Frangisole fotovoltaici. Efficienza e integrazione totale

La ricerca della luce e della trasparenza ha condotto all’uso sempre più diffuso di coperture e spazi vetrati con la conseguente necessità di un efficiente controllo della radiazione solare e dei fenomeni di abbagliamento. I frangisole si sono così trasformati da semplici sistemi oscuranti a elementi compositivi capaci di caratterizzare l’intera architettura di un edificio. Tra i sistemi più innovativi si stanno affermando i frangisole fotovoltaici che coniugano la doppia funzione di regolare la luminosità e la temperatura all’interno degli ambienti e di trasformare direttamente l’energia solare in energia elettrica. Le facciate fotovoltaiche così realizzate diventano un elemento vivo e attivo dell’involucro edilizio, ponendo al centro della progettazione le esigenze di comfort, risparmio energetico, estetica e sostenibilità.

Con la rapida affermazione degli involucri trasparenti, le schermature solari sono divenute una parte indispensabile dei sistemi di controllo delle condizioni climatiche indoor, grazie alla possibilità di controllare l’afflusso energetico della componente naturale dell'illuminazione attraverso la frontiera vetrata. L'attenzione progettuale e del costruire in modo compatibile con la salvaguardia ambientale ha indotto una forte ricerca in termini di tipologia dei materiali, tecnologie costruttive, prestazioni degli edifici e degli impianti, che ha portato all’integrazione dei pannelli fotovoltaici negli elementi schermanti, consentendo di trasformare la funzione protettiva dei brise-soleil in produzione di energia gratuita e rinnovabile. La funzione di controllo solare e di supporto per il dispositivo fotovoltaico vengono assolte da un unico dispositivo, che diviene non solo un elemento d’involucro, ma una soluzione tecnologica energeticamente performante ed efficiente che partecipa attivamente al bilancio energetico dell’edificio. Il risultato è la fusione del sistema di facciata e dei dispositivi frangisole in un unicum tecnologico, con un'integrazione architettonica totale ed armonica.

Sistemi fissi ed orientabili
In linea di massima vengono impiegati pannelli fotovoltaici che utilizzano la tecnologia a film sottile montati su di una struttura in alluminio estruso, preassemblato in fabbrica, che alloggia il complesso sistema di distribuzione dell'energia elettrica. La disposizione delle lamelle può variare notevolmente, ma in questo caso un ruolo importante è svolto dall'orientabilità.

I sistemi di ombreggiatura fissi integrano nella struttura dell'edificio i dispositivi fotovoltaici di protezione solare composti da lamelle di grandi dimensioni, lunga durata e grande affidabilità, in quanto utilizzabili in ogni condizione atmosferica. Questi sistemi sono adatti per zone climatiche molto calde e ridotta variabilità estate/inverno. Possiedono un'alta resistenza al vento grazie ai supporti rigidi e sono adatti quindi anche per edifici molto alti. Sono di facile assemblaggio e montaggio, grazie al sistema di costruzione modulare, e  necessitano di ridotta manutenzione.

I sistemi orientabili hanno l'importante vantaggio di integrare la possibilità di calibrare l’orientamento delle lamelle con la rotazione automatizzata dei moduli fotovoltaici in modo da incrementare la captazione solare, soluzione di norma difficilmente applicabile sugli involucri perimetrali degli edifici. Le lamelle orientabili possono infatti essere dotate di impianto ad “inseguimento solare” azionato da sensori esterni, che, grazie ad un software di tracciamento, controllano le unità motore. Le lamelle del sistema, più piccole dei sistemi fissi, vengono portate automaticamente nella posizione ottimale rispetto al sole, aumentando considerevolmente il rendimento in termini di produzione di energia.

I vantaggi
I sistemi di ombreggiatura fotovoltaici, oltre che contribuire all'incremento dell'autonomia energetica, si caratterizzano anche per ulteriori aspetti positivi: trattenendo quasi l’80% del calore dei raggi solari, consentono un risparmio energetico fino al 30% in termine di consumi degli impianti di climatizzazione estivi; si hanno minori rischi di surriscaldamento dei moduli silicei che possono quindi mantenere prestazioni elevate in termini di efficienza anche nei mesi più caldi; i dispositivi solari possono essere previsti sia per interventi di nuova costruzione che di recupero; l’impatto dei frangisole fotovoltaici può essere architettonicamente pregevole sia in termini cromatici che per la dinamica delle ombre che introduce nel prospetto e possono quindi rappresentare una possibilità di riqualificazione estetica degli edifici su cui vengono installati. Dal punto di vista economico i frangisole fotovoltaici si ripagano in un periodo che in media varia dai 9 agli 11 anni grazie agli incentivi statali (integrazione architettonica totale) e all’autoproduzione di energia elettrica: è un investimento con un ritorno di circa l’8-9% e con spese annue di esercizio e manutenzione stimabili in circa lo 0,5-1% del costo dell’impianto.

Frangisole fotovoltaici ad alta concentrazione
Recentemente è apparso sul mercato il sistema frangisole “Solarnova”, brevettato a Torino da Mario e Matteo Palazzetti di Nova Enginering sas e sviluppato da Savio Energy e Thesan spa. Solarnova trasforma il parasole in un elemento riflettente capace di concentrare la radiazione solare su di un captatore fotovolatico con celle a concentrazione di nuova generazione che, dovendo essere refrigerate con acqua, trasformano il modulo fotovoltaico in una mini caldaia dove l'acqua viene riscaldata ad una temperatura inferiore a 100°, producendo così sia energia fotovoltaica che acqua calda sanitaria. Le lamelle dell'innovativo frangisole esterno consentono infatti di svolgere tre funzioni: riflettere l’energia solare incidente, produrre energia elettrica e generare acqua calda. Senza radiazione incidente gli specchi si allineano verticalmente in modo automatico, proteggendo il sistema dalla grandine e permettendo alla radiazione diffusa di penetrare all'interno degli ambienti. Dalla struttura leggera, competitivo nei costi, il sistema Solarnova si integra perfettamente a livello architettonico, rispettando le normative sull’installazione fotovoltaica e termica. Solarnova ha vinto il Bando del Ministero dello sviluppo economico “Industria 2015” con il Progetto SCOOP, insieme con partner di primo livello, tra cui Enel, Enea, STMicroelectronics, Università e Centri di ricerca.

Articolo di Andrea Cantini e Massimiliano Bertoni

Per approfondimenti:
L.Ceccherini Nelli, E.D'Audino, A.Trombadore, Schermature fotovoltaiche, Alinea Editrice, 2007

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