Un nuovo approccio è dunque richiesto per la progettazione degli edifici, considerando che essi dovranno essere in grado di produrre una parte dell’energia che consumano utilizzando fonti rinnovabili: il fabbisogno elettrico in particolare potrebbe essere coperto da sistemi fotovoltaici integrati nell’edificio e che quindi producono energia in loco.
Integrare efficacemente la tecnologia fotovoltaica in architettura significa ripensare all’involucro edilizio come ad un sistema attivo, in grado non solo di isolare e proteggere l’edificio dagli agenti esterni ma anche di produrre energia. Inoltre, accanto agli aspetti legati all’efficienza e massimizzazione della produzione, altri fattori di tipo estetico-formale entrano in gioco e devono essere considerati fin dalle prime fasi della progettazione dell’edificio.
Dal punto di vista della performance energetica, i moduli fotovoltaici integrati nell’edificio si trovano generalmente ad operare in condizioni più sfavorevoli rispetto alle installazioni standard a terra e per tanto è importante adottare alcuni accorgimenti in fase di progettazione.
Le principali problematiche che si riscontrano in questo tipo di sistemi sono legate a tre fattori: l’orientamento non ottimale, la presenza di ombreggiamenti anche parziali e l’aumento della temperatura dei moduli. Spesso infatti i moduli integrati si trovano ad operare in adiacenza ad altre superfici e, in mancanza di un’opportuna ventilazione o sistema di raffrescamento, questo determina l’aumento della temperatura delle celle ed una conseguente perdita di performance che dipende dal coefficiente di temperatura della tecnologia utilizzata. Se facciamo un attimo caso alla magior parte delle piscine ci possiamo rendere conto che alcuni di questi problemi cui sono soggetti diversi edifici non li hanno: di solito le piscine sorgono come un elemento edilizio distinto, con la disponibilità di un giardino a tutto vantaggio della ventilazione e del poco ombreggiamento da parte dei manufatti edilizi vicini.
Il sistema fotovoltaico integrato nelle facciate dell’edificio Ex Post a Bolzano, rappresenta un interessante caso studio per l’analisi e la valutazione degli aspetti sopra citati. Si tratta di un impianto retrofit costituito da 26,73 KWp di moduli in silicio policristallino suddiviso in due facciate rivolte rispettivamente a sud-est e sud-ovest. L’Istituto per le Energie Rinnovabili di EURAC Research sta monitorando ed analizzando il funzionamento di tale impianto da febbraio 2010.
Durante i sei mesi di monitoraggio da febbraio a luglio, l’impianto ha prodotto 10123 KWh ed i moduli hanno operato ad una temperatura media giornaliera (tra le 6:00 e le 18:00) di 25,3°C, non molto distante dalle condizioni standard STC. È interessante peró sottolineare che durante le ore più produttive (ore centrali della giornata) le celle fotovoltaiche si trovano ad operare ad una temperatura molto maggiore determinando una perdita di produzione. La temperatura piú alta è stata registrata il 23 luglio ed è pari a 57,4°C. In quel momento dunque, considerando il coefficiente di temperatura dei moduli, il sistema sta perdendo il 15,4% della sua produzione di potenza a causa dell’alta temperatura.
I valori di temperatura raggiunti in questo sistema tuttavia, rimangono notevolmente al di sotto di quelli misurati in altri casi studio presentati all’interno del progetto europeo EU IP Performance [Actual Temperatures of Building Integrated PV Modules, Berrei va Kampen. 2008], dove vengono raggiunti valori di temperatura fino a 85°C.
Un’altra problematica tipica dei sistemi fotovoltaici integrati è costituita dalla presenza di ombreggiamenti che sono spesso dovuti alla morfologia del territorio ed alla presenza di ostacoli o altri edifici. Poichè all’interno di una stringa i moduli sono collegati in serie, anche l’ombreggiamento parziale di un singolo modulo influenza la performance dell’intero sistema.
Considerando il caso studio dell’edificio Ex Post ad esempio, le simulazioni teoriche mostrano una perdita di produzione causata dall’ombreggiamento pari al 13%.
Nella progettazione di questo tipo di sistemi è perciò essenziale tenere in considerazione questi fattori al fine di minimizzare le perdite dovute all’orientamento non ottimale, alla temperatura ed agli ombreggiamenti.
La scelta della tecnologia fotovoltaica più adatta considerando l’orientamento e le caratteristiche climatiche del luogo, la presenza di ventilazione o di un sistema di raffrescamento e la disposizione delle stringhe in considerazione dell’ombreggiamento del sistema, sono aspetti fondamentali per garantire la buona performance del sistema.
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