Solo 2%! Perché il BIPV non viene ancora applicato su larga scala?
Solo 2%! Perché il BIPV non viene ancora applicato su larga scala?
Negli ultimi dieci anni, la rapida crescita del fotovoltaico ha raggiunto un mercato globale di circa 100 GWp installati ogni anno, il che significa che ogni anno vengono prodotti e venduti circa 35-400 milioni di moduli solari. Tuttavia, integrarli negli edifici è ancora un mercato di nicchia. Secondo l'ultimo rapporto del progetto di ricerca europeo Orizzonte 2020 PVSITES, solo il 2% circa della capacità FV installata è stata integrata negli edifici nel 2016. Questa cifra banale è particolarmente accattivante se si considera oltre il 70% del consumo energetico. L'anidride carbonica prodotta in tutto il mondo viene consumata nelle città e circa il 40-50% di tutte le emissioni di gas serra proviene dalle aree urbane.
Per affrontare questa sfida dei gas a effetto serra e promuovere la produzione di energia in loco, il Parlamento europeo e il Consiglio hanno introdotto nel 2010 la direttiva 2010/31 / UE sulla prestazione energetica degli edifici, il cui concetto è "Edifici a energia quasi zero (NZEB)". La direttiva si applica a tutti i nuovi edifici costruiti dopo il 2021. Affinché i nuovi edifici possano ospitare istituzioni pubbliche, la direttiva è entrata in vigore all'inizio di quest'anno.
Non sono specificate misure specifiche per ottenere lo stato NZEB. I proprietari degli edifici possono considerare vari aspetti dell'efficienza energetica, come l'isolamento, il recupero del calore e i concetti di risparmio energetico. Tuttavia, poiché il bilancio energetico complessivo di un edificio è un obiettivo normativo, per raggiungere lo standard NZEB, la produzione di energia attiva all'interno o intorno all'edificio è essenziale.
Potenziale e sfida
Non c'è dubbio che l'implementazione del fotovoltaico giocherà un ruolo importante nella progettazione di edifici futuri o nella trasformazione delle infrastrutture edilizie esistenti. Lo standard NZEB sarà una forza trainante per raggiungere questo obiettivo, ma non è l'unico. Il Building Integrated Photovoltaics (BIPV) può essere utilizzato per attivare aree o superfici esistenti per la produzione di elettricità. Pertanto, non è necessario alcuno spazio aggiuntivo per portarne di piùPVnell'area urbana. Il potenziale per l'elettricità pulita generata dalla generazione di energia fotovoltaica integrata è enorme. Come ha scoperto l'Istituto Becquerel nel 2016, la quota potenziale della produzione di energia elettrica BIPV tedesca sulla domanda totale di elettricità supera il 30% e persino circa il 40% per i paesi più meridionali (come l'Italia).
Ma perché le soluzioni BIPV svolgono ancora un ruolo marginale nel settore del solare? Finora, perché sono raramente considerati nei progetti di costruzione?
Per rispondere a queste domande, il Centro di ricerca Helmholtz-Zentrum di Berlino (HZB) in Germania lo scorso anno ha organizzato un seminario e ha comunicato con le parti interessate in tutte le aree del BIPV per condurre un'analisi dei bisogni. I risultati mostrano che non è una mancanza di tecnologia stessa.
Al seminario HZB, molte persone del settore edile stanno implementando progetti nuovi o di ristrutturazione e hanno riconosciuto che esiste una lacuna di consapevolezza nel potenziale e nelle tecnologie di supporto di BIPV. La maggior parte degli architetti, progettisti e proprietari di edifici semplicemente non dispone di informazioni sufficienti per integrare la tecnologia fotovoltaica nei loro progetti. Di conseguenza, ci sono molte riserve sul BIPV, come il design accattivante, i costi elevati e la complessità proibitiva. Per superare questi evidenti malintesi, le esigenze di architetti e costruttori devono essere messe al primo posto e la comprensione di come questi stakeholder vedono il BIPV deve essere al centro dell'attenzione.
Funzionalità e stile
BIPV si caratterizza per il fatto che i moduli solari sono parte integrante della pelle dell'edificio e quindi diventano un elemento edilizio multifunzionale. Oltre a generare elettricità, il componente deve ora assumere anche altre funzioni della parete esterna dell'edificio.
L'alternativa più nota alle tradizionali installazioni sul tetto sono i moduli solari, che sono funzionalmente ed esteticamente integrati direttamente sul tetto. Pertanto, questi componenti non solo possono generare elettricità, ma fungono anche da tetto per proteggersi dal vento e dalla pioggia. Se visibili, nel caso di un tetto spiovente, i moduli solari influenzeranno anche l'aspetto dell'edificio. La diversità degli elementi del tetto convenzionali richiede anche elementi attivi fotovoltaici con un alto grado di variabilità nella forma, nel colore e nell'aspetto. Sono necessari moduli vetro-vetro omogenei e di grandi dimensioni, nonché piccoli sistemi, come le tegole, la cui forma e colore si abbinano perfettamente alle tegole convenzionali.
Norme simili valgono anche per i moduli solari utilizzati come elementi per pareti esterne, ma qui la qualità estetica è particolarmente importante. Esistono vari tipi di facciate attive fotovoltaiche. I moduli solari installati come facciate fredde ventilate possono sostituire facilmente gli elementi tradizionali delle facciate ventilate. Ma la soluzione può essere utilizzata anche come elemento di facciata caldo, ad esempio attaccandosi direttamente alla facciata. Oltre all'impermeabilità, l'isolamento termico o acustico sono altri attributi che gli elementi di facciata attivi FV possono fornire.
Per quanto riguarda la funzione estetica degli elementi di facciata, esistono già diversi concept sul mercato. I componenti di colore vanno da antracite / nero a grigio, blu, verde, giallo e uniforme"d'oro". Ad esempio, questi colori possono essere ottenuti utilizzando uno speciale vetro frontale contenente una struttura a nano-strati. È importante che la potenza di uscita di questo tipo di modulo non venga ridotta eccessivamente. Rispetto al modulo tradizionale con vetro frontale trasparente, la sua potenza iniziale può raggiungere oltre l'80%.
Un'alternativa all'utilizzo di questo speciale vetro frontale è la stampa in ceramica. Questa tecnologia consente di ottenere colori uniformi e un'altra caratteristica che piace agli architetti: la possibilità di stampare quasi qualsiasi struttura o immagine sulla parte superiore del modulo. Questa funzione, infatti, rende quasi invisibili all'osservatore le celle solari che compongono il modulo. Tuttavia, questa stampa influisce maggiormente sulla potenza finale. Ma poiché le celle solari sono quasi completamente invisibili, questa tecnologia può essere applicata anche a moduli di cristallo ad alta potenza, quindi può essere utilizzata come elemento architettonico di alto valore estetico e di alta potenza.
La terza tecnica per creare elementi BIPV colorati consiste nell'utilizzare fogli colorati. Il costo di questa tecnologia è inferiore e, cosa più importante, consente quasi tutti i colori. Grazie a questa funzione, i ricercatori del Centro svizzero di elettronica e microtecnologia (CSEM) sono in grado di sviluppare moduli a celle solari bianche. In linea di principio, questo tipo di sviluppo può"attivare" un gran numero di facciate bianche convenzionali nel mondo.
L'integrazione di celle o moduli solari negli elementi ombreggianti è un modo interessante per combinare la protezione solare e la produzione di energia. Ad esempio, ciò può essere ottenuto utilizzando un vetro con una copertura molto sottile e uniforme di materiale fotovoltaico attivo. Le tecnologie a film sottile come i semiconduttori organici (OPV), CIGS (seleniuro / solfito di gallio indio rame) o silicio a film sottile sono molto adatte per tali applicazioni.
In alternativa, se le celle di silicio cristallino sono disposte secondo uno schema in un modulo vetro-vetro o hanno un ampio spazio tra le celle, la traslucenza può anche essere ottenuta utilizzando celle di silicio cristallino. Questo concetto viene utilizzato nei sistemi di installazione aerea insieme alle facciate continue in vetro verticali. Può anche essere installato in un dispositivo ombreggiante mobile per ridurre la luce solare in determinati momenti della giornata.
Tutti questi metodi dimostrano il modo in cui i moduli solari BIPV possono fornire funzioni aggiuntive e risolvere problemi estetici, rendendoli più attraenti per gli architetti. Tuttavia, rispetto ai moduli di ottimizzazione della potenza convenzionali, sono anche accompagnati da un certo grado di riduzione della potenza in uscita. Nonostante la perdita di potenza, i loro vantaggi estetici e funzionali li rendono ancora attraenti per il settore edile e l'enfasi del settore edile sull'ottimizzazione della generazione di energia è stata notevolmente ridotta. In considerazione di ciò, gli elementi BIPV dovrebbero essere confrontati con gli elementi edili convenzionali non elettrici.
Cambia mentalità
BIPV è diverso dai tradizionali sistemi solari su tetto sotto molti aspetti. Tradizionalesistemi solari sul tettonon richiedono multifunzioni, né considerano l'estetica. Se si sviluppano prodotti per l'integrazione in elementi architettonici, i produttori devono riconsiderare. Architetti, costruttori e utenti di edifici inizialmente si aspettavano di implementare funzioni convenzionali nella pelle dell'edificio. Dal loro punto di vista, la generazione di energia è una proprietà aggiuntiva. Inoltre, gli sviluppatori di elementi BIPV multifunzionali devono considerare anche quanto segue:
Sviluppare soluzioni personalizzate convenienti per elementi edilizi attivi dal sole con dimensioni, forma, colore e trasparenza variabili;
Definizione di standard e prezzi interessanti (idealmente può essere utilizzato per strumenti di pianificazione consolidati, come il Building Information Modeling (BIM);
Integrare elementi fotovoltaici in nuovi elementi di facciata attraverso la combinazione di materiali da costruzione ed elementi generatori di energia;
Elevata elasticità contro le ombre temporanee (parziali);
Stabilità a lungo termine e stabilità a lungo termine e degrado della potenza erogata e stabilità a lungo termine e degrado dell'aspetto (come la stabilità del colore);
Sviluppare concetti di monitoraggio e manutenzione per adattarsi alle condizioni specifiche del sito (considerare l'altezza di installazione, sostituire i moduli difettosi o gli elementi della facciata);
E soddisfare i requisiti legali di sicurezza (inclusa la protezione antincendio), diritto edilizio, diritto dell'energia e altri requisiti legali.
La questione della conformità normativa è una sfida per tutte le parti interessate. I regolamenti edilizi e le normative nel settore energetico di solito dipendono in larga misura dalle normative locali. Non solo sono diversi da paese a paese, ma spesso si discostano in modo significativo l'uno dall'altro in diversi stati, città e persino comunità locali. Tuttavia, non è solo necessario adattarsi all'industria dell'energia solare.
L'industria edile deve essere consapevole della propria responsabilità nei confronti della società nel suo insieme. Sia i progetti di nuova costruzione che di ristrutturazione devono considerare esplicitamente il consumo di energia e la produzione di energia in loco. Gli architetti e il personale di costruzione devono essere disposti a utilizzare nuovi materiali ed elementi che forniscono ulteriori funzioni di generazione di energia. Devono anche accettare i cambiamenti nel loro regolare processo di pianificazione, perché gli aspetti elettrici devono essere considerati in fase di progettazione.
Ridurre il divario
L'integrazione della generazione di energia fotovoltaica negli edifici è una sfida per tutte le parti interessate. Non solo ci sono conoscenze sulla tecnologia e le possibilità, ma ci sono anche divari tra le culture. Per colmare queste lacune, è necessario costruire un ponte tra il mondo delle costruzioni e il mondo dell'energia. La sfida deve essere gestita da tutti: architetti e progettisti; produttori di materiali e componenti; e dipartimenti di ricerca e sviluppo. Queste sfide sono solitamente nuove sfide per tutti i partecipanti e sono influenzate dai pregiudizi esistenti. Queste sono sfide multiformi e, in sostanza, possono essere affrontate insieme solo dopo aver accettato un cambiamento di pensiero.
