· BENEDETTA LUCE

Analogo ragionamento per la discutibile legge sul recupero dei sottotetti, la quale gode oggi delle riduzioni del 36% previste dalla finanziaria per gli interventi di recupero e manutenzione, ma che potrebbe avere altre incentivazioni se tali ristrutturazioni comportassero la trasformazione del tetto in fotovoltaico o prevedessero la rimozione del cemento-amianto. Avere amianto da denunciare equivarrebbe a possedere una chiave per rifarsi il tetto a costi ridotti e un'occasione per sposare una speculazione immobiliare con una causa ambientale. Allo stato delle cose la legge sui sottotetti di Milano, promulgata per risparmiare quel territorio a verde della periferia normalmente consumato dalle ville unifamiliari e dai capannoni industriali, favorisce un innalzamento del centro città di un piano con un conseguente aumento della densità e del carico urbanistico degli immobili. Potrebbe essere il caso di rivisitare la legge motivandola con una sensibilità ecologica più sincera e orientarla verso la bonifica dell'amianto e verso la causa delle energie alternative.
Con la effettiva integrazione nell'edilizia di questi sistemi per la produzione di energia, i pannelli solari e quelli fotovoltaici entrano a tutti gli effetti nell'Architettura, proponendo così al mondo della progettazione e della composizione una lettura in chiave energetica del progetto. A differenza delle altre fonti di energia, quella legata allo sfruttamento dei raggi di luce non è, come si può ben immaginare, vincolata a precisi centri di produzione ma è distribuita uniformemente su tutto il territorio, per non dire su tutto il pianeta, un suo sviluppo e una sua incentivazione produrrebbe, quindi, delle trasformazioni a livello urbanistico capaci di convertire le nostre città, tradizionalmente luoghi ad alta entropia, in centrali energetiche. Da questo punto di vista il solare fotovoltaico offre delle opportunità sorprendenti, non solo

Ogni impianto costituito da pannelli solari termici svolge sostanzialmente quattro funzioni: la conversione della radiazione elettromagnetica del Sole in calore, il trasferimento del calore attraverso un fluido circolante, l'immagazzinamento del calore e infine la distribuzione. A tal fine questi impianti sono composti da un collettore per captare l'energia solare, da un serbatoio per l'accumulo dell'energia termica e da emettitori di calore.
Purtroppo la fonte luminosa non è continua, l'irraggiamento solare è soggetto a delle variazioni giornaliere e stagionali pertanto la maggior richiesta di energia, per il riscaldamento, non coincide con la maggior disponibilità della radiazione solare. Il problema da risolvere è quindi legato all'immagazzinamento dell'energia termica quando questa è disponibile o sovrabbondante, il serbatoio di calore rappresenta la soluzione adottata per risolvere questo problema.
Occorre precisare che non è possibile un immagazzinamento del calore a lungo termine, o addirittura per un'intera stagione. L'utilizzo dell'energia solare deve quindi soprattutto mirare a ridurre il più possibile i consumi energetici legati a un impianto di tipo tradizionale, poiché non può completamente sostituirsi ad esso. Rimane sempre necessario prevedere un'integrazione tra il sistema solare termico e quello tradizionale per far fronte alle peggiori condizioni climatiche, in modo da essere certi di avere l'acqua alla temperatura desiderata.
L'impianto tradizionale entrerà in funzione solo se l'acqua del sistema alternativo non è abbastanza calda. Quindi anziché dover portare l'acqua alla temperatura richiesta che di solito non è inferiore ai 45-50°C partendo da 10-14°C dell'acquedotto, l'acqua verrà riscaldata a partire da temperature superiori, conseguentemente si ottiene ugualmente un risparmio energetico ed economico.
Naturalmente per garantire un buon rendimento del sistema è molto importante la qualità dei collettori solari, dei componenti utilizzati, dei sistemi di controllo e dei sensori, i quali devono essere calibrati attentamente dopo l'installazione dell'impianto e controllati periodicamente.
I collettori sono in genere montati a moduli sul tetto degli edifici e possono avere dimensioni variabili a seconda del carico di riscaldamento richiesto.
La maggior parte dei pannelli solari hanno una superficie captante che si aggira intorno ai 2 - 3 mq, hanno uno spessore contenuto entro o i 100mm e un peso che a vuoto in genere varia dai 40 ai 50 kg. L'involucro ha la funzione di contenere i diversi componenti costituendo un'unità completa e direttamente applicabile. Quest'ultimo deve garantire l'impermeabilità, proteggendo gli elementi interni e deve, inoltre, consentire, tramite appositi fori posti lungo il lato inferiore del pannello, l'uscita dell'umidità per evitare la condensa sui materiali.
L'involucro può essere in alluminio, in ferro zincato, ecc. e deve essere resistente agli agenti atmosferici ed alla corrosione.
La superficie superiore è rivestita da un vetro temperato di sicurezza non riflettente.
Esistono particolari tipi di vetro a basso contenuto di ferro, che permettono un'alta trasmissione della luce solare migliorando i vantaggi del vetro normale, e anche speciali vetri a camera con superficie selettiva e contenenti un gas pesante, capaci di ridurre notevolmente la dispersione del calore e di aumentare l'effetto serra.
La funzione del vetro, infatti, oltre a quella di protezione, è anche quella di far penetrare la radiazione solare sotto forma di energia luminosa e di impedire l'uscita della radiazione termica, massimizzano l'apporto energetico.
Al vetro si possono associare diversi materiali allo scopo di ottenere dei vantaggi, per esempio possono essere usati come ulteriori elementi selettivi dei film sottili in plastica come il Tedlar o altro.
All'interno dei collettori, è presente un assorbitore costituito generalmente da una serie di tubi collegati tra loro in cui viene fatto circolare un fluido termovettore. Gli assorbitori, sono generalmente costituiti da lastre metalliche, con superficie scura e opaca, ottenuta con vernici sintetiche applicate solitamente a spruzzo.
Se la superficie è in rame si evita la verniciatura, per sfruttare al meglio il potere assorbente ed in parte selettivo dell'ossido di rame. Sulle superfici in alluminio la verniciatura può essere sostituita con la nichelatura ed un successivo annerimento tramite un processo di galvanizzazione, o con la ramatura e successiva ossidazione.
Le superfici in ferro possono venire sia verniciate che trattate con nichelatura o ramatura, con il seguente trattamento di annerimento. L'assorbitore può essere formato solamente da tubi trasparenti in vetro, pirex, quarzo o materie simili, in cui occorre annerire gli elementi captanti contenuti nelle tubature stesse.
In produzione esistono anche assorbitori con superfici sferiche o paraboliche riflettenti queste ultime vengono usate per dirigere sull'elemento captante una maggiore quantità di radiazione solare. Il fluido termovettore, che serve per trasportare il calore captato, in genere è una miscela con acqua e particolari sostanze anticongelanti, quali il glicole etilenico, l'alcool, ecc.
Sulla parete inferiore, e sulle pareti laterali del collettore solare è posto uno strato di isolante (lana minerale o poliuretano avente spessore 60-70 mm) per evitare le dispersioni di calore e per mantenere il riscaldamento dell'acqua per più tempo.
Per migliorare il rendimento del sistema e l'immagazzinamento del calore è necessario anche che l'intero impianto e il serbatoio siano ben isolati. Alcune perdite di calore sono comunque inevitabili per cui conviene sistemare il serbatoio di calore e la maggior parte delle tubature all'interno della casa. Alcune tipologie di collettori solari hanno all'interno delle tubazioni sottovuoto, per consentire di trattenere il calore che si crea sulla piastra captante. Il tubo in questione avendo una bassa inerzia termica trasferisce tutto il calore immediatamente all'acqua, evitando di disperdere energia termica.

Esistono diverse tipologie di impianti solari termici, la cui scelta dipende da diversi fattori. Innanzitutto dipende dal numero di persone che utilizzano l'acqua calda (tenendo conto che una persona mediamente ne consuma 50-60 litri al giorno), dal periodo dell'anno in cui si sfrutta l'impianto, dal grado di latitudine e dalla località geografica in cui verrà installato l'impianto.
I collettori dovrebbero essere posizionati in modo da trovarsi ad angolo retto rispetto alla maggior parte della radiazione solare incidente.
Per esempio, nel caso si volesse massimizzare l'assorbimento di calore durante i mesi invernali, i collettori dovrebbero essere posizionati verticalmente sulla facciata rivolta a sud.
Purtroppo non è sempre possibile orientare in modo adeguato i pannelli soprattutto se sono stati installati su edifici già esistenti, per questa ragione sarà necessario adottare una superficie maggiore dei collettori e un maggior capacità del serbatoio.
I pannelli solari dovranno essere installati con inclinazioni diverse a seconda del periodo di utilizzo previsto, per massimizzare gli effetti della radiazione luminosa. Se si prevede che l'impianto verrà utilizzato per tutto l'anno sarà bene inclinare i collettori con un'angolazione di 45°.
Se il funzionamento avverrà prevalentemente nei mesi estivi, occorre inclinare i pannelli attorno ai 30°. Viceversa se l'utilizzo è prevalente nei mesi invernali l'inclinazione dovrà essere attorno ai 60°.
Esistono due modi per far funzionare l'impianto solare, da cui ne derivano le diverse tipologie di sistemi. Uno è quello della circolazione naturale l'altro è quello di circolazione forzata.
I sistemi solari a circolazione naturale sono a circuito chiuso e funzionano senza l'utilizzo di pompe o sistemi elettrici.
Il fluido contenuto nei tubi del collettore quando si scalda diventando più leggero tende a salire verso il serbatoio passando attraverso ad uno scambiatore di calore. Questo può avere diverse forme, generalmente è caratterizzato da un tubo a serpentina in cui scorre il fluido, ed è immerso nell'acqua contenuta dal serbatoio-accumulatore, posto all'estremità superiore del collettore.
Il fluido, qui, cede il calore per conduzione all'acqua e diminuendo di temperatura ridiscende ritornando nel collettore dove verrà riscaldato nuovamente. L'acqua scaldata nel serbatoio, mediante la pressione di rete viene inviata nel circuito sanitario. Il sistema deve essere dotato di una valvola speciale che nelle ore notturne impedisca l'inversione del flusso.
I serbatoi in genere sono in acciaio inossidabile e sono isolati internamente, per evitare dispendio di calore e mantenere l'acqua calda per lungo tempo, anche dopo l'arresto del sistema, di notte.
Questo tipo di sistema è idoneo per un uso familiare e per piccole utenze, e solitamente ha un peso a vuoto attorno agli 80-100 kg, a seconda della capacità del serbatoio. Nei sistemi a circuito chiuso il fluido non viene mai a contatto con l'acqua sanitaria.
Nei circuiti aperti, invece, si utilizza la stessa acqua sanitaria, che viene prima riscaldata dalla radiazione solare e poi immessa a pressione, nell'impianto domestico.
Questo sistema è più economico, ma non è impiegabile in zone dove la temperatura scende sotto lo zero.
I sistemi solari a circolazione forzata funzionano con l'utilizzo di pompe e componenti elettrici. Questo espediente viene adottato quando il serbatoio di accumulo non è posto ad una quota superiore rispetto a quella del pannello solare.
Alcuni serbatoi vengono installati nel sottotetto sotto il pannello captante. Il flusso del fluido scaldato deve quindi essere diretto forzatamente verso il basso. Il vantaggio è che con questo sistema i collettori possono essere posizionati sia sulla copertura sia su supporti orizzontali come nei giardini o sulle terrazze.
Oltre al serbatoio accumulatore, integrato ad un impianto di riscaldamento ausiliario, la struttura necessita di una pompa di circolazione, nonché di tubazioni, di valvole e da un vaso d'espansione. Inoltre un sistema di regolazione elettronico deve controllare la temperatura nell'accumulatore e confrontarla con quella del fluido nel collettore, cosicché se quest'ultima è maggiore la pompa di circolazione entrerà in funzione.
L'efficacia dei sistemi solari per la produzione di acqua calda sanitaria, utilizzando collettori con superficie netta captante di 4 mq, arriva ad essere del 70% del fabbisogno annuo medio per una famiglia di quattro persone.
Il risparmio è significativo quando va a sostituire un impianto a gas, ed è nettamente maggiore quando sostituisce un boiler elettrico.
Altri vantaggi forniti dal sistema solare è che con il minor utilizzo, con completo spegnimento nei mesi estivi, dell'impianto tradizionale si prevede per quest'ultimo un allungamento della durata di vita, con ulteriore risparmio economico.
Molte case produttrici dei sistemi solari hanno realizzato impianti centralizzati destinati al riscaldamento non solo di acqua ad uso domestico per piccole abitazioni, ma anche per grandi strutture collettive.
Il principale utilizzo dell'impianto solare delle grandi strutture, come per le singole abitazioni, si ha per la produzione di acqua calda ad uso sanitario ma a questo utilizzo si aggiunge la possibilità di riscaldare l'acqua per esempio per le piscine o di altre strutture o impianti sportivi.

Impianti fotovoltaici

La tecnologia fotovoltaica ha avuto il suo primo sviluppo verso la fine degli anni Cinquanta all'interno dei programmi di ricerca aerospaziale. Successivamente, negli anni Settanta e Ottanta, dopo la crisi petrolifera, la ricerca e le sperimentazioni dei sistemi fotovoltaici si sono estese sempre più anche alle applicazioni terrestri.
Lo sviluppo tecnologico di questo settore ha permesso riduzioni di costo, dei moduli fotovoltaici, aumentandone nel contempo il rendimento. Il processo fisico su cui si basa la tecnologia fotovoltaica è l'utilizzo di alcuni materiali semiconduttori che hanno la capacità, se opportunamente trattati, di generare direttamente energia elettrica quando vengono esposti alla radiazione solare.
Il componente principale è la singola cella che collegata ad altre compone il modulo fotovoltaico. Ogni pannello, composto a sua volta da più moduli, viene prodotto in dimensioni differenti, tali da avere diversa potenza a seconda dell'utilizzo. La cella fotovoltaica più comune è costituita da silicio monocristallino o policristallino, ha uno spessore di 0,25-0,35mm ed è di forma quadrata con superficie di 100 cmq. Le celle hanno la capacità di convertire in elettricità circa il 13% dell'energia solare.
Quelle al silicio cristallino garantiscono il miglior rendimento nella conversione in energia elettrica. Più precisamente il silicio monocristallino ha rendimenti che vanno dal 15 al 17%, mentre il policristallino dal 12-al 14%, ma quest'ultima tipologia ha costi leggermente più bassi.
Per far fronte all'ancora elevato costo della cella fotovoltaica è in via di sviluppo un'altra tecnologia. Questa si basa sulla deposizione di un sottilissimo strato di materiali semiconduttori quali il silicio amorfo e altri semiconduttori composti policristallini.
Questo tecnica consente un impiego più versatile in quanto permettere di depositare i film sottili direttamente sugli elementi che compongono le facciate degli edifici. Il funzionamento della cella è simile a quello di una piccola batteria. Se prendiamo in riferimento il valore del soleggiamento in Italia, cioè supponendo come standard 1 kW/mq con una temperatura di 25°C, la cella produce una corrente di 3 A, alla tensione di 0,5 V.
La potenza della cella fotovoltaica viene misurata in Watt di picco e nelle condizioni sopraccitate è di 1,5 Wp. Sulla superficie della cella è posta una griglia metallica frontale che occorre per raccogliere le cariche elettriche; posteriormente, per elettrodeposizione o serigrafia, è posto il contatto elettrico.
È all'interno della cella che avviene la conversione della radiazione solare in corrente elettrica, internamente è, infatti, presente un dispositivo formato da un sottile strato di materiale semiconduttore che comunemente è il silicio.
Questo materiale è di norma drogato, questo procedimento prevede l'inserimento nella struttura cristallina di atomi di boro e viene definito drogata p. Una faccia della fetta viene invece drogata con piccole quantità di fosforo (drogata n), cosicché si genera un campo elettrico nella zona di contatto fra i due strati a diverso potenziale.
La cella utilizza solamente la banda di frequenza dell'ultravioletto e dell'infrarosso della radiazione incidente. Con l'esposizione ai raggi solari si generano internamente delle cariche elettriche e tramite un utilizzatore legato alle due facce della cella si crea un flusso di elettroni sotto forma di corrente continua. Le celle vengono assemblate in strutture più grandi, robuste e maneggevoli chiamate moduli.
Questi tipi di moduli hanno una potenza di picco che varia dai 50 agli 80 Wp, con tensione di 17 V che permette agli stessi di poter essere accoppiati ad accumulatori da 12 volt di corrente continua nominale. Il rendimento di queste strutture va dal 10-al 13%.
Per fabbricare i moduli occorre innanzitutto una connessione elettrica cioè si devono collegare in serie o in parallelo le singole celle, ottenendo valori di tensione e corrente desiderati a seconda dell'utilizzo. Successivamente si devono incapsulare le celle fotovoltaiche fra una lastra di vetro e una di plastica, tramite laminazione a caldo di materiale polimerico.
Questo fa sì che le celle siano protette e che la radiazione solare possa passare attraverso la superficie trasparente per essere "catturata". L'incapsulamento fa anche in modo che la temperatura delle celle non aumenti ulteriormente.
Mentre la vita delle celle è infinita quella del modulo dipende dalla durata dell'incapsulamento ed è attorno ai 25-30 anni. I moduli devono essere montati in una cornice che dia robustezza e permetta l'ancoraggio. In Italia, mediamente, 1mq di superficie captante produce in un anno 220 kWh/anno.
In inverno vengono prodotti in media 0,35 kWh/giorno, mentre in estate 0,83 kWh/giorno.
Tenendo conto che il consumo di energia per una famiglia è mediamente di 3000kWh/anno,per soddisfare questa richiesta è necessaria una superficie dei moduli di 17 mq, inclinati a 20°-30° rispetto il piano orizzontale. Bisogna quindi servirsi di più moduli per far fronte alle diverse richieste delle utenze. I parametri elettrici per valutare le caratteristiche di un generatore o campo fotovoltaico sono la potenza nominale e la tensione nominale.
La Pn è la potenza erogata dal generatore nelle condizioni standard di irraggiamento di 100W/mq e di temperatura di 25°C, mentre la Tn è la tensione a cui viene erogata la potenza nominale.
Gli impianti fotovoltaici possono essere installati anche in edifici isolati, dove l'energia prodotta soddisfa i consumi quotidiani mentre la parte in eccedenza viene accumulata in apposite batterie.
Il vantaggio, invece, della produzione di energia elettrica fotovoltaica per utenze che siano anche allacciate alla normale rete di distribuzione energetica, è rappresentato dalla possibilità di immettere in rete ogni eventuale sovrapproduzione di corrente.
In ogni caso l'impianto deve essere dotato di un convertitore per immissione in rete. Il suo nome è inverter ed ha la funzione di convertire l'energia prodotta dal generatore fotovoltaico nella forma più adatta per essere immessa nella rete elettrica. Naturalmente nel caso in cui l'utenza sia isolata dalla rete l'impianto deve possedere un sistema di accumulo.
Questo per fare in modo che si immagazzini energia per soddisfare il carico anche in condizioni di irraggiamento insufficiente. In genere gli accumulatori sono dimensionati in modo da garantire un'autonomia di 4-5 giorni. Un esempio di impianto isolato può essere rappresentato dal lampione fotovoltaico utile per l'illuminazione stradale.
Il funzionamento avviene nel modo seguente: di giorno le celle solari convertono l'energia incidente in elettricità, che viene temporaneamente accumulata in una batteria. Al tramonto un sensore crepuscolare aziona un interruttore che preleva energia dalla batteria per attivare la lampada. Il mattino seguente, quando il sensore rileva la luce del sole, si fermano le luci e il sistema torna ad accumulare energia.
La tecnologia fotovoltaica ha avuto una larga diffusione soprattutto per l'alimentazione di utenze elettriche in quelle località dove non è ancora presente la rete pubblica o dove sarebbe troppo costoso far arrivare le linee elettriche.
L'energia fotovoltaica può essere utilizzata, per utenze isolate, per far funzionare pompe dell'acqua, per la potabilizzazione, per la segnaletica stradale, per ripetitori, nonché per l'illuminazione e per altro ancora.
Inoltre l'utilizzo di questa energia può avvenire tramite piccoli impianti, collegati alla rete a bassa tensione, o tramite grandi impianti o centrali di generazione collegati alla rete elettrica. I pannelli fotovoltaici possono essere installati sui nostri fabbricati e possono essere montati con semplicità sia sulle superfici piane che su quelle inclinate.
Nel caso di montaggio sulle nuove costruzioni i costi di installazione saranno evitati, in quanto i pannelli possono essere utilizzati come rivestimento e possono essere integrati tra gli elementi della costruzione come le tegole ed infiniti altri.