Vetri fotovoltaici: una finestra sul futuro

Il periodo che stiamo vivendo è ricco di sfide. La salvaguardia del pianeta è una di queste. Quale modo migliore per perseguire questo obbiettivo se non una tecnologia che racchiude innovazione, energia pulita e funzionalità?  

Stiamo parlando dei vetri fotovoltaici: tecnologia diventata interessante nell’ultimo periodo. Con essi si possono sostituire i tradizionali vetri con pannelli vetrati in grado di convertire la luce incidente e/o diffusa in energia elettrica. Essi si integrano perfettamente nella struttura di un edificio, diventando a tutti gli effetti elementi strutturali. Questa caratteristica è molto importante: infatti la tendenza attuale per i palazzi e i grattacieli è quella di progettare l’involucro esterno ricoperto da pareti vetrate. Questa scelta, causa consistenti dispersioni e abbassa vertiginosamente l’efficienza energetica dello stabile.

Questa nuova generazione di vetri renderebbe possibile ovviare a questi problemi generando energia elettrica utilizzabile per la climatizzazione dell’edificio tramite le pompe di calore reversibile sia in inverno che in estate, nonché limitando la penetrazione dei raggi solari in estate grazie all’ombreggiamento.  

La grandezza e il numero delle celle fotovoltaiche presenti determina le diverse configurazioni dei vetri. Queste possono essere singole, così da avere un vetro più omogeneo e con minore ombreggiamento, oppure agglomerate con geometrie disparate.  

Guardando al futuro, sono in fase di studio pannelli vetrati a concentrazione tramite nanoparticelle, capaci di convogliare la radiazione solare verso le celle fotovoltaiche. I vetri fotovoltaici a concentrazione sono vetri che raccolgono la luce solare e la direzionano verso strisce di celle solari poste ai bordi degli stessi. Sono detti “a concentrazione” perché, come i pannelli fotovoltaici a concentrazione, hanno bisogno di una superficie di celle fotovoltaiche ridotta rispetto a quella di raccolta della luce, che è data dall’intera estensione della lastra di vetro. Si possono raggiungere addirittura fattori di concentrazioni elevati che variano dai 40X ai 100X, a seconda della tecnologia di concentrazione impiegata.

La tecnologia a nanoparticelle invece concentra solo la luce visibile e ultravioletta ma non il calore (che riduce le prestazioni delle celle convenzionali) su sottili strisce di celle al silicio poste ai bordi del pannello, cioè dove nei normali pannelli solari opachi ci sarebbe la cornice di alluminio. Per dirigere la luce verso il bordo del modulo, in questa particolare implementazione viene usata una combinazione di pigmenti fluorescenti e di nanoparticelle. Rispetto ai classici pannelli al silicio, questi non necessitano di luce diretta ma lavorano con la luce diffusa ed utilizzano solo 1/5 del silicio, addirittura solo 1/10 nei modelli che impiegano celle multigiunzione ad alta efficienza. Inoltre, hanno una potenza elettrica notevole, comparabile ai pannelli fotovoltaici convenzionali, e raggiungono un’efficienza di conversione della luce in elettricità del 20%, ben più grande delle tecnologie tradizionali. A tal proposito in futuro vedremo implementati questi pannelli in versione vetro (trasparente), in modo da essere utilizzati al posto delle vetrate nei grandi edifici.  

Un’altra prospettiva invece sfrutta l’utilizzo di lenti Fresnell, con le quale si riescono ad ottenere valori di concentrazione di un ordine di grandezza superiore rispetto alle lenti tradizionali (500X). Grazie a questa capacità, abbinata a dispositivi che permettono al pannello di inseguire la sorgente luminosa, si possono ottenere alti valori di efficienza di conversione energetica. Da sottolineare che in quest’ultimo caso non si parla più di vetri solari ma di classici pannelli, che, data la loro compattezza, hanno il vantaggio di poter essere installati molto più facilmente 

Sono numerosi i progetti architettonici intrapresi che integrano nella struttura dell’edificio i vetri fotovoltaici¸ per esempio il pergolato del Tanjong Pagar nel centro finanziario di Singapore e il Dubai Frame, palazzo con peculiare struttura a rettangolo che ricorda una foto incorniciata, situato nel parco Zabeel a Dubai. 

A cura di Roberto del Bo, del VGen Engineering Hub