La pro­du­zione di ener­gia so­lare in fac­ciata, fra ar­chi­tet­tura e tec­no­lo­gia

Progetti di ieri e di oggi per costruire l'università di domani

È possibile realizzare moduli fotovoltaici da utilizzare come elementi architettonici per l’involucro edilizio con caratteristiche personalizzabili e allo stesso tempo efficienti e a basso costo?

Date de publication
04-10-2017
Revision
04-10-2017
Erika Soretta
Istituto sostenibilità applicata all’ambiente costruito SUPSI
Francesco Frontini
Professore, Istituto di sostenibilità applicata all'ambiente costruito (ISAAC) SUPSI

«Naturalmente insita nella vera natura di ogni buon edificio, in altre parole di quel genere di costruzione chiamato Architettura, è la natura dei materiali impiegati nella costruzione. Un edificio di pietra non sarà più, né sembrerà, un edificio d’acciaio...»

«Un edificio d’acciaio e vetro non potrà avere altro aspetto all’infuori del suo. Esso glorificherà l’acciaio e il vetro. E così via, percorrendo l’intero lungo elenco delle disponibili ricchezze di materiali: la pietra, il legno, il calcestruzzo, i metalli, il vetro, i tessuti, le sostanze plastiche, gli agglomerati. L’architetto, procedendo in armonia con la natura, deve intelligentemente approfondire qualsiasi materiale di cui si serva in vista dei propri scopi, secondo i metodi e la sensibilità di un uomo di questa epoca… Tutti i materiali possono essere meravigliosi, e la loro bellezza dipende in gran parte o completamente dall’efficacia con la quale vengono utilizzati...»

Frank Lloyd Wright

Nel corso della storia della costruzione, l’utilizzo di un materiale in architettura si è sempre arricchito di un qualcosa d’altro rispetto alla semplice innovazione tecnologica, caricandosi di significati simbolici, esprimendo una propria valenza linguistica, un cambiamento e una volontà progettuale. Nell’immaginario comune, ad esempio, il vetro rappresenta il materiale in grado di esprimere per eccellenza un senso di leggerezza costruttiva, e nel contempo sensoriale, peculiarità che si traducono nella smaterializzazione fisica dell’oggetto architettonico e nell’ottenimento di una trasparenza percettiva e psicologica. Quando si sente parlare di fotovoltaico invece, l’immagine che viene richiamata nella nostra mente è un tetto blu oppure quella di pannelli solari appoggiati su coperture piane. Benché tali dispositivi contribuiscano alla produzione di energia rinnovabile, è questa l’innovazione in architettura? E inoltre, cosa dire di tutte le altre superfici di un edificio che potrebbero divenire parti di involucro attive per produrre energia rinnovabile?

Da un po’ di tempo, esperti di fotovoltaico e architetti stanno sperimentando l’utilizzo di componenti di facciata che siano in grado di produrre energia elettrica, oltre ad essere elementi edilizi funzionanti e affidabili. Esempi di facciate fotovoltaiche sono già presenti a livello internazionale e federale, e si stanno diffondendo anche in Ticino. Tuttavia, esse sono spesso considerate come realizzazioni singolari, destinate principalmente a progetti-pilota e progettati su misura, con conseguenti costi elevati. Per superare questa percezione e, al tempo stesso, per non limitare le scelte tecniche e progettuali di architetti e costruttori di facciate, la Commissione europea ha finanziato il progetto di ricerca «SmartFlex». Obiettivo del progetto, di cui l’Istituto sostenibilità applicata all’ambiente costruito (ISAAC) della SUPSI è partner, è quello di studiare e sviluppare componenti fotovoltaici dall’aspetto personalizzabile in termini di forme e colori, disponibili per il mercato edilizio a larga scala e a costi sostenibili. Il progetto, iniziato nel 2013, è stato finanziato dall’Unione Europea con 2,9 milioni di euro per un periodo di 36 mesi (più 6 per il monitoraggio della facciata dimostrativa) e ha visto la partecipazione di diversi partner, leader nel settore del fotovoltaico e del vetro per l’architettura.

Sul mercato dei moduli fotovoltaici sono presenti molti prodotti che sono composti da celle solari blu o nere inserite tra due strati di vetro, in grado anche di trasmettere una porzione di luce dall’esterno verso l’interno, oppure tra un vetro e un altro materiale opaco (in genere un incapsulante plastico). Quando questi prodotti rispondono anche ai requisiti edilizi possono sostituire altri elementi dell’involucro. Ad esempio, possono essere utilizzati per la realizzazione di rivestimenti di superfici opache o vetrate semitrasparenti.

Al fine di offrire moduli fotovoltaici adatti all’integrazione edilizia e dall’aspetto diverso da quelli tradizionali, si stanno sviluppando ricerche per innovativi moduli fotovoltaici, tra cui quelli colorati. Un importante contributo a questo ambito della ricerca è stato fornito attraverso il progetto «SmartFlex», all’interno del quale è stata sviluppata una particolare tecnica di trattamento del vetro che permette di ottenere la colorazione del modulo. L’effetto è ottenuto mediante la stampa digitale di piccoli «puntini di inchiostro ceramico», che permettono ad esempio di visualizzare un motivo o un’immagine complessiva quando i moduli vengono montati in facciata. Questo processo produttivo flessibile permette anche di definire la forma e la trasparenza del modulo a seconda delle esigenze del progettista.

Dal punto di vista energetico, l’aggiunta di uno strato colorato davanti alle celle solari comporta una diminuzione della luce incidente e, di conseguenza, della produzione di elettricità. Tuttavia, tra gli scopi delle sperimentazioni intraprese con questo progetto di ricerca, vi è stata la determinazione delle tipologie di colori e delle caratteristiche dell’immagine che si possono riprodurre su un modulo fotovoltaico colorato affinché quest’ultimo risulti energeticamente efficiente. Tra le varie attività dell’ISAAC all’interno del progetto, c’è stata infatti la valutazione della resa energetica di alcuni prototipi di moduli colorati in modo da ottimizzarne il design e quindi la resa.

Inoltre, il risultato di tali valutazioni energetiche è diventato il punto di partenza per la concezione di uno strumento (in via di definizione) utile agli architetti per la progettazione e ottimizzazione energetica di facciate attive fotovoltaiche colorate. Ciò è pensato per dare la possibilità di scegliere l’aspetto della facciata fotovoltaica, senza però dimenticare gli aspetti energetici che possono essere stimati al variare delle scelte architettoniche: dalle celle solari in vista fino a vetri con disegni e motivi colorati, scritte o immagini che riescono a dissimulare e mimetizzare completamente le celle solari retrostanti.

Tra gli obiettivi del progetto di ricerca «SmartFlex» è stata prevista la realizzazione di una facciata fotovoltaica con moduli personalizzati colorati e con un’immagine impressa. La facciata in questione è stata realizzata come seconda pelle di un edificio già esistente, situato in Lituania e sede ospitante gli uffici del partner di progetto Glassbel. Nel recupero dell’edificio, è stato quindi progettato un nuovo «schermo» davanti alla facciata esistente, finalizzato a migliorare le prestazioni energetiche dello stabile, a produrre energia elettrica e a conferire una nuova immagine all’edificio. I vetri solari installati sono elementi speciali di altezza 3,5 m e larghezza 1,5 m, fissati sui lati corti al vecchio edificio tramite un’apposita struttura puntuale di fissaggio. In particolare, i moduli prevedono una disposizione delle celle solari che lasciano libera la visuale verso l’esterno in corrispondenza della fascia di finestre esistenti. Oltre a questo, sui diversi moduli è stata stampata l’immagine di un orizzonte sul mare, oltre al logo e al nome del partner Glassbel, entrambi visibili dall’esterno. Complessivamente, sono stati installati 90 elementi vetrati, con e senza celle, che costituiscono due facciate per un totale di circa 200 m² di estensione e per una potenza energetica di 100 MW all’anno che verrà monitorata nel tempo.

La realizzazione di questa facciata dimostra la concretezza dei risultati del progetto «SmartFlex» e la fattibilità delle idee sviluppate. Il trasferimento tecnologico alla realtà architettonica è una delle missioni che il team Involucro Innovativo e il Centro di Competenza sul fotovoltaico integrato (BIPV) dell’ISAAC della SUPSI persegue e promuove, anche attraverso il sito web www.bipv.ch.

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