Facciate ventilate fotovoltaiche 1 L’integrazione dei due sistem

Fig. 4.1 : Esempio di facciata ventilata fotovoltaica

L'architettura contemporanea sta dimostrando un'interesse crescente verso le facciate e tetti ventilati e verso i diversi tipi di materiali che li compongono.

Ispirata da questa crescente richiesta, attraverso un sistema di facciata ventilata fotovoltaica, si è in grado di ottenere una soluzione di innegabile valore estetico e imbattibile in termini di isolamento termico e acustico, in grado di produrre elettricità pulita e gratuita grazie al sole.

L'integrazione del fotovoltaico nelle facciate di un edificio indica un progresso significativo nelle applicazioni solari, rappresentando una soluzione tecnologica avanzata per coniugare il risparmio energetico e la produzione di energia elettrica.

Fig. 4.2 : Esempio di collettore solare ad aria

In questa configurazione, infatti, il pannello fotovoltaico, non opera solo come una fonte rinnovabile di energia elettrica, ma anche come un contributo alla modifica dell’ambiente interno tramite il riscaldamento dell’aria di ventilazione che può essere immessa negli ambienti interni.

In particolare, è possibile utilizzare collettori solari ad aria per immettere aria calda a temperatura controllata all’interno degli ambienti dell’edificio nei periodi invernali, mentre per i periodi estivi, è possibile utilizzare sistemi di ventilazione forzata per far uscire velocemente l’aria calda mantenendo bassa la temperatura all’interno dell’intercapedine e dell’intero pacchetto murario.

L'elettricità generata dall'impianto può essere convogliata direttamente nella rete e perciò commercializzata ai grandi distributori ed essere allo stesso tempo impiegata per il consumo personale (sistema isolato).

D'altro canto, le misure di involucro termico possono portare a un risparmio compreso tra il 25 e il 40% dell'energia consumata in un edificio.

In base all'orientamento della facciata, dalla posizione dell'edificio e dalla tecnologia fotovoltaica utilizzata, l'energia elettrica generata da un unico metro quadrato di sistema può arrivare a variare tra i 40 e i 200 kWh/anno; energia sufficiente per fornire fino a 10.000 ore di luce di lampadine a basso consumo di 20 W.

Le facciate ventilate fotovoltaiche soddisfano ottimamente, come mostrato nelle foto riportate, anche le esigenze estetiche più innovative dell’architettura contemporanea. Oltre agli evidenti vantaggi ambientali, nei paesi in cui la vendita di elettricità è regolamentata e incentivata tramite un premio che deve essere obbligatoriamente versato dall'azienda elettrica, un metro quadrato di tetto ventilato può portare a un beneficio netto di oltre 1000 euro durante la sua vita utile (25 anni).

Dal punto di vista finanziario e in base al tipo di edificio e alla sua posizione, la facciata ventilata fotovoltaica può apportare un ritorno sull'investimento superiore al 25% e un periodo di ammortizzazione eccellente.

I dieci vantaggi chiave di una facciata ventilata fotovoltaica sono: Produzione di elettricità;

Risparmio energetico grazie all'isolamento (fino al 40%); Maggiore capacità di isolamento;

Eliminazione di ponti termici;

Aumento del confort termico negli interni; Riduzione dell'inquinamento acustico;

Protezione della facciata e del tetto dell'edificio;

Maggiore produzione di energia in condizioni di bassa luminosità; Maggiore produzione di energia in presenza di alte temperature; Designe innovativo.

Fig. 4.4 : Center for Genomic and Oncologic Research, Granada (Spagna)

Le aziende di produzione si occupano di sviluppare la progettualità in maniera personalizzata, in base alle esigenze del singolo intervento.

La progettazione dell’impianto in virtù delle caratteristiche ambientali ed economiche si sviluppa, nel contenimento e nel risparmio energetico, secondo le norme vigenti e l’incentivazione prevista, tale da mettere a confronto i vari conti economici determinandone poi il più vantaggioso.

Dopo aver definito il progetto, le aziende si occupano anche dell’installazione, della gestione e della manutenzione secondo sempre nuovi sistemi di telecontrollo a distanza. Nel 1990, l'aumento della ricerca sul fotovoltaico termico (PV-T o FV-T) a quanto pare è stata una risposta al degrado ambientale globale e al crescente interesse del settore delle costruzioni verso l’integrazione del fotovoltaico negli edifici (BiPV-T: building integrated PV-T).

Sono state esaminate anche le caratteristiche di raffreddamento di sistemi alternativi ai BiPV, da gruppi di ricerca differenti come Clarke et al., Moshfegh e Sandberg, e Brinkworthetal. Hollick, ha segnalato l'efficienza complessiva quando venivano aggiunte le celle solari sui pannelli solari termici con rivestimenti metallici.

Mediante il ciclo di refrigerazione di Rankine, l’energia solare viene assorbita dall'evaporatore PV-T che opera ad una temperatura inferiore a quella dell'ambiente circostante, e successivamente rilasciata al condensatore raffreddato ad acqua (PV-T/w) ad una temperatura superiore.

L'efficienza della cella è quindi superiore rispetto all'efficacia operativa standard. Il coefficiente di prestazione (COP) della pompa di calore risulta migliore anche a causa della temperatura di evaporazione superiore a quella dell'aria nella pompa di calore stessa.

Sulla base di questo principio di funzionamento, Ito et al. hanno costruito un sistema PVT-SAHP con celle fotovoltaiche in silicio (pc-Si) e pannelli “roll-bond” in alluminio. I risultati sperimentali hanno indicato che il COP della pompa di calore è in grado di raggiungere il valore di 6.0, con la fornitura di acqua calda (40°C) al condensatore.

Si è inoltre trovato che la presenza di celle solari influisce poco le prestazioni termiche del la pompa di calore SAHP, ma la complicazione nel controllo può essere una preoccupazione.

4.1.1 Sviluppi dei sistemi collettori PV–T riportati negli ultimi dieci

anni

4.1.1.1 Collettori PV-T ad aria (PV-T/a)

Il design del collettore ad aria fornisce una soluzione semplice ed economica per il raffreddamento dei sistemi fotovoltaici e per il riscaldamento dell'aria a diversi livelli di temperatura attraverso il flusso forzato o naturale.

La circolazione forzata è più efficiente della circolazione naturale permettendo un migliore trasferimento di calore convettivo e conduttivo, ma la potenza del ventilatore utilizzata a tale scopo riduce il guadagno netto di energia elettrica.

Hegazy ha effettuato un'approfondita indagine termica, su prestazioni elettriche e idrauliche, in particolare su quattro modalità costruttive di collettori PV-T/a, come mostrato in figura 4.5.

Fig. 4.5 : Modalità costruttive dei collettori ad aria (PV-T/a) esaminati

Tra questi figurano:

Modo 1: canale di ventilazione sopra al sistema PV;