materiali e tecnologie

I palazzi? Vanno progettati con le nuove “pareti solari”

L’era dei vecchi pannelli fotovoltaici montati sul tetto per ottenere acqua calda, o poco più, è tramontata. Tecniche all’avanguardia permettono di andare molto oltre. La SUPSI in prima linea nella ricerca.

di Elisa Buson

I pannelli solari montati sul tetto? Roba da preistoria. Oggi le celle fotovoltaiche per produrre energia pulita si integrano direttamente negli elementi costruttivi degli edifici, come tegole, vetrate e coperture delle facciate. È l’architettura solare, bellezza, la chiave per dare una svolta green alle nostre città in modo da ridurne l’impatto ambientale con una spruzzata di design futuristico. Una sfida cruciale, vista l’urgenza della crisi climatica globale, che è stata colta al volo dalla SUPSI, la Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana: fra i pionieri di questo settore ad alto tasso di innovazione, oggi è impegnata in prima linea in vari progetti federali ed europei che mirano a rendere queste tecnologie sempre più efficienti ed economicamente competitive.

«Si è iniziato a parlare di “architettura solare” già negli anni Quaranta e Cinquanta del secolo scorso - spiega Francesco Frontini, professore di Tecnologie innovative della costruzione e progettazione sostenibile della SUPSI. - Allora il termine faceva riferimento a edifici sperimentali che erano capaci di sfruttare il calore solare per riscaldarsi in modo passivo e che erano dotati di pannelli solari termici per riscaldare l’acqua, da impiegare ad uso sanitario o per alimentare pompe di calore con cui riscaldare o rinfrescare gli ambienti».  È a partire dagli anni Ottanta, con le prime installazioni di pannelli fotovoltaici, che si è cominciato a usare l’energia solare per produrre energia elettrica rinnovabile. «La vera svolta – ricorda Frontini - è arrivata poi negli anni Duemila con il boom delle rinnovabili: anche grazie agli incentivi federali, in Svizzera abbiamo assistito a una forte crescita degli impianti progettati per un’installazione facile, veloce ed economica sul terreno o sulle coperture dei tetti».

Mentre questi impianti spuntavano qua e là come funghi, la SUPSI guardava già oltre, partecipando a un progetto di ricerca federale volto a identificare le tecnologie migliori per integrare il fotovoltaico direttamente nella “pelle” degli edifici. In principio furono le tegole: i materiali tradizionali con cui vengono solitamente prodotte (come la terracotta e il fibrocemento) sono stati sostituiti dal vetro solare, uno speciale vetro laminato contenente celle fotovoltaiche. Poi si è passati alle facciate ventilate, quelle cioè rivestite da pannelli esterni che formano un’intercapedine per favorire la circolazione naturale dell’aria e il conseguente raffrescamento della facciata: anche in questo caso, i materiali di pregio con cui venivano realizzati i pannelli (come metallo, marmo e legno) sono stati rimpiazzati da sistemi solari attivi. Infine, è arrivato il turno delle facciate continue (o courtain walls), dove le ampie vetrate che rivestono grattacieli, edifici commerciali e di rappresentanza, vengono arricchite con celle solari opache integrate.

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«Possiamo già vedere degli esempi concreti di architettura solare in Ticino - sottolinea Frontini. - Basti pensare al Palazzo Positivo di Chiasso, un edificio pilota dove il fotovoltaico è stato integrato nelle facciate, nelle balaustre dei balconi, nel tetto e nella pergola del terrazzo». Elementi di architettura solare sono stati applicati anche per la riqualificazione di edifici già esistenti, «come la sede di Zurich Assicurazioni a Lugano - dice Frontini - dove il fotovoltaico è stato integrato nelle facciate esposte a sud, est e ovest».

Sfruttare queste tecnologie innovative per il risanamento edilizio è un investimento utile, perché hanno ormai raggiunto livelli di efficienza considerevoli. «In media, per impianti integrati, siamo intorno al 15% - spiega Frontini - il che significa che se un metro quadro di superficie attiva riceve in un anno 1.000 kilowattora di energia solare, riesce a produrne 150 di energia elettrica». Se prendiamo, ad esempio, una famiglia media di quattro persone, che per coprire il suo fabbisogno energetico dovrebbe installare 3-5 kilowatt di potenza fotovoltaica, sarebbe sufficiente realizzare un tetto attivo di 30 metri quadri o 45 metri quadri di facciata fotovoltaica. A questo si aggiungano poi gli sgravi fiscali previsti per favorire il rinnovamento del parco immobiliare svizzero, responsabile di oltre il 40% del consumo energetico e delle emissioni di CO2 dannose per il clima. «Ad oggi si risana solo l’1-2% degli edifici: c’è ancora molto da fare e da investire», ammette Frontini.

Ma allora cosa frena la diffusione del fotovoltaico integrato? «Innanzitutto la scarsa conoscenza delle opportunità che offre: per questo noi della SUPSI lavoriamo molto per informare architetti e progettisti, attraverso l’organizzazione di eventi, lo sviluppo di piattaforme web e materiale informativo», ricorda il docente. Poi c’è ovviamente il capitolo costi: «la famiglia di quattro persone che vuole installare 5 kilowatt di tegole attive sul tetto, può arrivare a spendere fino a 15.000 franchi, da cui però vanno dedotti gli incentivi federali e cantonali e gli sgravi fiscali». Un investimento comunque importante, anche se controbilanciato dalla durabilità dei moduli di vetro e dalla minima manutenzione richiesta. «Il materiale - rassicura Frontini - è stabile e resiste per più di 30 anni: anche l’efficienza si mantiene a lungo, tendendo a calare dello 0,5% annuo in particolare a fine vita».

A pesare sul portafogli c’è anche la costruzione degli elementi fotovoltaici, che non possono più essere prodotti in maniera standardizzata. I sistemi integrati in architettura, infatti, danno la possibilità di avere una maggiore personalizzazione: un architetto, per esempio, può voler realizzare una facciata di vetro usando gli elementi fotovoltaici in modo che vadano a comporre un disegno, alternando elementi con celle solari più fitte e altri con celle più rade. Per soddisfare le esigenze di tutti, serviranno linee di produzione più flessibili e automatizzate. Per questo gli esperti della SUPSI stanno lavorando al progetto BIPVBOOST, finanziato dal programma europeo Horizon 2020: l’obiettivo è collaborare con gli istituti di ricerca e i partner industriali del consorzio per abbattere del 75% i costi extra che gravano sul fotovoltaico integrato entro il 2030. «Lo faremo sviluppando nuovi prodotti solari per l’architettura con diverse finiture estetiche, flessibili e facili da installare, oltre che nuovi software per la progettazione», racconta Frontini. Gli architetti avranno così tutti gli strumenti per dare libero sfogo alla loro creatività.

È fin troppo facile prevedere che il fotovoltaico integrato finirà per rivoluzionare il “look” degli edifici. «Il nuovo Modello di prescrizioni energetiche dei Cantoni (MoPEC) - dice Frontini - prevede che le nuove costruzioni abbiano almeno 10 watt di potenza fotovoltaica per ogni metro quadro riscaldabile e questo, in un certo senso, vincola la progettazione. Per massimizzare l’efficienza di queste nuove tecnologie, ad esempio, bisognerà ripensare gli edifici con più superfici esposte al sole». Così potrebbero aumentare le vetrate rivolte a sud e il calcestruzzo a vista, tipico degli edifici del Ticino, potrebbe cedere il posto a vetrate fotovoltaiche blu o nere. «I vetri attivi, infatti, possono essere colorati o serigrafati: qualche anno fa, con il progetto europeo SmartFlex, abbiamo risanato un edificio a Klaipeda, in Lituania, grazie a moduli fotovoltaici che riproducono sulla facciata un disegno del mare con le nuvole», ricorda Frontini. Dunque vita sempre più difficile per i graffittari a caccia di muri bianchi su cui lasciare il proprio segno? «Chissà: magari in futuro verranno interpellati proprio per progettare i decori delle facciate!».