Il fo­to­vol­taico come ma­te­riale da cos­tru­zione: sfide e op­por­tu­nità

L’architettura sta attraversando, insieme a molti altri settori della nostra società ed economia, una fase significativa di trasformazione a causa delle attuali difficoltà climatiche e politiche. La necessità di rendere gli edifici più sostenibili ed efficienti energeticamente è diventata una delle principali sfide del nostro tempo. 

Come ha dichiarato l’architetto Mario Cucinella durante un’intervista, «la sostenibilità è un modo di pensare, di vedere, di avere empatia nei confronti dei luoghi e della biodiversità e delle persone che li vivono. Ma è spesso una parola estremamente maltrattata e abusata, se ne parla ovunque e a volte sembra che non ci sia più nulla da dire perché si è già detto tutto».¹ Ma il problema che vediamo è che spesso si dice tanto, si fanno proclami, si pongono obiettivi, ma poi di fatto non si fa niente o si fa poco. Siamo però fermamente convinti che la sostenibilità sia una questione di tutti, che riguarda l’impegno di ognuno di noi affinché, crisi climatica o meno, la vita nelle nostre città migliori. L’aggravarsi dei cambiamenti climatici in atto (gli allagamenti che hanno colpito Dubai e le fortissime grandinate unite a venti senza precedenti che hanno investito il territorio ticinese sono solo alcuni tra gli esempi più recenti) rende sempre più evidente la difficoltà di continuare a soddisfare le nostre necessità, e i «nostri vizi», senza sacrificare ulteriormente il nostro pianeta. Va ripensata la relazione tra Uomo e Natura, una relazione che sia ciclica, rigenerativa e non finita. Non finita ma illimitata (o quasi) come l’energia che ogni istante, ogni giorno, il nostro pianeta e le nostre città ricevono dal sole. 

Nel passato, l’attenzione verso la sostenibilità di un progetto architettonico era ancora basilare, soprattutto per i limiti derivanti dall’esiguità delle risorse energetiche disponibili. Gli edifici erano progettati per sfruttare al meglio quello che la natura offriva, si conoscevano i limiti e si viveva con essi: siti adatti all’edificazione, ripari naturali, la protezione del suolo, la luce e il calore del sole, nonché materiali da costruzione come legno, pietre, terra, argilla ecc.

Tuttavia, con l’avvento dell’era industriale e l’aumento dell’uso di combustibili fossili, l’attenzione si è spostata verso l’efficienza e la funzionalità, spesso a scapito della sostenibilità. Solo a partire dagli anni Settanta, con lo sviluppo delle idee ecologiste, la nascita di preoccupazioni sanitarie dovute all’inquinamento, e l’evidenza del problema del rifornimento energetico legato alla disponibilità dei combustibili fossili e alle loro forti emissioni di CO₂, si è sentita l’esigenza di verificare se questa condizione non nascondesse dei problemi. Oggi, con l’aumento della consapevolezza ambientale e la necessità di affrontare il cambiamento climatico, l’architettura sostenibile è diventata una priorità. Questo ha portato a un rinnovato interesse per le tecniche di costruzione sostenibili e per l’integrazione di tecnologie come il fotovoltaico per lo sfruttamento dell’energia solare negli edifici.

L’energia solare come materiale da costruzione

L’energia solare ha sempre avuto un ruolo fondamentale nel riscaldare edifici, fornire illuminazione naturale e riscaldare acqua. Grazie al fotovoltaico, oggi è possibile generare energia elettrica pulita in molte zone. Il principio di questa tecnologia è stato scoperto da Alexandre Edmond Becquerel nel 1839, mentre Albert Einstein ha contribuito alla teoria nel 1905. Le prime applicazioni pratiche sono emerse negli anni Cinquanta e Settanta, con la crisi petrolifera che ha stimolato la ricerca di fonti energetiche alternative. In Ticino, nel 1982, è stato fondato il gruppo Ticino Solare, che ha installato il primo impianto europeo collegato alla rete, il TISO-10. Negli anni successivi, grazie alla diminuzione dei costi e alle innovazioni, il fotovoltaico non è più solo un modo per generare energia rinnovabile ma anche un materiale di costruzione che si integra negli edifici. Questa integrazione tecnica e architettonica è stata esplorata in una mostra organizzata alla SUPSI in occasione dei 40 anni dell’impianto TISO, che ha evidenziato l’evoluzione del Building Integrated Photovoltaic (BIPV) e la sinergia tra tecnica e architettura nel settore.

Una cronostoria più ampia dell’evoluzione del solare integrato in Ticino, illustrato attraverso una serie di esempi, è stata presentata su Archi 3/2022, in un articolo a cura di Mauro Caccivio e Francesco Frontini (pp. 6-8).

BIPV: un elemento costruttivo che produce energia elettrica grazie al fotovoltaico

L’agenzia internazionale dell’energia (IEA), con la sua Task 15 sul fotovoltaico integrato definisce un elemento BIPV come un modulo fotovoltaico e un prodotto da costruzione insieme, progettato per essere un componente dell’edificio.² Un prodotto BIPV è la più piccola unità fotovoltaica (elettricamente e meccanicamente) non divisibile di un sistema BIPV che mantiene la funzionalità del fabbricato. Se il prodotto BIPV viene smontato da un manufatto, deve essere sostituito da un prodotto da costruzione adeguato. Questa definizione, che è stata ripresa anche dalle recenti normative internazionali, in particolare la EN50583, e anche rivista dalla SIA 2062 impianti fotovoltaici per edifici, aiuta a capire la doppia valenza di un sistema integrato, ovvero che oltre a soddisfare i requisiti elettrotecnici, deve essere progettato, prodotto e installato come un qualsiasi elemento architettonico, soddisfacendo quindi i diversi requisiti e prestazioni come la sicurezza meccanica e la durabilità.

Sempre la Task 15 della IEA in un suo rapporto (Categorization of BIPV applications) ha mostrato come il trasferimento del fotovoltaico (FV) negli edifici sia una «causa» tangibile di innovazione. Oggi è molto più di una soluzione per la conversione dell’energia: rappresenta un nuovo aspetto fondamentale dell’estetica e della tecnologia architettonica. Prendendo in considerazione i principali sottosistemi tecnici dell’involucro edilizio multifunzionale, le caratteristiche principali in termini di funzione, prestazioni, aspetti morfologici, strutturali ed energetici vengono presentati tramite le diverse opportunità di integrazione del fotovoltaico, fornendo una classificazione di prodotto BIPV organizzata in cinque livelli, dalle categorie di applicazione ai materiali.³

Dall’involucro dell’edificio alla centrale solare

Gli edifici del futuro non saranno solo strutture passive che consumano energia, ma ne diventeranno produttori attivi in modo da contribuire alla transizione energetica delle nostre città. Le facciate, i tetti e le finestre solari sono solo alcuni esempi di come i fabbricati possono diventare centrali solari. Questa trasformazione offre enormi opportunità per l’innovazione nell’architettura e nella costruzione.⁴ 

Il processo di innovazione e transizione verso edifici in grado di produrre energia rappresenta una rivoluzione sia culturale che tecnica e architettonica. Se in passato l’inserimento dei moduli fotovoltaici era spesso limitato a rispondere a uno standard minimo di produzione rinnovabile o a massimizzare la potenza, seguendo una cultura dell’energia che prevaleva sull’estetica, oggi il fotovoltaico si è innalzato a nuovo materiale da costruzione. Questa trasformazione solleva una domanda fondamentale: quali sono i fattori che definiscono l’innovazione in architettura grazie al trasferimento tecnologico del fotovoltaico? Ci troviamo immersi in un processo rivoluzionario e innovativo che sta gradualmente trasformando gli edifici in organismi attivi, sostenibili e «vivi». Le architetture solari, dove gli elementi fotovoltaici si integrano nell’involucro edilizio, richiedono un’ampia e profonda politica che favorisca ulteriori interazioni interdisciplinari. Come sottolineò Buckminster Fuller nel suo libro Manuale Operativo per Nave Spaziale Terra: «I nostri fallimenti sono una conseguenza di molti fattori, ma forse uno dei più importanti è il fatto che la società operi sulla base della teoria secondo cui la specializzazione è la chiave del successo, senza rendersi conto che la specializzazione preclude una visione molto più ampia».⁵ Questo cambiamento di paradigma non solo ridefinisce la progettazione degli edifici, ma stimola una riflessione più ampia sul rapporto tra l’uomo e l’ambiente costruito, sottolineando l’importanza di una visione integrata nella creazione di spazi abitativi sostenibili per le generazioni future.

L’integrazione dell’energia solare nell’architettura rappresenta una sfida che si articola su diversi fronti. In primo luogo, la competitività del BIPV viene definita dalla sua capacità di confrontarsi con i materiali e i sistemi edilizi convenzionali. Questo confronto evidenzia come i costi dei componenti e dei sistemi BIPV possano essere competitivi rispetto alle soluzioni tradizionali, con analisi che considerino la durata del progetto e il ritorno sull’investimento a lungo termine. Dunque, l’inserimento di queste tecnologie richiede un’analisi dei costi e dei benefici nel corso dell’intero ciclo di vita del progetto, considerando i flussi finanziari generati sia dai costi di investimento e manutenzione che dalle vendite di elettricità, dell’autoconsumo e degli eventuali incentivi governativi. Allo stesso tempo, le normative e gli standard di qualità rappresentano un tema centrale, per assicurare qualità a questi sistemi multifunzionali e per la necessità di armonizzare i requisiti edilizi e quelli tecnici dei moduli fotovoltaici. Questo approccio interdisciplinare riguarda sia il progetto che l’attuale normativa, la quale, attraverso un percorso di revisione, apre la strada a processi di qualificazione che integrano efficacemente requisiti elettrotecnici e edilizi, offrendo vantaggi tangibili sia al settore delle costruzioni che a quello solare.

Oltre la tecnica: formazione, sensibilizzazione e sinergie intersettoriali

Le sfide energetiche e climatiche attuali richiedono soluzioni innovative e orientate al futuro. L’energia solare come materiale da costruzione offre enormi opportunità per rispondere a queste sfide. Tuttavia, per realizzare pienamente questo potenziale, è necessario un approccio sistemico che coinvolga tutti gli aspetti del settore delle costruzioni e dell’energia.

L’implementazione diffusa del BIPV richiede un’attenzione particolare alla formazione e alla qualificazione professionale. La complessità delle competenze necessarie richiede sinergie trasversali tra settori e un potenziamento dell’istruzione interdisciplinare. È fondamentale investire in programmi di formazione e sensibilizzazione per gli architetti e i professionisti del settore edile, affinché possano integrare il BIPV in modo efficace e innovativo nelle loro pratiche progettuali. Per aiutare gli architetti a padroneggiare questa sfida ibrida tra costruzione dell’impianto elettrico e la costruzione del fabbricato, è stato istituito il corso «SOL(AR)chitecTOUR» dalla SUPSI. Al contempo, per la formazione di base, il corso «architettura solare» offerto da SUPSI all’interno del piano di studi in Architettura fornisce agli studenti gli strumenti per abbracciare una cultura della costruzione attenta alla risorsa solare, trasformando l’involucro edilizio in un sistema attivo di produzione di energia rinnovabile. Così facendo, si vuole facilitare lo scambio di conoscenze e le migliori pratiche per accelerare l’integrazione di BIPV in diversi contesti regionali. Una Piattaforma Europea su Fotovoltaico Integrato (https://www.eusolarbuildings.com/) è nata di recente da una coalizione di stakeholders impegnati a potenziare e accelerare l’integrazione fotovoltaica nel settore delle costruzioni in Europa e raggiungere la neutralità carbonica in modo economicamente vantaggioso. La missione di EU Solar Buildings è quella di promuovere l’integrazione del solare nell’ambiente costruito, favorendo l’innovazione, la collaborazione e l’istruzione. L’integrazione dell’energia solare nell’architettura rappresenta una sfida complessa che coinvolge molti aspetti, dalla tecnologia alla formazione professionale, fino alla promozione di sinergie tra settori diversi. L’architettura del futuro si sta evolvendo da strutture passive a veri e propri produttori attivi di energia. Le facciate, i tetti e le finestre solari stanno trasformando gli edifici in centrali solari, aprendo nuove opportunità di innovazione nel settore dell’architettura e della costruzione. Questo processo rappresenta una rivoluzione culturale, tecnica e architettonica, trasformando radicalmente la progettazione degli edifici. La competitività del BIPV dipende dalla sua capacità di confrontarsi con i materiali e i sistemi edilizi convenzionali. È necessario considerare i costi e i benefici nel corso dell’intero ciclo di vita del progetto, integrando analisi finanziarie e normative per assicurare la qualità e la competitività dei sistemi BIPV. La formazione e la qualificazione professionale sono fondamentali per garantire una diffusa implementazione del BIPV. Programmi formativi interdisciplinari sono necessari per preparare gli architetti e i professionisti del settore edile a integrare il BIPV in modo efficace e innovativo nelle loro pratiche progettuali. La promozione dell’innovazione richiede una coordinazione efficace tra industrie, istituzioni e enti governativi. La creazione di sinergie tra settori diversi è essenziale per accelerare l’integrazione del BIPV in diverse realtà regionali. Infine, l’obiettivo è creare un ambiente costruito sostenibile e competitivo nel lungo termine, attraverso l’efficace integrazione dell’energia solare nell’architettura. Questo compito richiede un impegno congiunto e coordinato da parte di tutti gli attori coinvolti, dall’industria alla formazione professionale, per garantire un futuro sostenibile e prospero dove tecnologia, funzione e bellezza siano parte dello stesso sistema.

Contributo realizzato con il sostegno di Svizzera Energia

Note

1. F. Aimar, Mario Cucinella e la sostenibilità: troppa teoria, servono dati concreti, 23.20.2025: https://www.teknoring.com/news/progettazione/mario-cucinella-e-la-sostenibilita-troppa-teoria-servono-dati-concreti/.

2. https://iea-pvps.org/key-topics/international-definitions-of-bipv/.

3. https://iea-pvps.org/key-topics/categorization-of-bipv-applications/.

4. Sulla piattaforma www.solarchitecture.ch sviluppata dalla SUPSI con la partecipazione del politecnico federale di Zurigo e Swissolar si potranno trovare alcuni esempi di queste installazioni e progetti.

5. R. Buckminster Fuller, Manuale operativo per Nave Spaziale Terra, a cura di J. Snyder, Il Saggiatore, Milano 2018.

Il team di BIPV - Involucro innovativo di SUPSI, attraverso www.solarchitecture.ch, promuove la realizzazione di edifici solari portando casi reali, aggiornamenti e risultati tangibili, all’attenzione dei progettisti e degli specialisti.

Grazie alla collaborazione con il Dipartimento di Architettura (D-ARCH) di ETH Zurigo e, in particolare con il corso Tecnologie costruttive ed edilizia (BUK - Bautechnologie und Konstruktion), la piattaforma arricchisce i progetti di dettagli costruttivi utili a comprendere le relazioni tra tecnica e architettura.

Gli spaccati assonometrici presenti nelle schede progetto di questo numero fanno parte di questa produzione che si espande continuamente grazie alle candidature dei progettisti che annunciano spontaneamente i loro progetti che utilizzano il fotovoltaico come elemento architettonico solare. 

L’offerta formativa SUPSI

L’impegno didattico si concentra su diversi obiettivi chiave. Innanzitutto, si vogliono creare connessioni e rafforzare la collaborazione tra le associazioni europee esistenti, focalizzandosi sul settore edilizio. In secondo luogo, si punta sull’innovazione, sostenendo lo sviluppo di un’industria BIPV altamente innovativa, rigorosamente «Made in Europe». Infine, la SUPSI si impegna nell’educazione e nella formazione per l’aggiornamento e la riqualificazione dei professionisti dell’edilizia per l’architettura solare attraverso corsi, workshop ed eventi dedicati. Tra le altre cose, si concentra sulla promozione dell’innovazione regionale. Questo implica il coordinamento di iniziative nazionali per incoraggiare la collaborazione tra le industrie del fotovoltaico e delle costruzioni nei paesi pilota. 
 

La formazione di base 

Le lezioni frontali, guidate da esperti internazionali e aziende operative nel settore, sono integrate da esercitazioni pratiche e visite in cantiere o a edifici rappresentativi nel Ticino. Il programma si articola su due assi principali: la cultura del progetto e il supporto tecnologico alla sostenibilità energetica. Gli argomenti trattati includono gli edifici a consumo energetico nullo, esempi di architettura solare contemporanea e strumenti di simulazione per una corretta progettazione solare. Il corso rappresenta l’opportunità di acquisire competenze pratiche e teoriche nel campo dell’architettura solare e della costruzione sostenibile, preparandoli per sfide future nel settore delle energie rinnovabili e dell’edilizia eco-friendly.
 

SOL(AR)chitecTOUR

È un’esperienza che offre un contatto diretto con esperti, laboratori, professionisti e aziende del settore. L’obiettivo di questo corso è quello di fornire agli architetti gli strumenti teorici e pratici necessari per ideare edifici solari, dal progetto alla realizzazione, attraverso l’analisi di casi studio reali e un approccio esperienziale che favorisce l’apprendimento attivo, consentendo un coinvolgimento diretto con i temi trattati. Vengono così rafforzate le competenze interdisciplinari e promossa l’integrazione tra architettura, efficienza energetica e tecnologia solare. Il valore di SOL(AR)chitecTOUR non si limita al solo corso: il networking creato durante l’esperienza permette ai partecipanti di accedere a eventi futuri, come conferenze e contest, mantenendo viva la connessione con il mondo dell’architettura solare anche dopo la conclusione del corso.