Finestre fotovoltaiche per produrre energia pulita

Negli ultimi anni il mercato dei pannelli fotovoltaici si sta espandendo sempre di più come anche la costruzione o la ristrutturazione di edifici con criteri sostenibili ed ecologici. Recentemente alcuni ricercatori sono andati oltre sperimentando le finestre fotovoltaiche.

In pratica i pannelli fotovoltaici diventano trasparenti e possono essere utilizzati al posto dei vetri delle finestre.

Premessa

Le finestre fotovoltaiche sono l’ultima evoluzione dei pannelli solari per produrre energia elettrica “pulita” sfruttando l’energia solare. Uno degli aspetti negativi dei pannelli fotovoltaici è sempre stata la questione estetica e come integrarli negli edifici.

Solitamente i pannelli fotovoltaici sono dei rettangoli di colore grigio-scuro che vengono posizionati in batteria uno di fianco all’altro e posizionati in copertura degli edifici nelle falde rivolte a sud. Per i tetti a falde in base all’inclinazione della falda, vengono montati direttamente sopra i coppi, mentre per i tetti piani vengono posizionati con un’apposita struttura metallica. In alternativa possono anche essere posizionati a terra ma ovviamente non devono avere ostruzioni che facciano ombra.

Per quanto riguarda le coperture a falde con i coppi ad esempio molti contestano e criticano l’accostamento dei pannelli di colore grigio-scuro con il caratteristico colore marroncino/arancio dei coppi in laterizio. Quindi è già da molto tempo che si pensa a come integrare il pannello fotovoltaico con l’architettura in modo che diventa parte integrante della facciata o un elemento caratterizzante
l’edificio e non una cosa “aggiunta”. Un esempio sono i pannelli inseriti nei brise-soleil oppure le tegole fotovoltaiche.

Ma in questo articolo ci occuperemo delle finestre fotovoltaiche che sono l’ultima evoluzione che elimina di fatto i problemi estetici e apre a nuove frontiere.

Cosa sono le finestre fotovoltaiche

Le finestre fotovoltaiche sono una nuova generazione di pannelli fotovoltaici, in grado di garantire la sostenibilità energetica degli edifici urbani. Un’invenzione arrivata grazie a un team di ricercatori del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca assieme alla start-up Glass to Power che hanno brevettato un prodotto eccezionale. Lo studio effettuato è stato anche pubblicato sulla rivista Advanced Functional Materials.

In pratica le finestre solari sono dei concentratori solari luminescenti (Luminescent Solar Concentrator LSC) integrati sui vetri delle finestre per una perfetta integrazione architettonica.

Questi concentratori solari hanno ottenuto risultati sorprendenti con un’efficienza ottica del 6,8%.

Soluzione sostenibile e all’avanguardia

La scoperta delle finestre fotovoltaiche negli anni avvenire cambierà notevolmente il modo di pensare l’architettura e gli edifici per produrre energia. Uno dei principali vantaggi di questa scoperta è appunto il fatto che si integra perfettamente con l’estetica della facciata di qualsiasi edificio, detto anche fotovoltaico integrato (Building Integrated Photovoltaic BIPV) ed è facilmente riproducibile in serie. Inoltre le finestre fotovoltaiche rispondono perfettamente alla normativa europea (direttive 31/2010/UE e 2012/27/UE) per la realizzazione di N-ZEB (Zero Energy Buildings).

Queste finestre sono fatte da lastre di plastica semitrasparente con incorporate speciali nanoparticelle che riescono a catturare e concentrare la luce del sole producendo energia. Soluzione semplice ma alquanto geniale; è di fatto un ottimo esempio in cui tecnologia, ricerca, e industria quando lavorano assieme e collaborano possono ottenere grandi risultati per il benessere dei cittadini e del pianeta. Si tratta infatti di un prodotto a basso impatto ambientale e ad alta efficienza.

Dove utilizzare le finestre fotovoltaiche

Ovviamente le finestre fotovoltaiche che producono energia elettrica attraverso i concentratori solari luminescenti si possono usare in qualsiasi edificio ma l’applicazione principale potrebbe essere proprio quella di rivestire le grandi vetrate dei grattacieli ed edifici a torre. Si pensi ad esempio una metropoli come Milano con i suoi palazzi e grattacieli di vetro, si sfrutterebbe una superficie enorme. L’obiettivo che si sono prefissati e che hanno raggiunto è quello di avere un’efficienza del 5% con una trasparenza del 50% producendo così 50 W/mq.

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Vi invitiamo a guardare questo video (che riportiamo qui sotto) per saperne di più su questa
fantastica scoperta innovativa.

Come funzionano le finestre fotovoltaiche

Il principio alla base delle finestre fotovoltaiche è quello dei concentratori solari luminescenti (LSC). All'interno della lastra trasparente sono disperse particolari molecole o nanoparticelle che assorbono una parte della radiazione solare, in particolare le lunghezze d'onda dell'ultravioletto e dell'infrarosso che l'occhio umano non percepisce, e la riemettono a una lunghezza d'onda diversa. Questa luce riemessa viene "intrappolata" all'interno del vetro per riflessione interna e guidata verso i bordi del pannello.

Lungo il perimetro della finestra sono collocate delle celle fotovoltaiche tradizionali, di dimensioni ridotte, che convertono in elettricità la luce convogliata sui bordi. In questo modo la superficie centrale del vetro resta trasparente e luminosa, mentre la produzione di energia avviene sui margini. È proprio questa architettura a rendere le finestre solari così interessanti: producono energia senza rinunciare alla funzione primaria di una finestra, cioè far entrare la luce naturale e permettere la vista verso l'esterno.

Rispetto ai pannelli classici, l'efficienza per metro quadrato è più bassa, ma il vantaggio è la possibilità di sfruttare superfici vetrate che oggi non producono nulla. In un edificio con ampie facciate continue, la somma di tante finestre poco efficienti ma molto estese può comunque tradursi in un contributo energetico significativo.

Vantaggi e svantaggi

Come ogni tecnologia emergente, anche le finestre fotovoltaiche presentano luci e ombre. Conoscerle aiuta a valutare con realismo dove e quando questa soluzione può avere senso.

I principali vantaggi sono:

Integrazione architettonica totale: il pannello coincide con la finestra, senza elementi aggiunti che alterano l'estetica della facciata.
Sfruttamento di superfici inutilizzate: vetrate di uffici, grattacieli e facciate continue diventano superfici produttive.
Doppia funzione: la finestra continua a illuminare e a schermare gli ambienti, producendo al contempo energia elettrica.
Basso impatto ambientale: il prodotto è pensato per essere riproducibile in serie e ad alta efficienza in rapporto al materiale impiegato.

Gli svantaggi e i limiti attuali riguardano invece:

Efficienza inferiore rispetto ai pannelli al silicio tradizionali montati in copertura.
Costi ancora elevati, tipici di una tecnologia non ancora prodotta su larga scala.
Resa legata all'orientamento: come per ogni soluzione solare, esposizione e inclinazione della superficie incidono sulla produzione.
Diffusione commerciale limitata, con un mercato ancora in fase di sviluppo e pochi installatori specializzati.

Dove conviene installarle

Le finestre fotovoltaiche danno il meglio dove la superficie vetrata è abbondante e l'esposizione al sole è buona. Per questo motivo trovano l'applicazione ideale negli edifici a torre, nei grattacieli e negli immobili a destinazione terziaria, dove le facciate continue in vetro coprono migliaia di metri quadrati altrimenti inattivi dal punto di vista energetico.

Nel residenziale il discorso è diverso: le superfici vetrate di una casa unifamiliare sono modeste rispetto a quelle di copertura, quindi un impianto fotovoltaico tradizionale sul tetto resta in genere la scelta più conveniente in termini di resa per euro investito. Tuttavia, in contesti dove il tetto non è disponibile o ci sono vincoli paesaggistici e architettonici che impediscono i pannelli classici, la finestra solare può rappresentare un'alternativa preziosa. Lo stesso vale per le serre, le verande e le grandi vetrate degli ambienti comuni dei condomini.

In ogni caso vale la regola generale del solare: l'orientamento verso sud e l'assenza di ombreggiamenti da parte di altri edifici o di alberi sono fattori determinanti per ottenere una produzione apprezzabile.

Manutenzione e durata

Trattandosi di vetri integrati nei serramenti, la manutenzione delle finestre fotovoltaiche è piuttosto contenuta e per molti aspetti simile a quella di una normale vetrata. La pulizia periodica della superficie è importante perché polvere, smog e residui riducono la quantità di luce che raggiunge le nanoparticelle e quindi l'energia prodotta; bastano acqua e detergenti non aggressivi, evitando prodotti abrasivi che potrebbero rovinare i trattamenti del vetro.

Va inoltre controllato periodicamente il buon funzionamento delle celle perimetrali e dei collegamenti elettrici, così come avviene per qualsiasi impianto solare. Essendo una tecnologia recente, la durata effettiva nel tempo dipende molto dalla stabilità delle molecole luminescenti, che con l'esposizione prolungata alla luce possono degradarsi: i produttori lavorano proprio per garantire materiali sempre più resistenti e una vita utile paragonabile a quella dei serramenti tradizionali. Per questo, al momento dell'acquisto, è utile informarsi sulle garanzie offerte e sui valori di produzione dichiarati.

Domande frequenti sulle finestre fotovoltaiche

Le finestre fotovoltaiche sono trasparenti come un vetro normale?

Sono semitrasparenti: lasciano passare la luce e permettono la vista verso l'esterno, ma con un grado di trasparenza inferiore a quello di un vetro comune. L'obiettivo dei produttori è raggiungere circa il 50% di trasparenza mantenendo una produzione energetica utile, così da garantire comfort visivo e illuminazione naturale.

Quanta energia produce una finestra fotovoltaica?

La produzione dipende da superficie, esposizione e tecnologia. I prototipi più avanzati puntano a circa 50 watt per metro quadrato con un'efficienza intorno al 5%, valori inferiori a quelli dei pannelli classici ma compensati dalle ampie superfici vetrate degli edifici, soprattutto nelle facciate continue di torri e grattacieli.

Si possono già acquistare e installare in casa?

La tecnologia è uscita dalla fase puramente sperimentale ed esistono prodotti commerciali, ma la diffusione è ancora limitata e i costi restano elevati. Per ora l'applicazione più conveniente riguarda gli edifici con grandi superfici vetrate; nel residenziale tradizionale un impianto sul tetto resta in genere la soluzione più efficiente.

Qual è la differenza rispetto ai pannelli fotovoltaici tradizionali?

I pannelli tradizionali sono opachi e si montano in copertura o a terra, mentre le finestre fotovoltaiche sono vetri semitrasparenti che producono energia restando integrati nella facciata. Le prime privilegiano l'efficienza, le seconde l'integrazione estetica e lo sfruttamento delle superfici vetrate altrimenti inutilizzate.

Le finestre fotovoltaiche danno diritto a incentivi?

Trattandosi di un intervento di efficientamento energetico, può rientrare nelle agevolazioni previste per il risparmio energetico degli edifici, a condizione di rispettare i requisiti tecnici richiesti. Poiché normative e aliquote vengono aggiornate periodicamente, conviene verificare gli incentivi vigenti al momento dell'intervento e farsi rilasciare le schede tecniche con i valori certificati.