degli impianti fotovoltaici,

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1 Impianti fotovoltaici Come integrarli architettonicamente su edifici di origine industriale n di Lorenzo Colombo, Product Engineer Ecostream Italy S.r.l. e Matteo Turrin, Responsabile tecnico Imeco S.r.l. Il livello di integrazione architettonica dell impianto fotovoltaico è una delle due variabili necessarie per la concessione del cosiddetto conto energia, ai sensi del D.M. 19 febbraio Tra le diverse tipologie di installazioni di moduli FV ammesse ai fini del riconoscimento dell integrazione architettonica, particolare interesse presentano i sostitutivi di materiali di rivestimento degli edifici e i pannelli fotovoltaici installati come rivestimento o copertura Tecnologie& Soluzioni Il D.M. 19 febbraio 2007 ha introdotto il cosiddetto conto energia, vale a dire una remunerazione ventennale a favore di tutta la produzione di energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici. Questo incentivo varia in funzione di due principali variabili: l la potenza nominale dell impianto fotovoltaico; l il livello di integrazione architettonica dell impianto fotovoltaico. In merito a questa seconda caratteristica, il decreto introduce diversi livelli di integrazione e precisamente: l impianto non integrato; l impianto parzialmente integrato; l impianto integrazione totalmente integrato. In seguito al decreto ministeriale, il gestore dei servizi elettrici ha pubblicato le linee guida per il riconoscimento dell integrazione architettonica degli impianti fotovoltaici, al fine di definire univocamente la tipologia di installazione. Questo documento, che risulta essere il primo pubblicato a livello europeo, è di estrema importanza, in quanto, oltre alle definizioni accademiche, fornisce numerosi esempi pratici, dimostrando come la tecnologia fotovoltaica possa validamente adattarsi ai nostri panorami urbani ed extraurbani, rispettandone gli equilibri estetici e architettonici. Nel dettaglio, il D.M. 19 febbraio 2007 ammette 10 tipologie di installazioni dei moduli fotovoltaici ai fini del riconoscimento dell integrazione architettonica: 1) sostitutivi di materiali di rivestimento degli edifici; 2) integrati in pensiline, pergole e tettoie; 3) sostituzione di superfici trasparenti degli edifici; 4) integrati in barriere acustiche; 5) integrati in elementi di illuminazione e strutture pubblicitarie; 6) moduli fotovoltaici integrati ai frangisole; 7) moduli fotovoltaici integrati in balaustre e parapetti; 8) integrazione nelle finestre; 9) integrazione nelle persiane; 10) pannelli fotovoltaici installati come rivestimento o copertura. Di seguito, si pone l attenzione sulle tipologie di integrazione architettonica nell ambito industriale, con particolare riferimento alle tipologie sostitutivi di materiali di rivestimento degli edifici e pannelli fotovoltaici installati come rivestimento o copertura di cui, rispettivamente, al punto1e10dellalistasoprariportata. 81

2 La soluzione integrata: punti di interesse Tra i molteplici motivi per cui una soluzione integrata può essere particolarmente interessante, si possono sottolineare i seguenti: l estetico: alleggerimento visivo della struttura. Il sistema risulta parte integrante dell edificio e non un corpo esterno appoggiato. L integrazione architettonica permette di equilibrare gli aspetti tecnici ed estetici senza compromettere le funzionalità dei due elementi. Una corretta applicazione di questa tipologia unisce, quindi, l obiettivo del fotovoltaico di produrre energia elettrica con l aspetto estetico dello spazio che lo contiene; l ergonomico: l eliminazione delle strutture di supporto normalmente utilizzate per il sostegno dei moduli fotovoltaici porta a una compattazione degli elementi copertura impianto fotovoltaico. La forma, la dimensione e il colore dei moduli fotovoltaici possono caratterizzare lo spazio architettonico sui quali vengono applicati. In questi casi, il fotovoltaico diventa vero materiale edilizio e parte inscindibile della costruzione; l economico: l eliminazione delle strutture di supporto normalmente 5Foto 1 - Copertura a più falde a doppia pendenza utilizzate per il sostegno dei moduli fotovoltaici comporta un risparmio nel costo complessivo dell impianto. Inoltre, il conto energia riconosce a questa tipologia di impianti fotovoltaici la massima tariffa incentivante (nel caso di impianti con potenza nominale superiore a 20 kwp è pari a 0,44 /kwh). Altro punto di estremo interesse è quello relativo alle coperture industriali sulle quali vi sia presenza di eternit o, comunque, di materiale contenente amianto; nel caso di rimozione di questo materiale, il conto energia prevede un incremento del 5%. Considerando l elevato numero di coperture industriali in eternit presenti sul territorio italiano, questo aspetto risulta particolarmente interessante per l applicazione industriale, dando una spinta ulteriore all applicazione fotovoltaica in questo ambito. Coperture classiche Fino a oggi, le coperture industriali sono state progettate basandosi esclusivamente sulle loro principali funzioni: l proteggere i locali sottostanti dagli agenti atmosferici; l garantire l impermeabilizzazione, proteggendo dalle acque piovane e dalla neve; l convogliare le acque verso discendenti; l garantire la coibentazione termica della struttura sottostante; l impedire l insorgere di umidità; l resistere alle sollecitazioni date dalla neve e dal vento; l isolare acusticamente l edificio; l implementare la stabilità strutturale. Per poter far fronte a queste molteplici funzioni, una copertura è costituita da diversi particolari o strati, quali: l il manto di copertura (strato esterno delle coperture) generalmente costituito da membrane bituminose o da lastre metalliche grecate; l uno strato di finitura superficiale; l uno o più strati impermeabilizzanti; l uno strato di isolamento termico (eventualmente acustico); l un elemento conformato in modo da agevolare il deflusso delle acque meteoriche verso canali di raccolta dai quali viene avviato all esterno uno strato che controlli il regime del vapore acqueo (condensa); l uno strato di supporto strutturale, che ha il compito di sostenere il manto e i carichi che insistono su esso. Ovviamente, la scelta dei materiali, la conformazione geometrica degli stessi e la manutenzione della copertura sono alla base delle scelte per garantire le funzionalità sopra citate. La tradizionale concezione della copertura esula totalmente dalla predisposizione dell impianto fotovoltaico. Questo approccio ha, come conseguenza, che i due elementi, copertura impianto fotovoltaico, vengano installati in serie senza nessuna sinergia, causando un evidente incremento di costi e tempi di realizzazione e precludendo all impianto fotovoltaico la possibilità di accedere alla più alta delle tariffe 82 www. ambientesicurezza. ilsole24ore. com

3 Tecnologie& Soluzioni 5 Foto 2 - Copertura macro shed misto 5 Foto 3 - Copertura macro shed totalmente metallico incentivanti (con una perdita di tariffa stimabile in quasi il 5%). Infatti, la consolidata tradizione costruttiva prevede l installazione del manto di copertura e solo in seguito, peraltro in maniera del tutto indipendente sia dal punto di vista concettuale che funzionale, la posa di adeguate strutture per il fissaggio meccanico dei pannelli fotovoltaici. Tra le molteplici tipologie di coperture quelle particolarmente diffuse nel settore industriale sono: copertura a una o più falde (si veda la foto 1): rappresenta la soluzione più tradizionale, solitamente su struttura in c.a.p. (cemento armato precompresso) ed è a sé stante, concepita solo per fungere da copertura. L inclinazione delle falde è, infatti, in funzione delle caratteristiche climatiche del luogo e delle tradizioni locali. La fattibilità dell alloggiamento dei pannelli fotovoltaici integrati è possibile sfruttando la naturale pendenza della singola struttura, così come è concepita. Questa possibilità deve essere, però, valutata in stretta connessione con il calcolo della potenziale resa energetica dell impianto fotovoltaico, calcolo che dipende dal grado di pendenza e dall orientamento cardinale; macro shed misto (si veda la foto 2): normale copertura su struttura in calcestruzzo armato precompresso definita anche come macro-shed. La copertura è mista ed è composta da guaina bituminosametalica, che, tuttavia, per le proprie caratteristiche chimico-fisiche,nonèingradodiandareoltrei 12 anni di durata, rappresentando, quindi, un limite. Le temperature elevate a cui è sollecitata la guaina in copertura durante le ore di punta nella stagione estiva, la necessità di controlli periodici a cui è soggetto l impianto PV e, quindi, l esigenza che la copertura sia pedonabile senza creare danno, portano a concludere l inadeguatezza di questa tipologia e a preferirle, per un investimento nel fotovoltaico, una soluzione metallica; macro shed totalmente metallico (si veda la foto 3): rappresenta una normale copertura su struttura in cemento armato precompresso. Anche questa soluzione assolve solo alle funzioni di copertura (impermeabilizzazione e coibentazione), ma, diversamente dalla precedente, è concepita come totalmente metallica (nella foto in lega d alluminio) e, quindi, le garanzie e la durata nel tempo spesso superano i 25 anni, pienamente in linea con la vita utile di un impianto fotovoltaico; microshed (si veda lafoto4): rappresenta una normale copertura su struttura in c.a.p. Come la precedente, è concepita come integralmente metallica con gli stessi pregi sopra riportati, ma è maggiormenteidonea,inquantoèpresenteuna sotto e sovrastruttura atta a garantire resistenza e rigidezza, proprietà necessarie all ancoraggio del modulo solare. Nellafoto5èriportata un immagine della struttura a micro shed con pannelli fotovoltaici parzialmente integrati, montati in una fase lavorativa successiva alla realizzazione della copertura. 83

4 Attualmente, sul mercato, nazionale e internazionale, vengono proposte una serie di nuovi profili, sia con integrazione di film sottile, più facilmente adattabile alle diverse geometrie, sia con moduli rigidi, realizzati con il tradizionale silicio cristallino o con il più innovativo telloruro di cadmio(tecd). Di seguito viene presa in esame una soluzione applicabile ai capannoni industriali e adattabili a diverse tipologie di pannelli. In questo caso, la sagoma del profilo è stata progettata al fine di poter accogliere all interno della lamiera, in modo totalmente integrato, i pannelli di silicio cristallino o quelli di nuova generazione in telloruro di cadmio, per la precisa scelta di utilizzare solo moduli fotovoltaici rigidi ad elevato rendimento. 5Foto 4 - Copertura micro shed Soluzioni integrate Per poter effettivamente conciliare l impianto fotovoltaico e le coperture industriali, è importante utilizzare una struttura che permetta di ovviare alle diverse fasi di lavorazione, semplificandole e integrandole, e che, al tempo stesso, riassuma e soddisfi le funzionalità della copertura. È, inoltre, importante poter garantire una buona libertà di manovra nell utilizzo del modulo fotovoltaico, potendo contare su moduli aventi strutture, misure, forme e colori diversi in modo da poterli adattare alle differenti situazioni in cui si interviene. 5 Foto 5 - Struttura a micro shed con pannelli fotovoltaici parzialmente integrati Aspetti tecnici Dal punto di vista tecnico questa soluzione è composta da: un elemento di lamiera grecata la cui principale caratteristica risiede nel particolare profilo (si veda la figura 1). La lastra grecata in lega d alluminio o in lega d acciaio galvanizzato e preverniciato ha prestazioni che assolvono a esigenze strutturali quali portate e interassi, nonché a esigenze di durata annesse all elevata resistenza ai fenomeni corrosivi; sistemi di fissaggio del modulo fotovoltaico (si vedano la foto 6 e le figure2e3); impianto fotovoltaico (si veda la figura 4), che, per ovvi motivi di carattere geometrico, è costituito da moduli rettangolari rigidi. L acciaio preveniciato, in diverse leghe, garantisce standard di qualità uniformi su tutta la superficie. Il supporto è generalmente in acciaio zincato. Le leghe di alluminio, caratterizzate da elevate performance meccaniche e di duttilità, assolvono, invece, a esigenze di leggerezza. La scelta del sistema di verniciatura dipende dall ambiente a cui il prodotto sarà esposto. Gli spessori della vernice protettiva costanti, la varietà dei colori e l aspetto superficiale sono degli elementi tecnici di rilevante importanza al fine di garantire sia il punto di vista tecnico sia l aspetto estetico. Ciascun prodotto ha caratteristiche e applicazioni specificatamente dedicate. La lastra metallica è concepita e predisposta con spalle opportunamente sagomate, al fine di adeguare l alloggiamento dei pannelli fotovoltaici rigidi (si veda la foto 7). Questa soluzione permette di abbattere drasticamente: 84 www. ambientesicurezza. ilsole24ore. com

5 i tempi di realizzazione della copertura; la possibilità di danneggiamento del manto da parte dei posatori della struttura portante dei moduli fotovoltaici; la difficoltà di progettazione, con conseguente beneficio economico; le difficoltà di definire di volta in volta la struttura necessaria all ancoraggio del modulo fotovoltaico; le tempistiche relative alle fasi di montaggio. Tutti questi aspetti sono determinanti nella definizione tecnica del prodotto. Tecnologie& Soluzioni 5Figura 1 - Profilo lamiera 5Foto 6 - Dettaglio fissaggio Ivantaggi I principali vantaggi di questa soluzione si possono, quindi, riassumere come segue: manto di copertura impermeabile eportante; ridotta manutenzione; assenza di elementi chimici pericolosi; resistenza ai fenomeni atmosferici anche gravosi(quali grandine, pioggeacideecc.); riciclabilità del materiale; leggerezza della copertura; resistenza alle temperature climatiche estive e invernali; facilità di posa. L utilizzo di entrambe le tecnologie di moduli rende questa soluzione adatta a diverse tipologie di coperture quali: ashed; doppie pendenze; piana. Restano escluse le strutture con coperturecurvee/oabotteperlequali non è applicabile la curvatura di questo profilo grecato in quanto risulterebbe una spezzata della linea di copertura. È importante porre l attenzione sul fatto che questo tipo di coperture devono essere progettate e sviluppate per assolvere tutte le necessità inerenti l integrazione tra gli elementi, coperture-impianti fotovoltaici, garantendo, quindi: appoggio dei pannelli fotovoltaici con misure standard; areazione del pannello fotovoltaico, fattore essenziale per una più alta produzione elettrica dell impianto fotovoltaico che rischia di perdere resa energetica con l aumento della temperatura dei moduli; sistema di fissaggio a tenuta meccanica e a tenuta dalle infiltrazioni d acqua; passaggio e alloggiamento dei cavi; fissaggio pannello fotovoltaico svincolato dal fissaggio della lastra grecata; 85

6 5Figura 2 e 3 - Fissaggio pannello alla lamiera l portata e pedonabilità della lastra grecata senza il modulo fotovoltaico; l pedonabilità dopo l alloggiamento del modulo fotovoltaico lungo la greca portante; l assenza totale di sotto e sovra strutture profilate per sostenere il pannello fotovoltaico; l totale assenza di interferenza tra lavorazioni tipiche di copertura e lavorazioni tipiche di impianto; l facilità di posa della copertura; l facilità di posa dei moduli fotovoltaici; l manutenzione dell impianto agevole. Conclusioni Il sistema di copertura industriale sopra descritto, come altri presenti sul mercato, è il risultato della richiesta del mercato di integrare le caratteristiche e le funzionalità di impermeabilità, coibentazione e resistenza, tipiche delle coperture, con la possibilità di installare integralmente pannelli fotovoltaici. L integrazione degli elementi di copertura con gli elementi fotovoltaici rappresenta una sfida tecnologica e ingegneristica, resa ancora più difficile dalla necessaria combinazione con raffinatezza estetico-architettonica e semplicità dell applicazione. l 5 Figura 4 - Schema impianto fotovoltaico 5 Foto 7 - Alloggiamento moduli fotovoltaici Foto e figure su gentile concessione di Imeco Srl ed Ecostream Italy Srl 86 www. ambientesicurezza. ilsole24ore. com