Energia solare, un «materiale» da costruzione
Ancora oggi, anche se gli edifici diventano sempre più efficienti, il settore delle costruzioni contribuisce a più di un terzo delle emissioni globali di carbonio. Grazie allo sviluppo delle nuove tecnologie solari, che integrano la produzione di energia fotovoltaica negli elementi costruttivi, gli edifici hanno un'opportunità unica e possono contribuire in modo importante alla transizione energetica della nostra società, offrendo un enorme potenziale per la produzione in loco di energia elettrica rinnovabile da fonte solare.
Dal 1982 in Ticino e in particolare alla SUPSI, grazie alla visione pionieristica di un gruppo di ricercatori che quarant'anni fa realizzarono il primo impianto fotovoltaico connesso alla rete elettrica in Europa, il TISO (Ticino Solare), si fa ricerca e si sperimentano nuove tecnologie fotovoltaiche lavorando a stretto contatto con l'industria e i professionisti del settore. L'impianto da 10 kW installato a Trevano rappresentava una sfida tutt'altro che semplice visto che la tecnologia fino ad allora era stata utilizzata quasi esclusivamente per sistemi spaziali e per piccoli impianti isolati. Il costo allora era anche alquanto proibitivo raggiungendo i 35 CHF/W.
Oggi il TISO continua solo in parte a funzionare (i moduli migliori hanno perso nel ciclo di vita complessivo meno del 10% della potenza iniziale) producendo però costantemente energia elettrica rinnovabile; tuttavia, in queste quattro decadi la tecnologia ha fatto dei passi in avanti incredibili. Si pensi, per esempio, che i moduli oggi raggiungono potenze superiori ai 225 W/m², mentre i vecchi moduli TISO si fermavano a 94 W/m². Il prezzo, grazie alle economie di scala è sceso considerevolmente, rendendo l'energia elettrica fotovoltaica una delle fonti di energia più economiche al mondo, come riportato da un recente studio della IEA (International Energy Agency).
I primi impianti fotovoltaici integrati negli edifici risalgono ai primi anni Duemila, con qualche sperimentazione puntuale e pionieristica negli anni precedenti. Allora l'obiettivo principale del progettista era quello di sfruttare al massimo la superficie meglio esposta, ovvero la copertura.
In Ticino un primo esempio di integrazione del fotovoltaico in architettura risale già alla fine degli anni Novanta, quando per l'architetto Claudio Lo Riso la ristrutturazione di un edificio amministrativo del 1972 a Lugano diventa un'opportunità per utilizzare dei moduli fotovoltaici come protezione solare delle finestre sul fronte sud. I dispositivi di schermatura fotovoltaica, costituiti da moduli bianchi traslucidi vetrati e semitrasparenti, sono montati su una struttura mobile in grado di essere orientata (sull'asse orizzontale), massimizzando il potenziale fotovoltaico e controllando adeguatamente la radiazione solare che costituisce il guadagno solare in estate e in inverno. Questo progetto ha anticipato quella che oggi è diventata un'opportunità unica soprattutto per edifici multi-piano, dove la superficie della copertura non è così importante e disponibile (spesso è già sfruttata per ospitare gli impianti tecnici), ovvero la produzione di energia solare dalle facciate. Una facciata non è più così solo un elemento passivo che assicura l'impermeabilizzazione o l'isolamento termico, ma anche una superficie attiva, in grado di produrre energia rinnovabile per gli edifici, coniugando la produzione di elettricità con il linguaggio figurativo dell'edificio.
Le facciate degli edifici, orientate diversamente da est a ovest, non solo offrono delle grandi superfici, garantendo una produzione più lunga durante tutta la giornata, ma, rispetto a una copertura tradizionale inclinata, migliorano anche la produzione durante il periodo invernale, quando il sole risulta più basso all'orizzonte. Si ha così l'opportunità di produrre più energia proprio nei mesi in cui il fabbisogno per il riscaldamento, grazie soprattutto alle pompe di calore, è maggiore rispetto al periodo estivo.
Dai primi anni Duemila, spinti dagli incentivi federali e dall'aumento della richiesta, iniziano a svilupparsi sempre più soluzioni multifunzionali come le tegole fotovoltaiche, i rivestimenti di facciata ventilata e le facciate continue. Si utilizzano elementi non attivi (dummies), nelle zone meno soleggiate o dove non è possibile integrare un modulo fotovoltaico, per assicurare una percezione omogenea e compatta delle superfici. Fino al 2009, in tutto il mondo i sistemi solari integrati nell'edificio rappresentavano solamente l'1% della totale capacità installata dei sistemi fotovoltaici. Benché una vasta gamma di prodotti solari per l'edilizia fosse allora disponibile a prezzi interessanti, l'investimento iniziale dei sistemi BIPV a quei tempi era ancora troppo oneroso per competere con i materiali da costruzione e con i tradizionali sistemi fotovoltaici; la priorità era dunque quella di massimizzare la produzione d'energia riducendo al contempo i costi.
Lo sviluppo di moderne tecniche di produzione, di stringatura delle celle sempre più automatizzata e personalizzabile (come viene proposto dal progetto europeo BIPVBOOST, www.bipvboost.eu, a cui la SUPSI sta lavorando da tre anni), e la collaborazione con l'industria del vetro, permettono anche di realizzare superfici semi-trasparenti come le facciate e le coperture del famoso campus Novartis a Basilea dell'architetto Frank Gehry oppure sistemi multifunzionali che combinano sistemi di isolamento termico, protezione acustica e fotovoltaico in un unico componente prefabbricato.
Grazie agli sforzi della ricerca, vengono introdotte sul mercato soluzioni costruttive e celle solari sempre più efficienti e finanziariamente sostenibili, tanto che nel 2016 viene pubblicata una prima normativa internazionale per garantire la qualità dei moduli fotovoltaici integrati, la EN 50583 Photovoltaic in Buildings. In quegli anni si vedono apparire sul mercato nuovi moduli fotovoltaici colorati, che grazie a particolari tecniche di stampaggio e lavorazione del vetro danno ancora maggiore flessibilità al prodotto, garantendo superfici omogenee colorate o caratterizzate da disegni studiati ad hoc e progettati su misura secondo le esigenze dell'architetto, dove la cella fotovoltaica scompare rendendo così il prodotto fotovoltaico un vero materiale da costruzione personalizzabile.
Sono un esempio il condominio in Seewadelstrasse, ad Affoltern am Albis progettato dallo studio Viriden+Partners e il recente progetto POLIS a Pregassona, progettato dall'architetto Mario Campi, a oggi l'edificio in Ticino con la più grande facciata fotovoltaica, con una potenza installata di circa 170 kWp, corrispondente a una superficie di oltre 1'600 m2. Per quest'ultimo progetto la Città di Lugano ha scelto di cambiare il concetto di facciata, passando da un classico rivestimento in lastre di fibro-cemento a uno con superficie interamente fotovoltaica, senza rinunciare al linguaggio architettonico grazie a dei moduli innovativi in vetro colorato prodotti su misura per rendere l'edificio quasi autosufficiente dal profilo energetico.
Questi e altri esempi sono visibili sulla piattaforma digitale Solarchitecture che la SUPSI gestisce con la collaborazione del Politecnico di Zurigo e di Swissolar, grazie al supporto di SvizzeraEnergia. Diverse altre tecniche si stanno sviluppando e il risultato finale è che non dobbiamo più parlare di integrazione del fotovoltaico nella pelle dell'edificio, ma è proprio la pelle dell'edificio che sta cambiando per ospitare la tecnologia fotovoltaica per produrre energia rinnovabile.
L'architettura solare insieme a quella bioclimatica non è un settore specialistico, ma piuttosto un'espressione consapevole delle sfide attuali, capace di mettere in relazione l'uomo «bios», protagonista principale dell'architettura, con l'ambiente esterno, il «clima», ricercando nel manufatto architettonico il giusto equilibrio, in cui il concetto di edificio evolve fino a diventare strumento di produzione diretta di energia rinnovabile utilizzabile per le proprie necessità e per quelle altrui.
