Integrazione architettonica BiPV Autori:Kim Nagel Isa Zanetti Fonti:Corso Post diploma E.00 Energy...

Integrazione architettonica BiPV

Autori: Kim Nagel

Isa Zanetti

Fonti: Corso Post diploma E.00 Energy ManagementCorso E.13 Architettura e E solare – parte 2 fotovoltaicoBiPV Integrazione architettonica e sinergia di funzioni – Lucia Graziani

Corsi SUPSIPresentazione BiPVSistemi di fissaggio – Kim NagelBiPV Integrazione architettonica del fotovoltaico – Daniel Pittet

SUPSIScuola Universitaria Professionaledella Svizzera Italiana

DipartimentoAmbienteCostruzioni eDesign

Istituto diSostenibilitàApplicata all’AmbienteCostruito

Sistemi solari attivi a scala di edificio: fotovoltaico: modulo 2 _ lezione 4

UNIVERSITÀDELLASVIZZERAITALIANA

ACCADEMIA DIARCHITETTURA

Indice

Definizione

La doppia funzione del fotovoltaico

Il ruolo del progettista

Schemi di integrazione possibili

Riconoscere il BiPV

Criteri

Prodotti e metodi di fissaggio

Definizione BiPV – Doppia funzione

1. Doppia funzione del ”materiale” fotovoltaico(produrre elettricità + elemento costruttivo)

Pool in the Park a Woking (GB)

Potenza: 9.11 kWp

È stato scelto di utilizzare dei moduli fotovoltaici semitrasparenti per ridurre l’irradiazione diretta (40% di luce, 60% ombreggiamento) e nel contempo produrre energia elettrica.

Definizione BiPV – Qualità architettonica

2. Elevata qualità architettonica del sistema PV(integrazione curata a livello architettonico e costruttivo)

Sistema 3S – Abitazione a St. Moritz (CH)

Potenza: 22.5 kWp

La facciata è completamente composta da moduli monocristallini BiPV senza cornice, prodotti su misura (anno di realizzazione 2006)

Definizione BiPV – Regole fondamentali

3. Rispetto delle regole fondamentali del PV(orientamento, rendimento, ombreggiatura, …)

Doppia funzione

Nel settore dell’edilizia un modulo fotovoltaico può essere utilizzato per:

Negli ultimi anni l’integrazione in architettura dei moduli sta evolvendo fortemente. I nuovi prodotti, per dimensioni e caratteristiche, sono in grado di sostituire integralmente alcuni componenti costruttivi.

Sovrapposizione Integrazione

Criteri IEA

I criteri definiti dall'International Energy Agency Photovoltaic Power Systems Programme – Task 7 sono:

integrazione naturale del sistema PV;

il sistema PV è architettonicamente piacevole nel contesto dell’edificio;

buona composizione di colori e materiali;

il sistema PV si adatta bene alla modularità dell’insieme, l’aspetto visivo della “griglia” è in armonia con l’edificio e forma una buona composizione;

il sistema PV è appropriato al contesto dell’edificio;

il sistema e la sua integrazione sono ben disegnati;

l’impiego del PV ha generato un concetto innovativo.

Nel caso di un'integrazione BiPV, tenerne conto sin dall’inizio del progetto permetterà una migliore integrazione sia dal punto di vista estetico, energetico e economico.

L’architetto deve possedere le conoscenze e gli strumenti necessari al fine di promuovere, in questo caso, il fotovoltaico integrato nell’edificio.

È necessario comprendere e considerare le possibilità, gli obblighi, i vantaggi e gli inconvenienti.

Il progettista può scegliere un’integrazione del fotovoltaico di tipo:

Tecnico strutturale volta alla sostituzione di componenti edilizi con componenti fotovoltaici.

Visiva – percettiva – ambientale individuando anche nuove modalità d’integrazione.

Il progettista può scegliere tra una vasta gamma di soluzioni adattabili alle specifiche situazioni.Tipo, forma e colore della cellaDisegno e colore della grigliametallica della cellaMisure, materiali e forma del moduloDistanza tra le celleSfondo della cella

Riconoscimento visivo

Gradimento sociale

Diffusione

Schemi d’integrazione possibili

Integrazione su copertura a falde inclinate

Integrazione di stringhe inclinate su copertura piana

Integrazione di shed su copertura piana

Integrazione in coperture curve

Integrazione su facciata inclinata

Integrazione in facciata verticale continua

Integrazione di lucernari su copertura piana

Integrazione in facciata verticale

non continua

COPERTURE A FALDA

FACCIATE

COPERTURE PIANE

Integrazione su facciate verticali con moduli semitrasparenti

Sede della Tobias Grau ad Amburgo (D)

Progettisti:BRT Architekten, Bothe Richter Tehrani

Potenza: 4.5 kWp

Nella facciata sono stati inseriti dei moduli semitrasparenti (tecnologia CIS).

Integrazione su facciate con moduli semitrasparenti

Tsukuba Open Space Laboratory a Tsukuba (J)

Progettisti:Nihon Sekkei Inc.

Potenza: 7.2 kWp

La struttura BiPV in vetro racchiude celle monocristalline rotonde (diametro 150 mm).

Integrazione su facciate con moduli semitrasparenti colorati

Sede della Schott Ibérica S.A (E)

Progettisti:CISOL, (Centro di ricerca solare della facoltà di architettura dell’università politecnica della Catalonia).

Potenza: 1.35 kWp

Sulla superficie superiore della costruzione sono stati integrati 27 moduli ASITHRU-2-IO (SCHOTT Solar), caratterizzati dalla combinazione di un modulo PV trasparente e vetro isolante colorato.

Integrazione su facciate con moduli opachi

Manchester College of Arts and Technology (GB)

Progettisti: Solar Century in collaborazione con Walker Simpson Architects

Potenza: 67.9 kWp

La facciata è composta da 482 moduli multicristallini SHARP 80W.

Integrazione su facciate con moduli opachi colorati

Palazzetto dello sport TüArena a Tübingen (D)

Progettisti:Allmann Sattler Wappner Architekten

Potenza: 43.7 kWp

La facciata è rivestita con moduli multi cristallini, la superficie color verde brillante è il risultato dello spessore speciale del rivestimento antiriflettente che viene applicato sui moduli.

Installazione: SunTechnics, Solarfabrik AG

Integrazione su superfici costruttive

Centro Optic Technium a St. Asaph (UK)

Progettisti: PV Systems

Potenza: 85 kWp

Si tratta della più larga installazione CIS europea (1000 mq) iniziata nel settembre 2003 e completata a gennaio 2004 (ca. 5 mesi), composta da 2400 moduli Shell CIS montati su una parete/tetto curva.

Integrazione con moduli su supporto metallico

Stabilimento ThyssenKrupp Stahl a Duisburg-Beeckerwerth (D)

Progettisti:Czerny.Gunia in collaborazione con Friedrich Ernst von Garnier.

Potenza: 51 kWp

Sono stati utilizzati moduli della United Solar Ovonic combinati con pannelli in acciaio “ReflectionsOne” della ThyssenKrupp.

Integrazione tramite tapparelle e parapetti

Haus Schmölzer a Pratteln (CH)

Progettisti:Reto P. Miloni Architekturbüro,

Potenza: 3.12 kWp

I moduli multicristallini fungono da protezione solare e da parapetto (Prix Solaire Suisse 2005).

Integrazione tramite lamelle frangisole

Dock E (Midfield) all’aeroporto di Zurigo (CH)

Progettisti:Mark Michel Angélil e Martin Spühler

Potenza: 290 kWp

L’impianto è integrato nella copertura della pergola, oltre a produrre energia, protegge la facciata sud dal surriscaldamento estivo.

Integrazione su facciata inclinata

Solar Showcase, Arup Associates a Birmingam, 1998 (GB)

Progettisti:Over Arup Associates and Partnership

Potenza: 15 kWp

La facciata sud, composta da moduli monocristallini, è curvata ed angolata in modo da ottimizzare l’assorbimento di energia solare, inoltre protegge le facciate est e ovest dal surriscaldamento.

Integrazione tramite curtain wall

GreenPix Zero Energy Media Wall a Pechino, 2008 (CN)

Progettisti:Simone Giostra and Partners Architects (New York)

L'assorbimento dell'energia solare avviene attraverso celle fotovoltaiche multicristalline inserite all'interno del "curtain wall" e disposte con densità variabile, sull’intera pelle dell'edificio. La nuova tecnologia per la laminazione di celle PV in involucri vetrati usata in questo progetto è stata sviluppata dallo studio di ingegneria Arup, con il supporto di Schüco e Sunway, mentre aziende manifatturiere cinesi hanno realizzato i pannelli.

Integrazione su tetto a falda

Marché International, Kemptthal (CH)

Progettisti:Beat Kämpfen Büro für Architektur

Potenza: 15 kWp

Il tetto (inclinazione 12°), perfettamente orientato a sud, è ricoperto da pannelli PV color antracite. Oltre ad essere il primo edificio amministrativo Zero-Energy (Prix Solaire Suisse 2007), questo edificio è certificato MINERGIE-P-ECO.

Integrazione su tetto a falda (impianto autonomo)

Phare des Poulains a Belle-ile-en-mer (F)

Potenza: 7.5 kWp

Superficie dei pannelli attivi: 32 mqSuperficie dei pannelli di tamponamento: 15 mq

L’impianto (in isola) è perfettamente integrato grazie alla struttura CLIPSOL, i moduli fotovoltaici hanno sostituito i pannelli in eternit esistenti.

Integrazione su tetto piano (moduli cristallini)

Accademia e edificio multiuso di Mont-Cenis a Herne, 1999 (D)

Progettisti:Jourda e Perraudin Architetti

Potenza: 925 kWp

L’impianto è costituito da elementi fotovoltaici della Scheuten Solar ad uno strato, inserirti nel tetto e nella facciata verticale.

Integrazione su tetto piano (moduli a film sottile)

Coca Cola bottling Company a Los Angeles, 2005 (USA)

Potenza: 329 kWp

La copertura esistente in metallo è stata sostituita con dei moduli fotovoltaici flessibili della Uni-Solar installati dalla Solar Integrated Technologies (SIT).

Integrazione su tetto a shed

Fraunhofer Institute a Friburgo, 2005 (D)

Progettisti:Fraunhofer Institut Solar Group

Potenza: 4.9 kWp (lucernario e shed sull’atrio)

I moduli fotovoltaici semitrasparenti sono integrati nella copertura a shed.

Hall vetrata

Jubilee Campus a Nottingham University, 1999 (GB)

Progettisti:Micheal Hopkins & partners,Bill Dunster

Strutture:Ove Arup & partners

Potenza: 54.3 kWp

Nel tetto vetrato dell’atrio sono stati integrate delle celle monocristalline quadrate (impianto PV di 450 mq). Sono stati utilizzati 256 moduli, orientati di 20° verso sud e inclinati di 15°.

Copertura di atri esterni

Stazione ferroviaria Lehrter a Berlino, 2002 (D)

Progettisti:Gerkan Marg and partners (gmp)

Potenza: 189 kWp

I 780 moduli della BP Solar Ltd (tipo Saturn con celle monocristalline) sono stati installati su di una superficie (est-ovest) di circa 1’870 mq.

Copertura di atri esterni

Stillwell Station a Coney Island (USA)

Progettisti:Kiss + Cathcart Architects

Potenza: 160 kWp

La copertura è formata da 5500 mq di Asi® Glass della SCHOTT Solar (le celle di silicio amorfo sono racchiuse fra due vetri), l’impianto produce 240’000 kWh di elettricità all’anno.

Tetto verde

California Academy of Sciences (USA)

Progettisti:Renzo Piano Building Workshop

Potenza: 172 kWp

Il tetto verde è circondato da una cornice composta da 60’000 celle fotovoltaiche che producono 213’000 kWh all’anno, permettendo di coprire dal 5 al 10% del fabbisogno energetico dell’edificio.

Barriera antirumore

Barriera antirumore lungo l’autostrada A92 presso Freising (D)

Potenza: 500 kWp

L’impianto ha una superficie di 6000 mq, ed è composto da moduli della ISOFOTON

Arredo urbano

Copertura Dorfplatz a Ludesch (AU)

Progettisti:Hermann Kaufmann ZT GmbH

Potenza: 18 kWp

La copertura è composta da moduli vetro/vetro della Sunways (celle semitrasparenti) inclinati di 14°.

Pensiline

Pensilina della stazione di Morges, 1996 (CH)

Progettista:Marc Ruetschi

Potenza: 21.6 kWp

Durante la ristrutturazione della stazione ferroviaria è stata realizzata una copertura con moduli vetro/vetro laminati con celle multi cristalline. La superficie utilizzata dall’impianto fotovoltaico è di 189 mq.

Kaohsiung stadium – taiwan2009

Progettista: Toyo Ito

Numero di moduli: 8’844

Tipo di moduli: Lucky Power Technology Co.

Superficie: 14’155 m2

Produzione: 1.14 milioni di KWh/anno

Moduli e sistemi di fissaggio

Due approcci diversi per realizzare un sistema integrato:

Modulo BiPV: il modulo fotovoltaico rende il sistema integrato.

Sistema di fissaggio BiPV: il sistema di fissaggio di moduli fotovoltaici standard (spesso senza cornice) rende l’impianto integrato.

Moduli BiPV Megaslate

Abitazione a Ruvigliana – Ecosinergie Sagl

Sistema di fissaggio BiPV Solrif

Abitazione a Mergoscia – Ecosinergie Sagl

Scelta della tecnologia

Superficie limitataMassima produzione possibile

Superficie: non limitata e/o forma particolare

Area a disposizione sufficiente a produrre l’energia desiderata

Amorfa (15-20m2/kWp)

Monocristallina (7m2/kWp)

Multicristallina (8m2/kWp)

Costi: materiali di rivestimento

Fonte: Architekturbüro Hagemann

Approfondimento

www.bipv.ch

È disponibile una versione di questa presentazione contenente un elenco di prodotti di fissaggio (con link e referenze) dei moduli fotovoltaici e un approfondimento degli esempi di integrazione dei sistemi PV presentati durante la lezione.

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