Studio del comportamento radiativo e termico di componenti di involucro produttori di energia

Le attività di ricerca effettuate riguardano la caratterizzazione del comportamento radiativo e termico di componenti trasparenti di involucro produttori di energia con l’obiettivo di contribuire al miglioramento del comportamento energetico del sistema edificio impianto. I componenti trasparenti sono infatti un elemento fondamentale dell’involucro edilizio in grado di svolgere tradizionalmente più funzioni contemporaneamente: ingresso di energia, ingresso di luce, visione della contesto ambientale esterno. L’innovazione tecnologica dei materiali permette attualmente di aggiungere anche una ulteriore funzione che è quella della produzione di energia ossia della trasformazione dell’energia radiante solare in energia elettrica e energia termica. Ciò risulta di notevole interesse in relazione alla necessità di realizzare entro pochi anni, sulla spinta della legislazione nazionale e europea, edifici che non consumino energia (Zero Energy Building ZEB) o che ne consumino molto poca (Near Zero Energy Building NZEB). Si sono presi in considerazione elementi di involucro innovativi (attivi e passivi) e la loro integrazione nel bilancio energetico dell'edificio. Più specificamente nel campo del sistemi produttori di energia di tipo fotovoltaico integrati nell’involucro edilizio (Building Integrated PhotoVoltaic BIPV) si è attuata una estesa indagine di mercato sulle diverse tipologie di prodotti e sulle loro caratteristiche. Si sono individuate al momento attuale le tecnologie più concretamente applicabili nel contesto della progettazione delle residenze e degli edifici del terziario. Parallelamente si è svolta una attività sperimentale e si sono predisposti alcuni campioni con la collaborazione dell’azienda UnionGlass di Motta di Livenza (TV) e del laboratorio ENEA UTEE ERT. Si è scelto di analizzare nel dettaglio un elemento BIPV composto dalle stratigrafie più diffuse sul mercato. Si tratta di un vetro laminato al cui interno viene inserito un strato di celle fotovoltaiche. Si sono caratterizzati tali campioni rispetto alle loro proprietà termo-fisiche e radiative in laboratorio. Presso il Laboratorio di Fisica Tecnica ambientale e presso il Laboratori ENEA ERT è stata determinata la trasmittanza termica. Presso il Laboratorio Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE di Friburgo si è proceduto alla determinazione del fattore di guadagno solare. Infine le proprietà ottiche e radiative degli elementi dei sistemi studiati (coefficienti di riflessione, trasmissione ed assorbimento) sono state misurate attraverso analisi spettrale alle varie lunghezze d’onda presso la Stazione Sperimentale del Vetro di Murano Venezia. È stato messo a punto poi un modello numerico al fine di stimare le caratteristiche ottiche e termiche dell’ elemento BIPV. Tale modello si base sulla descrizione del sistema con equazioni differenziali le quali sono state risolte con la tecnica delle differenze finite. Utilizzando tale modello sono state effettuate le stime dei parametri di trasmissione solare e trasmittanza del modulo BIPV, e i valori sono stati confrontati con i risultati sperimentali sintonizzando il modello numerico. A partire dai dati ottenuti dalla misura sperimentale e dalla modellazione numerica per il singolo componente fotovoltaico si è analizzata utilizzando un software di simulazione dinamica dell’edificio l’integrazione del sistema di produzione fotovoltaica sull’edificio. Le analisi sono state fatte su un modello rappresentante un ufficio con una finestra esposta a Sud con moduli BIPV a diverse frazioni di area libera dalle celle.