BIFV – Building Integrated PhotoVoltaics

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Sistemi fotovoltaici integrati negli edifici

Il tetto e le facciate di un edificio sono superfici che presentano un ingombro in pianta, indipendentemente dalla presenza di un sistema FV.

Il sistema stesso non introduce quindi nessun impatto dovuto all’occupazione di nuove superfici, come invece accade per le centrali FV, che necessitano di molto spazio.

Una parte dei materiali di rivestimento dell’edificio può essere sostituita dai moduli FV che, in questo caso, funzionano da vera e propria struttura di copertura. Questi risparmi sono subordinati alla circostanza che il sistema FV venga progettato assieme all’edificio stesso (intervento architettonico di integrazione) e perciò queste considerazioni non valgono in genere per interventi di tipo “retrofit”, vale a dire eseguiti successivamente alla costruzione dell’edificio a meno che l’installazione dell’impianto venga effettuata in concomitanza con interventi di manutenzione ordinaria o straordinaria dell’edificio.

Con il termine “multifunzionale” si indica un elemento FV capace non solo di generare energia elettrica, ma anche di svolgere altri ruoli nella gestione dei flussi energetici tra l’edificio e l’ambiente esterno. Un esempio è fornito dai moduli FV “frangisole” che si comportano come delle vere e proprie tende da appartamento, schermando la luce quando il sole è alto sull’orizzonte e riducendo quindi il carico termico sugli ambienti interni dell’edificio e la richiesta di condizionamento per mantenere una fissata condizione di comfort interno. Un altro esempio è costituito dai moduli ibridi fotovoltaico-termici che, grazie ad un sistema di retro-ventilazione, vengono continuamente raffreddati in fase di esercizio; essi migliorano in tal modo le loro prestazioni e allo stesso tempo rendono disponibile una certa quantità di energia termica da utilizzare poi per alcune esigenze dell’edificio, come il riscaldamento degli ambienti interni o la produzione di acqua calda per usi sanitari.

I sistemi collegati in rete ed integrati negli edifici

Come già sottolineato, i sistemi collegati in rete intraprendono, con la rete stessa, uno scambio di energia bidirezionale. La rete supporta infatti l’impianto FV nei periodi in cui le richieste dell’utenza eccedono la produzione da fonte solare ed accetta l’energia in eccesso prodotta dal sistema FV quando il suo output supera la domanda energetica dell’utenza. Il conteggio dei flussi nelle due direzioni avviene mediante due contatori, uno per l’energia che dalla rete arriva nell’edificio ed uno per l’energia che l’impianto FV trasferisce alla rete.

L’attuale legislazione in Italia prevede che i kWh di energia elettrica che l’impianto FV immette in rete vengano scalati dalla bolletta (sistema di net-metering).

L’inverter, oltre alla fondamentale funzione di rendere disponibile corrente alternata, assicura che l’energia immessa in rete sia di alta qualità. La rete elettrica, infatti, non può permettersi di accettare elettricità “sporca”, vale a dire al di fuori di limiti molto restrittivi di tensione e frequenza. Gli in verter sono oggi dotati di sistemi automatici in grado di disconnetterli dalla rete in caso di guasto o cattivo funzionamento, in modo da proteggere sia la rete elettrica sia l’impianto fotovoltaico.

LE TIPOLOGIE ARCHITETTONICHE DEGLI IMPIANTI FV

Gli impianti FV in architettura possono essere classificati a seconda della tipologia, vale a dire della disposizione dei moduli sulle coperture di un edificio. Qui di seguito sono riportate le tipologie oggi più diffuse.

Tetto piano (terrazza)

I moduli vengono montati su strutture di supporto diverse da quelle dell’edificio. Il sistema può essere disposto in maniera ottimale, tale cioè che la sua resa energetica annuale sia massima, ma l’effetto estetico può essere mediocre.

Tetto inclinato

In questo caso i moduli FV sono montati sul tetto inclinato dell’edificio. La loro inclinazione ed il loro orientamento non sono quindi liberi e la resa energetica può non essere ottimale, ma può non esservi necessità di strutture portanti e l’effetto estetico è senza dubbio migliore grazie ad una maggiore armonizzazione tra edificio ed impianto.

Facciata

Le facciate di un edificio offrono grandi superfici e la possibilità di realizzare impianti di elevata valenza estetica, soprattutto combinando i moduli FV con altri elementi, come ad esempio superfici vetrate. Alle latitudini italiane, il lato negativo di questa soluzione architettonica è il basso valore dell’energia solare che raggiunge una superficie in facciata rispetto ad una inclinata.

Nella figura a fianco è riportato un esempio di moduli semitrasparenti completamente integrati nella struttura dell'edificio in modo da realizzare la totale sostituzione delle finestrature.

Lucernari

I moduli FV possono essere installati come copertura dei lucernari presenti sul tetto di un edificio. L’inclinazione non è in questo caso necessariamente ottimale ai fini della produzione di energia elettrica.

Coperture curve

Soluzioni di questo tipo offrono la possibilità di ottenere effetti estetici notevoli sul tetto e sulle facciate di un edificio.

Frangisole

In questo caso i moduli sono disposti in facciata, ma non verticalmente, bensì con una certa inclinazione, al fine di realizzare uno schermo per i raggi del sole in corrispondenza di posizioni alte sull’orizzonte.

Si noti che, per stimare correttamente il reale beneficio energetico di tale soluzione, non ci si può fermare alla sola energia elettrica prodotta, ma bisogna valutare anche l’energia di condizionamento risparmiata grazie all’azione “frangisole” dei moduli FV che riducono il carico termico e quindi il riscaldamento degli ambienti interni dell’edificio.

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