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Saccuzzo, Mauro

Fotovoltaico: innovazioni di progetto e prestazioni ottenibili.

Rel. Orio De Paoli, Elena Piera Montacchini, Danila Voghera. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura per la sostenibilita_, 2012

Abstract:

INTRODUZIONE

Lo scopo di ogni strategia che ha per fine la sostenibilità è non compromettere per le generazioni successive l'evoluzione, preservando il patrimonio e le riserve naturali. Perseguire questo fine è possibile solo se si rendono competitivi i mercati, tali cioè di garantire una localizzazione efficiente di risorse ed alti livelli di servizio e di soddisfazione dell'utenza; i soli interessi di mercato, però, non sono in grado di soddisfare le necessità di soggetti più vulnerabili, ne di tutelare l'ambiente o la sicurezza energetica, ne tanto meno promuovere la ricerca a sostegno dell'innovazione e della diffusione delle nuove tecnologie.

Non risulta, quindi, semplice raggiungere uno sviluppo sostenibile. Nonostante negli ultimi anni si siano fatti dei buoni passi in avanti, l'obiettivo principale è, comunque, la speculazione: basti pensare a quanto capitato in Italia nel 2011. È indiscutibile il fatto che il nostro paese sia diventato leader mondiale per la potenza installata (e non prodotta) proveniente da impianti fotovoltaici, ma il fine di chi ha deciso di installare questo tipo di impianto era davvero la sostenibilità? Criticamente parlando, si pensa che l'obiettivo finale era ed è l'ottenimento degli incentivi statali; la campagna pro-fotovoltaico che è stata fatta non ha minimamente tenuto conto di dove questi impianti venivano installati, mi riferisco ad edifici che i tecnologi definiscono "colabrodo", cioè, edifici che, a causa delle grosse lacune rispetto alla tecnologia dell'architettura, disperdono calore ed energia più di quanto riescano effettivamente a produrne. Tecnologie come il fotovoltaico dovrebbero essere la punta di diamante di una squadra in grado di essere efficiente e performante anche senza il loro fiore all'occhiello. È evidente, dunque, che occorre cambiare direzione e questo richiede tempo: il ciclo di vita di alcuni investimenti, talvolta, è lungo e i cambiamenti non possono sempre essere accelerati in virtù del comportamento dei consumatori, restii a pagare nel presente il prezzo di un beneficio potenziale previsto però nel futuro. Il vivere e pensare sostenibile diventa così una sfida ambiziosa, il cui successo non può prescindere da una collaborazione tra investimenti economici, politiche energetiche e cooperazioni internazionali mirate. A dispetto di una crescita, esponenziale e inattesa, della popolazione mondiale l'attenzione si è spostata sull'attualissima questione dell'approvvigionamento energetico, la quale richiede, necessariamente, una stretta collaborazione internazionale a promozione degli investimenti nel rifornimento e nelle relative attrezzature.

Se così non fosse diverrebbe impossibile pensare di limitare il continuo aumento del prezzo del prezzo del petrolio o tenere il passo con il ritmo di crescita sostenuto che ha già interessato Cina, India, Brasile, Sud-Est asiatico e in un prossimo futuro si estenderà al continente africano. In questo campo sono proprio i paesi industrializzati ad essere chiamati alla sostituzione di un buon numero di impianti datati costruiti negli anni successivi alla seconda guerra mondiale e a riscattarsi dopo un periodo di investimenti nelle energie alternative insufficienti. È richiesto, quindi, di essere pronti a compiere scelte responsabili, una tra tutte è la riduzione delle emissioni di C02 attraverso lo sfruttamento di tecnologie mature, tanto per l'utilizzo quanto per la produzione energetica, privilegiando le fonti rinnovabili.

In campo edilizio, l'isolamento e la coibentazione, gli scaldabagni solari e le pompe di calore, con cui implementare le nuove architetture bio-climamiche, sono solo alcune delle possibilità per creare possibili alternative ecologiche al consumo energetico inquinante a petrolio e gas metano. Si parla di immobili ad altissima qualità ambientale tesi all'emissione zero di C02; dal lato dell'offerta, tecnologie mature e competitive quali grandi impianti di riscaldamento a legna, centrali idroelettriche, nucleari ed eoliche, centrali supercritiche a carbone, acidi combinati a gas, biocarburanti sostenibili di seconda generazione rappresentano la via verso la cosiddetta architettura sostenibile. Se si vuole pensare ad un lasso di tempo maggiore, occorre poi investire nello sviluppo delle tecnologie fotovoltaiche più efficaci, oggetto del mio studio.

Sono molti i soggetti ad essere coinvolti in questo tentativo di sviluppo: economia e Stato, i governi nazionali, ma anche le organizzazioni non governative. Tali organi dovrebbero strutturare il loro coinvolgimento in forme nuove che rispondano in maniera più adatta alle attese delle popolazioni, attraverso politiche energetiche con cui sensibilizzare i cittadini per guidarli nelle scelte quotidiane e coinvolgerli maggiormente nella progettazione ambientale dei loro quartieri e vita. Norme ed incentivi favorevoli, sia per l'habitat sia per i trasporti, dovrebbero incoraggiare tra i consumatori una domanda consapevole; mentre sull'altro versante, quello dell'offerta, la disponibilità di grandi dighe, parchi eolici, terminali a metano dipende anch'essa dall'esistenza di un quadro normativo attento alla protezione della popolazione che subisce un prezzo reale dell'energia e che prevede meccanismi di aiuto per le popolazioni più vulneri. A tale riguardo, le politiche energetiche mondiali dovrebbero adottare quel fine paritario di sviluppo delle energie rinnovabili e espansione delle capacità di accumulo dell'energia, con particolare attenzione alle zone rurali dei Paesi in via di sviluppo che non dispongono di una rete elettrica centralizzata.

Costruire una rete elettrica è infatti dispendioso ed inquinante se questa dipende dai combustibili fossili quale fonte di energia primaria. Tuttavia è possibile intraprendere una strada alternativa se si pensa che molti Paesi in via di sviluppo godono di abbondante energia solare, utilizzabile per produrre elettricità. Sta alle nazioni più sviluppate dare il via al processo, incominciando ad estendere l'utilizzo di energie rinnovabili al loro interno ed incoraggiando, al contempo, i Paesi in via di sviluppo lo sfruttamento di queste tecnologie; le politiche energetiche a favore delle energie rinnovabili vanno articolate chiaramente e concretizzate attraverso leggi e normative di semplice attuazione ed efficacia; i comportamenti atti a generare energia pulita vanno premiati, quelli che inquinano e aggravano il surriscaldamento globale disincentivati e scoraggiati.

I governi, in particolare gli enti locali, dovrebbero sforzarsi di offrire incentivi finanziari che promuovano l'edilizia in generale, le procedure normative e amministrative per le imprese di costruzioni in modo tale da sostenerle e incoraggiarle nella costruzione di strutture sempre più efficienti dal punto di vista energetico. Agli organi di Governo, in particolare, spetta il compito di creare incentivi per formare del personale qualificato nel campo delle energie rinnovabili. La commistione di sussidi e incentivi economici per le aziende che scelgono di investire in nuove tecnologie, che diventeranno mature nella seconda metà del XXI secolo, per costruire edifici energeticamente efficienti, può davvero aiutare i Paesi in via di sviluppo a gettare fondamenta durevoli su cui far crescere le proprie industrie a energia rinnovabile e ad alta efficienza energetica. Ma la suddetta politica deve essere orchestrata, mirata e calata nella specifica realtà territoriale: perché ogni nazione, ogni regione ha le proprie particolarità. Le buone prestazioni di un parco eolico in un Paese, come la Spagna, dove è presente un gran quantitativo di vento, saranno inferiori altrove e non sarebbe che controproducente pretendere che con una solo tipologia di impianto a combustibile rinnovabile si possano risolvere i problemi relativi alla produzione di energia elettrica. È, quindi, necessario, creare una sinergia tra gli impianti in modo tale da offrire la possibilità al supposto Paese di essere il più indipendente possibile.

Diverso è il caso di quelle popolazioni che tuttora si trovano nella condizione svantaggiata di non poter accedere alle forniture di energia "moderna": a questo proposito, si potrebbe pensare di proporre tecnologie che utilizzino fonti rinnovabili - come quelle in cui si fa riferimento in questo studio - o che non esasperino l'uso dei combustibili fossili rendendole più accessibili.

Tutto questo ci porta dunque alle cosiddette tecnologie ad emissione zero, o vicine allo zero, fondamentali per la sostenibilità. Tale concetto fu discusso per la prima volta al Summit di Rio de Janeiro ne, 1992. Si disse che l'energia è il collegamento più complicato per mettere insieme ambiente e sviluppo. Il principale obiettivo della sostenibilità è la salute dell'uomo e dell'ambiente, provati dall'incessante uso di combustibili convenzionali. Se si riuscisse a sconfiggere la povertà, si riuscirebbe a raggiungere l'obiettivo che lo sviluppo sostenibile si prefigge, cioè permettere l'accesso all'energia commerciale a quel terzo della popolazione mondiale che ancora non può permetterselo. È importante sottolineare che, solo per fornire energia elettrica per usi domestici alla fascia di popolazione pocanzi citata, occorrerebbe meno del 10% del consumo mondiale di energia e anche per l'elettricità il costo sarebbe irrisorio. Rendere più accessibili le fonti innovative di energia commerciale nei Paesi in fase di sviluppo vuoi dire soprattutto invogliare le nuove forme di utilizzo nelle aree rurali per gli usi domestici, rendendola disponibile per soddisfare le necessità basilari della relativa popolazione, migliorandone gli standard di vita, ma anche allargarne la disponibilità a beneficio della popolazione urbana che ancora oggi per larga parte qui vive sotto la soglia di povertà.

Occorrono allora strade percorribili, strutture istituzionali e cooperazioni per la decentralizzazione della produzione di elettricità attraverso generatori diesel, impianti idroelettrici, turbine eoliche, gassificatori a piccola scala di biomassa, impianti fotovoltaici già citati volti a minimizzare l'impatto energetico sull'ecosistema.

Un approccio possibile per i Paesi che ad oggi non si sono ancora sviluppati sarebbe quello di passare direttamente alle nuove tecnologie, evitando il passaggio intermedio che hanno, invece, fatto i paesi ormai sviluppati e non commettendo, quindi, i loro stessi errori.

Affinchè questo pensiero possa effettivamente prendere forma, la condizione necessaria è che il mercato diventi promotore dell'utilizzo diffuso di impianti ad energia rinnovabile. Di fatto, invece, la natura affaristica e a breve termine di molti attori finanziari tende a rappresentare un ostacolo, giacché la sfida dello sviluppo sostenibile è per definizione a lungo termine - ed onerosa nel breve termine.

Qual è dunque la direzione da percorrere? Senza dubbio, la cooperazione tra i Paesi più o meno avanzati non può che dar vita a nuove opportunità, a maggior ragione perché nazioni consumatrici e produttrici condividono interessi comuni.

Sviluppare ed esportare nei Paesi emergenti le tecnologie, ormai mature, dell'energia pulita richiede ovviamente un'approvazione a livello mondiale per consentire alle nuove grandi potenze come India Cina di trovare il loro ruolo in questo scenario.

Quel che si propone, in altre parole, è un modello misto di cooperazione attivo su due fronti: obiettivi energetici di promozione finanziaria per i paesi industrializzati ed una nuova via di sviluppo alternativa per le realtà emergenti, tale da consentir loro di saltare la tappa degli sprechi che i Paesi industrializzati hanno vissuto. A questi ultimi spetta promuovere, attraverso la ricerca, il trasferimento e l'adattamento di tecnologie mature a debole emissione di C02.

Relatori: Orio De Paoli, Elena Piera Montacchini, Danila Voghera
Soggetti: A Architettura > AD Bioarchitettura
S Scienze e Scienze Applicate > SE Ecologia
S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica
S Scienze e Scienze Applicate > SJ Illuminotecnica
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura per la sostenibilita_
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/2910
Capitoli:

INDICE

PARTE 1

INTRODUZIONE

1.1 QUALCHE DATO

1.2 DATI ECONOMICI

1.3 QUANTO PUÒ' DURARE?

1.4 NECESSITA' DI UN CAMBIAMENTO

1.5 PROSPETTIVE FUTURE

PARTE 2

GENERAZIONI A CONFRONTO

2.1 PRIMA GENERAZIONE: la tecnologia cristallina

2.1.1 SILICIO MONOCRISTALLINO

2.1.2 SILICIO POLICRISTALLINO

2.1.3 SILICIO A NASTRO ("RIBBON")

2.2 SECONDA GENERAZIONE: i film sottili

2.2.1 VANTAGGI & SVANTAGGI DEL FILM SOTTILE

2.2.2 FILM SOTTILI A CONFRONTO

a. SILICIO IDROGENATO AMORFO (a-Si)

b. a-Si DEPOSITATO DA FASE VAPORE

e. TELLULURO DI CADMIO (CdTe)

d. SOLFURO DI CADMIO MICROCRISTALLINO (CdS)

e. ARSENIURO DI GALLIO (GaAs)

f. DISELENIURO DI INDIO RAME (CIS)

g. DISELENIURO DI INDIO RAME GALLIO (CIGS)

2.2.3 IL METEODO DELLO "SPUTTERING"

2.2.4 UN'ALTERNATIVA "GREEN" PER CIS E CIGS

2.2.5 PREZZI & EFFICIENZE A CONFRONTO

2.2.6 NUOVO MATERIALE IBRIDO AUMENTO L'EFFICIENZA

DELLE CELLE

2.2.7 BRILLA PIÙ' LUCE NELLE CELLE A FILM SOTTILE

epi-Si

2.2.8 FILM SOTTILE Vs SILICIO CRISTALLINO

2.3 TERZA GENERAZIONE: nuove frontiere di fotovoltaico

2.3.1 CELLE SOLARI ORGANICHE ED IBRIDE

2.3.2 VANTAGGI E SVANTAGGI DELLE CELLE DSSC

2.3.3 VANTAGGI E SVANTAGGI DELLE CELLE ORGANICHE

2.3.4 CELLE SOLARI RICAVATE DALL'ERBA TAGLIATA: MIT

from "green grass" to "bright green"

2.3.5 FOTOVOLTAICO ORGANICO Vs TRADIZIONALE

PARTE 3

INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA

3.1 INTEGRAZIONE E SFIDE PER IL FUTURO

3.2 MODUS INTERVENIENDI

3.2.1 MODALITÀ' D'INTEGRAZIONE DEL SISTEMA FV 1a) Integrazione in facciata verticale non continua 1b) Integrazione con moduli inclinati su facciata verticale 1c) Integrazione su facciata inclinata 1d) Integrazione su copertura a falde inclinate 2a) Integrazione su copertura piana 2b) Integrazione di stringhe inclinate su copertura piana 2c) Integrazione di shed su copertura piana 2d) Integrazione in coperture curve 3) Integrazione nei dispositivi di controllo solare

4) Integrazione in strutture per l'arredo urbano

5) Integrazione negli spazi correlati alle grandi vie di

comunicazione

3.3 NUOVE TIPOLOGIE DI INTEGRAZIONE

3.3.1 PELLE FOTOVOLTAICA

3.3.2 CERAMICA & FOTOVOLTAICO

a. IL SETTORE CERAMICO E LA SOSTENIBILITA'

b. IL PRODOTTO

e. IL PROGETTO

d. QUANDO SUL MERCATO?

3.3.3 TEGOLE FOTOVOLTAICHE

3.3.4 PAVIMENTI FOTOVOLTAICI

3.3.5 FRANGISOLE FOTOVOLTAICI

a. SISTEMI FISSI E ORIENTABILI

SISTEMI FISSI SISTEMI ORIENTABILI

b. I VANTAGGI

e. FRANGISOLE FV AD ALTA CONCENTRAZIONE

3.4 L'INTEGRAZIONE CONVIENE?

CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA e SITOGRAFIA

ALLEGATI

ALLEGATO A: Guida integrazione architettonica

ALLEGATO B: Catalogo impianti FV integrati con caratteristiche

innovative

Bibliografia:

BIBLIOGRAFIA

Volumi

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Riviste

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Rivista Casa energia n.6 novembre-dicembre 2007;

Rivista FV fotovoltaici n. 1-2-3-4-5-6 anno 2006;

Rivista FV fotovoltaici n. 1-2-3-4-5-6 anno 2007;

Rivista FV fotovoltaici n. 1-2-3-4 anno 2008.

Norme di riferimento

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Tesi

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