Il fotovoltaico integrato nell'edificio (BIPV) è esattamente ciò che indica il nome: moduli per la generazione di energia solare che vengono integrati direttamente in un edificio al posto dei normali materiali da costruzione. BIPV differisce in molti modi dagli array fotovoltaici con cui la maggior parte di noi ha familiarità: gli array fotovoltaici montati sul tetto o su rack che vengono adattati alle case e producono elettricità per il consumo domestico o da immettere nella rete elettrica. Queste strutture ingombranti e rettangolari sono solitamente costituite da celle mono o policristalline sono ciò che la maggior parte di noi immagina quando pensa all'energia solare perché queste sono di gran lunga le forme di generazione di energia solare più collaudate e quindi più comuni e affidabili. Questo articolo spiega più in dettaglio cos'è il BIPV e discute la traiettoria futura del settore fotovoltaico verso una crescente adozione del BIPV.
Come Mike Tomassi, Direttore dello sviluppo aziendale internazionale di Fotonica del sistema ha spiegato in un discorso tenuto al Conferenza sul solare nella progettazione e costruzione di edifici (SBDC). tenutosi a Londra il 24 settembre 2010, i moduli solari che consideriamo “convenzionali” non sono mai stati concepiti per essere utilizzati come componenti edilizi. Invece, sono stati progettati per l’efficienza della conversione di potenza e la competitività dei prezzi. Fortunatamente, la loro robustezza e modularità, oltre alla storia e all’esperienza del settore nel lavorare con loro, significa che questi moduli possono essere adattati alle case più vecchie con relativa facilità e con notevole sicurezza che funzioneranno correttamente. Tuttavia sarebbe difficile trovare sostenitori di questi pannelli per la loro estetica. In effetti, una delle principali critiche solitamente rivolte ai pannelli solari (almeno dagli architetti) è il loro aspetto sgradevole. Oltre alla loro natura visivamente poco attraente, una serie di problemi funzionali li rendono tutt’altro che ideali: sono difficili da rendere impermeabili, non sono progettati per essere autopulenti e la maggior parte di essi non è stata prodotta con l’idea di un futuro riciclaggio. in mente. I futuri progressi nel settore dell’energia solare affronteranno questi problemi e garantiranno che i moduli possano essere facilmente integrati nella progettazione e nella costruzione: BIPV.
Quali sono, allora, i criteri affinché le celle fotovoltaiche siano considerate BIPV invece dei pannelli solari convenzionali? Mike Tommasi usa la Francia come esempio di un paese con requisiti semplici, intuitivi ma rigorosi: per accedere ai servizi più generosi tariffa incentivante lì, i moduli BIPV devono soddisfare gli standard e svolgere perfettamente la funzione della parte di edificio che intendono sostituire. Se un modulo è progettato per essere una tegola, ad esempio, quando viene rimosso, il tetto dovrebbe perdere acqua quando piove. Lo scopo di una tegola, dopo tutto, è quello di tenere fuori la pioggia. Dovrebbe inoltre soddisfare tutti gli altri requisiti e standard a cui le tegole sono normalmente soggette: devono essere durevoli e resistenti al vento, devono impedire l'accumulo di sporco e devono essere "percorribili" in modo che la manutenzione ordinaria del tetto possa essere effettuata effettuato quando necessario. Se tutti questi criteri non vengono soddisfatti, il modulo non può essere un buon BIPV sul tetto.
Considerati questi requisiti di flessibilità funzionale e il fatto che in molti casi il BIPV viene utilizzato per parti di un edificio che potrebbero non essere situate in posizione ideale per la piena irradiazione solare, non sorprende che sia qui che PV amorfo/film sottile, è più malleabile e meno soggetto a inefficienze dovute a ombreggiamenti e riscaldamenti, dà il meglio di sé. Molte delle tecnologie qui discusse utilizzano il fotovoltaico amorfo per questo motivo. (Per ulteriori letture sulle applicazioni BIPV dei pannelli solari amorfi, fare riferimento alla tesi di master di Miwa Tominaga nella sezione riferimenti in fondo a questo articolo.)
L’energia rinnovabile ha senso solo se abbinata all’efficienza energetica. L’abbondanza di combustibili fossili degli ultimi 200 anni circa ha reso la produzione di energia economica e abbondante, lasciando un ampio margine di miglioramento in termini di come utilizziamo la nostra energia. Si dice spesso che l’efficienza energetica sia la ‘frutti a basso impatto“di tattiche per ridurre la dipendenza globale dai combustibili fossili. Esistono molti modi per sfruttare al meglio le risorse energetiche disponibili. Uno degli strumenti più grandi ma attualmente sottoutilizzati a disposizione di designer e architetti è progettazione passiva–progettazione che si concentri sulla creazione di edifici adatti al sito e al clima, che utilizzino le risorse energetiche prontamente disponibili nel cantiere, come la variazione dell’angolazione del sole e i venti dominanti, mitigando così la necessità di riscaldamento/raffreddamento artificiale e di domanda di energia. Le tecniche di progettazione passiva sono generalmente mezzi relativamente semplici per raggiungere questi fini. Un esempio comune sarebbe tende da sole angolato con precisione per consentire alla luce solare di entrare in un edificio per riscaldarlo durante l'inverno ma bloccarlo quando ciò comporterebbe un riscaldamento indesiderato durante i mesi più caldi.Costruire una tenda del genere utilizzando celle fotovoltaiche prenderebbe due piccioni con una fava! Questo è il motivo per cui la progettazione solare passiva e il BIPV sono già criteri nel LEED (Leadership nella progettazione energetica e ambientale) e BREEAM Schemi di classificazione degli edifici verdi.
Elementi di progettazione solare passiva. (Fonte: Energysavers.gov)
Questo tipo di pensiero “fuori dagli schemi” ma estremamente sensato riguardo all’energia solare aiuterà il fotovoltaico nel suo cammino verso la parità di rete. Come la maggior parte dei relatori della conferenza SBDC hanno voluto sottolineare, i moduli di energia solare che svolgono molteplici funzioni o che sostituiscono altri materiali in una struttura faranno risparmiare sui costi di costruzione, anche se il costo di utilizzo dei sostituti compatibili con il fotovoltaico è superiore a i materiali convenzionali. IL Blog di Solarseeds si riferisce a un commento del dottor Douglas Dudis, un ricercatore del Laboratorio di ricerca dell'aeronautica americana, direzione dei materiali e della produzione, chi al ASES (American Solar Energy Society) La Conferenza solare del 2007 ha affermato che, insieme ai problemi di disponibilità dei materiali e agli elevati requisiti di manodopera coinvolti nella produzione della tecnologia fotovoltaica, un fattore importante che contribuisce alla natura relativamente inaccessibile del fotovoltaico rispetto alle fonti energetiche convenzionali è stata la mancanza di integrazione edilizia. Quindi la domanda successiva è: in che modo può avvenire l’integrazione?
I pannelli solari convenzionali vengono comunemente installati sui tetti delle case e di altri edifici a un costo aggiuntivo: richiedono staffe di montaggio speciali e competenze. Uno dei punti più facili da cui iniziare per un’implementazione su larga scala del BIPV sono le tegole in ceramica o argilla, che sono rigide, e le tegole in asfalto, che sono flessibili. Ha sviluppato sul mercato una gamma di moduli tipo tegola, senza cornice, di dimensioni regolari, che possono essere installati da qualsiasi roofer e possono essere intervallati con tegole della stessa dimensione ma con funzionalità diverse, come collettori termici e lucernari, così come le tegole standard.
Telaio in ardesia per tetto fotovoltaico
Tetto in ardesia fotovoltaico su una casa
Uni-Solar PowerShingles(TM)
Sono entrati in produzione anche pannelli simili di altri produttori, poiché una rapida ricerca su Google per “tegole solari BIPV” o “tegole solari BIPV” ti darà un’idea di ciò che è disponibile. Un prodotto simile alle tegole e alle tegole fotovoltaiche sul mercato sono i laminati fotovoltaici: fotovoltaici a film sottile che possono essere attaccati alla superficie di parti di edifici, compresi i tetti. La sua natura superficiale, tuttavia, potrebbe escluderlo dalla definizione di BIPV delineata nella sezione precedente: di solito è vincolato a posteriori. I laminati sono tuttavia estremamente versatili, il che li rende ideali per il retrofit.
Un altro modo in cui il fotovoltaico può essere integrato in un edificio è nelle pareti dell’edificio stesso o, talvolta, in modo più efficace, in una “pelle” o tenda multiuso che circonda l’edificio “nucleo” al suo interno. Come per tutti i BIPV, anche qui le celle solari hanno un duplice scopo. Come ha sottolineato Ray Noble nella sua presentazione alla conferenza SBDC, se i moduli fotovoltaici hanno un prezzo competitivo rispetto ai materiali da costruzione convenzionali e sono integrati in modo intelligente nella progettazione dell'edificio, allora non è imperativo che le celle abbiano un orientamento ottimale – qualsiasi direzione oltre a la direzione verso i poli (nord o sud, a seconda dell'emisfero) genererà elettricità con fino al 90% dell'efficienza nominale. In altre parole, non è assolutamente necessario che i moduli siano posizionati sul tetto.
Ci sono alcune opzioni disponibili per determinare cosa fare con il tuo fotovoltaico in sezioni dell'edificio oltre al tetto. Questi sono spiegati approssimativamente di seguito. La modalità di realizzazione della loro installazione dipende dalla sensibilità del progettista.
-Integrazione nelle pareti. Le pareti perfettamente verticali, ovviamente, non ricevono la stessa radiazione solare dei tetti inclinati o orizzontali, ma ne ricevono una certa, soprattutto se l'edificio si trova alle latitudini più elevate, dove il sole invernale arriva ad angoli bassi. Sono disponibili moduli “perforati” che cattureranno una porzione di luce per la produzione di elettricità nelle celle, consentendo contemporaneamente a parte della luce di trasfondersi nell’edificio.
-Integrare i moduli nella "pelle" circostante dell'edificio. Alcuni edifici incorporano tale rivestimento per scopi estetici oltre che per il controllo del clima. Se i pannelli fossero, proprio come le finestre, in grado di aprirsi e chiudersi, potrebbero svolgere un ruolo diretto nel controllo del clima dell’edificio, avendo allo stesso tempo spazio sufficiente per mantenersi freschi e quindi funzionare in modo efficiente.
Università norvegese di scienza e tecnologia: vetri fotovoltaici sulla facciata
-Le tende da sole, come discusso in precedenza, sono vantaggiose in quanto possono tenere lontani i raggi diretti indesiderati del sole dagli occhi mentre li assorbono per creare elettricità. L'angolazione delle tende da sole potrebbe essere eventualmente regolata per catturare/bloccare al meglio i raggi del sole a seconda della stagione.
Tende da sole fotovoltaiche: un esempiodi fotovoltaico per energia elettrica e solare passivo
Le tende fotovoltaiche potrebbero essere posizionate sopra le finestre per fornire ombra ed energia
-Le finestre solari (vetri fotovoltaici) e i lucernari hanno lo stesso scopo delle loro controparti ordinarie: far entrare la luce, ridurre l'abbagliamento (se sono colorati) e fungere da isolante o mezzo per fornire ventilazione all'interno di un edificio.
Vetri fotovoltaici sulle finestre anteriori degli edifici per uffici
Vetratura fotovoltaica sul lucernario di un edificio
Alcune delle tecniche più affascinanti e innovative per l'energia solare passiva sono in fase di sviluppo per le parti dell'edificio esterne al tetto sopra menzionate. Simone Giostra, socio fondatore di Simone Giostra & Partners e uno degli altri relatori alla conferenza SBDC, ha definito alcune delle tecnologie attualmente in fase di sviluppo simili a fantascienza: precisione senza precedenti per integrare le celle fotovoltaiche nelle facciate degli edifici , aumentando la densità cellulare dove si prevede che la luce solare cada più intensamente, diminuitela dove si prevede che la luce solare sia più scarsa. Ciò consentirebbe una cattura ottimale dell’energia solare sia per la produzione di elettricità che per scopi di illuminazione/clima. Al momento è discutibile se fare qualcosa di così complicato sia pratico o conveniente oppure no, ma è lodevole il fatto che la tecnologia sia in fase di sviluppo.
A condizione che il costo delle nuove tecnologie BIPV continui a diminuire e che l’edificio in questione debba ancora essere costruito o subirà una ristrutturazione importante, BIPV sarà molto probabilmente la prima e più ovvia scelta per il progettista/architetto. I pannelli fotovoltaici convenzionali vincono laddove l’edificio è più vecchio e l’installazione è un retrofit, e dove il prezzo è un fattore da considerare. Detto questo, la tecnologia BIPV che ha maggiori probabilità di decollare nel mercato del retrofit è la copertura BIPV, soprattutto nelle case che necessitano comunque di sostituzione del tetto.
Quello che segue è un riepilogo dei pro e dei contro del BIPV e del solare fotovoltaico convenzionale.
FV “a pannello” convenzionale:
+Relativamente comune in tutto il mondo, anche in Australia, e quindi ricco di infrastrutture
+Durevole e testato nel tempo: continuerà a funzionare più o meno alla capacità nominale fino a 25 o 30 anni
+Gli standard di settore sono stati sviluppati e sono ben noti agli installatori esperti
+L'efficienza dei pannelli è in costante aumento mentre il prezzo è in diminuzione
+Può essere facilmente installato sul tetto di un edificio che non necessita di alcuna revisione strutturale
-Grande, rettangolare, visivamente poco attraente (per alcune persone! Suppongo sia una questione di gusti...)
-Non "aggiunge valore" alla funzionalità di una casa oltre alla produzione di elettricità
-Le opzioni di posizionamento sono limitate: generalmente in cima a un tetto o eventualmente montato a terra
BIPV:
+Valore aggiunto! Un BIPV ben progettato genera elettricità migliorando al tempo stesso le prestazioni climatiche della tua casa/edificio
+Può sostituire quasi tutti i materiali da costruzione esterni e quindi ridurre i costi complessivi a lungo termine di un edificio attraverso risparmi sui costi operativi e una riduzione dell'energia incorporata
+Esteticamente gradevole: può essere perfettamente integrato nell'involucro dell'edificio per conferire un aspetto elegante e moderno a un edificio (ad esempio alcune delle immagini che accompagnano questo articolo del blog!)
-Mercato più piccolo, molte tecnologie sono ancora in fase di sviluppo e non sono competitive in termini di prezzo su scala di vendita al dettaglio con i pannelli convenzionali
-Infrastrutture, standard non in vigore, competenze da sviluppare (in Australia, tra gli altri luoghi al di fuori dell'UE)
-Se alcune forme di fotovoltaico amorfo vengono utilizzate nell'edilizia, la produttività del fotovoltaico potrebbe diminuire in appena 10 anni: il fotovoltaico amorfo generalmente ha una durata di vita più breve del fotovoltaico cristallino.
Fondata nel 2010, SpolarPV Technology Co., Ltd è specializzata nella progettazione, produzione e commercializzazione di celle solari, moduli solari e sistemi di energia solare. L'azienda, situata nella capitale della provincia di Jiangsu, Nanchino, che copre 6.000 m2, vanta sistemi automatici avanzati ...
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