Gli elementi fotovoltaici si trovano solitamente sui tetti, dopo tutto, è lì che l'irradiazione solare è più alta. Però, come hanno scoperto i ricercatori del Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP, Gli elementi fotovoltaici sulle facciate possono essere un modo utile per integrare l'alimentazione. Se opportunamente progettato, possono essere integrati in modo attraente e fornire il 50% di energia in più rispetto ai tipi esistenti di elementi fotovoltaici montati a parete. Anche i muri di cemento sono adatti.

Gli elementi fotovoltaici appartengono al tetto, dopo tutto, è lì che ricevono più luce solare. Ma questo è vero solo in parte:ha senso installare anche elementi fotovoltaici sulle facciate. Per una cosa, utilizzano spazi altrimenti inutilizzati, e per un altro, l'energia che raccolgono può utilmente integrare l'alimentazione. Attualmente, però, si approfitta poco di questa opportunità, poiché il sole di solito splende sulle facciate con un'angolazione sfavorevole, e gli elementi stessi tendono a non essere esteticamente attraenti.

Facciate attraenti con stile

Nel loro progetto SOLAR.shell, i ricercatori del Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP di Halle hanno dimostrato, insieme agli architetti dell'Università di scienze applicate di Lipsia (HTWK Lipsia), che questo è tutt'altro che un affare. Hanno presentato una facciata solare che rimedia a questi problemi. "Gli elementi fotovoltaici integrati in questa facciata forniscono fino al 50% in più di energia solare rispetto ai moduli montati perpendicolarmente sulle pareti degli edifici, "dice Sebastian Schindler, project manager presso Fraunhofer CSP. "Inoltre, la facciata offre un fascino visivo." Gli architetti HTWK hanno sviluppato l'idea e il design. Come devono essere inclinati i singoli elementi fotovoltaici per catturare più irraggiamento solare possibile? Quanto devono essere grandi i moduli, e quante celle solari dovrebbero idealmente includere? I risultati del team sono stati presentati in un dimostratore di 2x3 metri realizzato con pannelli compositi in alluminio con un totale di nove moduli solari incorporati. Gli esperti Fraunhofer hanno offerto la loro esperienza, consulenza e assistenza, e anche gli elementi fotovoltaici utilizzati nel dimostratore provenivano da Fraunhofer CSP.

Moduli solari su facciate in cemento

In collaborazione con HTWK Lipsia e TU Dresda, i ricercatori del Fraunhofer CSP hanno anche sviluppato opzioni adatte per l'integrazione di elementi fotovoltaici in facciate in calcestruzzo, in particolare in facciate in calcestruzzo al carbonio, un materiale sviluppato da un consorzio di oltre 150 partner nel progetto "C3—Carbon Concrete Composite". La stabilità richiesta del calcestruzzo deriva dalle fibre di carbonio anziché dai fili di acciaio. "Al Fraunhofer CSP, abbiamo analizzato come gli elementi fotovoltaici possono essere montati al meglio su questo tipo di facciate in cemento al carbonio, ovvero, come ottenere il risultato ottimale combinando questo nuovo calcestruzzo con la produzione di energia solare, " spiega Schindler. A tal fine, i ricercatori hanno ideato tre diversi concetti e metodi per integrare gli elementi fotovoltaici nelle sezioni della facciata. I moduli solari possono essere inclusi direttamente durante il getto delle sezioni in calcestruzzo oppure essere laminati o incollati alle lastre di calcestruzzo. I moduli possono essere fissati anche alle solette in calcestruzzo mediante viti prigioniere, collegamenti a vite o altri mezzi, facilitando la facile rimozione per manutenzione o riparazioni. "Siamo stati in grado di dimostrare che tutte e tre le opzioni di montaggio sono tecnicamente fattibili, "dice Schindler.

Una delle sfide principali è garantire che il metodo utilizzato per produrre le sezioni in calcestruzzo sia compatibile con l'accuratezza dimensionale richiesta dei moduli fotovoltaici. Questo è fatto, ad esempio, gettando le parti in calcestruzzo con una depressione perfettamente dimensionata per accogliere un modulo. In questo modo, l'orientamento desiderato rispetto all'irraggiamento solare e il design generale sono preservati. "La precisione dimensionale dovrebbe essere implementata direttamente nella sezione di calcestruzzo, " dice Schindler. Bisogna anche assicurarsi che i moduli fotovoltaici non siano fissati dove il calcestruzzo è particolarmente sottile o dove si trovano le fibre di carbonio, poiché ciò comprometterebbe la resistenza degli elementi della facciata. Da allora il progetto è stato portato a termine con successo.

SOLARcon:facciate in cemento 2.0

Nel progetto di follow-up SOLARcon, anche in collaborazione con HTWK Lipsia e TU Dresda, oltre a due soci aziendali, e lanciato nel novembre 2019, gli esperti di Fraunhofer stanno ora definendo soluzioni commerciabili per l'integrazione di moduli fotovoltaici in lastre prefabbricate in calcestruzzo. Il montaggio della cella solare reggerà in modo permanente? Per rispondere a questa domanda, i ricercatori Fraunhofer stanno conducendo test di resistenza appropriati sia sui componenti fotovoltaici che sull'interfaccia con il calcestruzzo. Come si comporta l'interfaccia in varie condizioni meteorologiche? Cosa mostrano i test di invecchiamento accelerato? Oltre all'approccio sperimentale, anche le simulazioni all'ordine del giorno, in particolare, metodi agli elementi finiti. Questi consentono agli esperti di calcolare, Per esempio, come il calcestruzzo e il punto di attacco dell'elemento fotovoltaico si riscaldano ad alte temperature, o quali carichi di vento e pressione deve sopportare il modulo solare.