chiunque abbia la disponibilità di spazi idonei (tetto, terreno, capannoni ecc.) può trarre vantaggio dall’installazione di un impianto fotovoltaico o solare termico.
Sono state di seguito elencate 12 applicazioni che dimostrano quanto le tipologie applicative si moltiplichino ogni giorno abbinando i requisiti energetici e tecnici a quelli architettonici, rispondendo così alle varie richieste dell’utenza.
Impianto fotovoltaico totalmente e parzialmente integrato al tetto
L’impianto fotovoltaico totalmente integrato al tetto prevede la sostituzione dei materiali tradizionali di rivestimento con gli stessi moduli fotovoltaici, che ne assumono le funzioni diventando parte integrante della copertura piana o inclinata (o della facciata).
È la soluzione per rendere il generatore solare un elemento architettonico di edifici in fase di costruzione o ristrutturazione. L’impianto fotovoltaico parzialmente integrato al tetto prevede, per lo più, il generatore solare complanare alla superficie di appoggio.
Rappresenta la soluzione ottimale per edifici esistenti dotati di coperture inclinate, orientate verso il quadrante Sud-Est/Sud-Ovest.
I sistemi di ancoraggio brevettati non sovraccaricano eccessivamente la portata massima del tetto.
La tecnologia Fototherm è basata sulla produzione fotovoltaica abbinata al recupero di calore dalle celle fotovoltaiche di un pannello cristallino.
Questa tipologia di prodotto permette maggiori efficienze rispetto al tradizionale fotovoltaico e mantiene la forma di un comune pannello fotovoltaico.Sistemi di acquisizione dati
Per ottimizzare la produzione di energia fotovoltaica, l’impianto necessita di un attento e assiduo controllo.
Dotando l’impianto di un sistema di acquisizione dei principali parametri elettrici di funzionamento, è possibilemantenere l’efficienza del sistema e garantire il massimo guadagno.
Il sistema, dotato di interfaccia ottica, trasmettitore radi
o e sensore di irraggiamento solare e di temperatura del pannello fotovoltaico, può monitorare la produzione energetica istantanea, visualizzare le grandezze elettriche sia in forma grafica che numerica, mantenere lo storico dei parametri registrati, trasmettere i dati in remoto, e in caso di anomalia inviare segnali d’allarme. Ideale per case isolate, rifugi, baite.
Nella foto: Gli innovativi inseguitori solari, progettati, brevettati e prodotti da ESPE, sono stati pensati per soddisfare esigenze di semplicità e agevolezza nel montaggio e di massima riduzione della manutenzione.
Un loro importante risultato progettuale, che sfrutta appieno il principio di rotazione sole/terra, fa sì che ogni pannello si posizioni con perfetta perpendicolarità al sole dall’alba al tramonto.
Il software, che ne gestisce il movimento, assicura il loro perfetto parallelismo in qualsiasi posizione e durante ogni azionamento di movimentazione.Impianto fotovoltaico non integrato al tetto
L’impianto fotovoltaico non integrato al tetto può essere implementato ovunque, consentendo la sua massima visibilità.
È ideale per coperture piane o pertinenze non costruite.
Se la superficie a disposizione per l’impianto è elevata e abbondante e quindi tale da poter evitare fenomeni di ombreggiamento tra file di moduli e moduli stessi, si può prendere in considerazione l’installazione di inseguitori solari.
Gli innovativi inseguitori solari, progettati, brevettati e prodotti da ESPE, sono stati pensati per soddisfare esigenze di semplicità e agevolezza nel montaggio e di massima riduzione della manutenzione.
Un loro importante risultato progettuale, che sfrutta appieno il principio di rotazione sole/terra, fa sì che ogni pannello si posizioni con perfetta perpendicolarità al sole dall’alba al tramonto.
Il software, che ne gestisce il movimento, assicura il loro perfetto parallelismo in qualsiasi posizione e durante ogni azionamento di movimentazione.
Moduli fotovoltaici integrati in tettoie per parcheggi
Gli impianti fotovoltaici della ETO srl, integrati in tettoie per parcheggi, producono energia fotovoltaica e al tempo stesso proteggono gli automezzi dalle radiazioni solari e dalle intemperie.
I pilastri della struttura non impediscono le manovre di accesso o uscita dalla piazzola di parcheggio e l’apertura delle portiere.
L’inclinazione rispetto all’orizzonte può variare a seconda delle specifiche esigenze di installazione per il conseguimento di una ottimale efficienza dei pannelli installati.
La modularità del sistema consente di sviluppare soluzioni personalizzate per uffici, negozi, condomini, villette ecc. La struttura, solida e resistente a carichi elevati, neve e vento, è al tempo stesso elegante e piacevole alla vista, consentendo un basso impatto con l’ambiente circostante.Moduli fotovoltaici integrati in elementi di illuminazione e strutture pubblicitarie
Notevole il supporto del fotovoltaico al settore degli schermi LCD e LED per l’informazione al pubblico e dei chioschi multimediali.
Parte di questa tipologia sono anche gli schermi di supporto per la pubblicità, le paline informative, i parcometri ecc.
I continui investimenti in ricerca consentono di soddisfare le specifiche necessità delle aziende municipalizzate (sistemi informativi per pensiline digitali, display su mezzi pubblici, dissuasori di velocità, city map digitali ecc.)
Moduli fotovoltaici inseriti in tende e persiane
La tenda fotovoltaica avvolgibile unisce l’evoluzione del fotovoltaico alle funzionalità e agli ambiti di applicazione della tenda da sole a bracci.
Si configura come una normale tenda da esterno arrotolabile, che protegge dall’irraggiamento del sole e contribuisce ad aumentare il comfort climatico e il risparmio energetico degli ambienti; in più, funziona come un vero e proprio impianto fotovoltaico per lo sfruttamento dell’energia solare, grazie allo speciale telo costituito da moduli fotovoltaici di silicio amorfo a doppia giunzione racchiuso in un film flessibile, che trasforma i raggi solari in energia elettrica.
Si parla anche di persiane fotovoltaiche, la cui funzione ombreggiante sia ottenuta con la sostituzione del materiale convenzionale con i moduli fotovoltaici.
In questo caso la struttura di sostegno dei moduli e il loro meccanismo di movimentazione devono essere studiati per alloggiare correttamente i moduli e i cavi elettrici.
Moduli fotovoltaici in sostituzione di superfici trasparenti degli edifici
Questa tipologia privilegia la sostituzione di superfici trasparenti (vetro o materiali plastici, policarbonati ecc.) con moduli fotovoltaici semitrasparenti.
Questi sono applicabili a finestre, porte-finestre o grandi superfici vetrate preferibilmente apribili.
Nei moduli, le celle fotovoltaiche sono distanziate tra di loro e contenute fra due pannelli trasparenti affinché la luce naturale possa continuare a filtrare nello spazio da illuminare.
Lo stesso effetto di texture luminosa può essere ottenuto anche con la tecnologia del film sottile; in questo caso la pellicola fotovoltaica dovrà essere incisa per permettere
la trasparenza richiesta. Questo tipo di integrazione è particolarmente indicato per grandi superfici vetrate piane o inclinate, lucernai, serre o comunque quegli spazi che
possono beneficiare di grande illuminazione naturale.
Nelle foto: I moduli fotovoltaici vetro-vetro sono ideali per facciate, muri non portanti, lucernai e vetrate. Le celle cristalline sono racchiuse tra due lastre di vetro e lo spazio tra le celle consente il passaggio della luce. Una trasmissione della luce del 10% è sufficiente a creare una piacevole atmosfera all’interno dell’edificio.
Amati dagli architetti perché si integrano piacevolmente col design, oltre a offrire nuove opportunità ai progettisti dal punto di vista architettonico garantiscono tecnicamente elevati standard in quanto possono essere laminate in vari tipi di vetro. La Hemo Srl dispone di moduli amorfi-doppiovetro in vetro opaco e semitrasparente.Moduli fotovoltaici integrati ai frangisole
Per frangisole fotovoltaici si intendono quelle strutture collegate alla facciata o quelle coperture degli edifici atte a produrre ombreggiamento e schermatura di superfici trasparenti dell’edificio. In questa categoria rientrano tutti quegli elementi schermanti orizzontali o verticali il cui design sia stato studiato opportunamente per l’alloggio dei moduli e il percorso dei cavi elettrici.
Il fotovoltaico in una tegola
Il pannello fotovoltaico nascosto in una tegola rappresenta uno dei migliori esempi di BIPV, Building Integrated Photovoltaics, il futuro dei sistemi fotovoltaici perché architettonicamente integrati. Il sistema è in grado di trasformare un normalissimo tetto in una centrale di produzione energetica e di offrire energia pulita in grande quantità. Oltre alla fonte energetica, il tetto offre altissima durata, resistenza e una facile manutenzione: i singoli pezzi danneggiati infatti, possono essere sostituiti, oppure si può passare da una tipologia a un’altra (per esempio, da un pannello da 8 Wp a uno da 12 Wp) e quando il tempo passa, sostituirli con modelli più avanzati.
Le tegole sono posizionate su una struttura fissata a una falda in polistirene. La struttura è sollevata dalla falda in modo da formare una camera d’aria che assicura una maggiore riduzione dell’umidità e aumenta l’isolamento acustico e termico dell’edificio.
Nella tegola di Tegolasolare, che nasce da un raffinato impasto atomizzato del gres porcellanato in pasta rossa, è nascosto il pannello fotovoltaico che ca
ttura il sole per produrre energia.
Per una copertura di appena 45 m2 si ottengono 3 kW.Moduli fotovoltaici integrati in elementi di illuminazione
Per elementi di illuminazione si intendono i lampioni stradali, da cortile e da giardino, e tutti quei componenti di illuminazione degli esterni la cui forma consenta un inserimento armonico del modulo fotovoltaico.
La morfologia del corpo illuminante e il suo supporto sono progettati ad hoc per alloggiare il modulo e vengono utilizzate tecnologie ad alta efficienza energetica come i led.
