Ampliamento della scuola materna M. Cappello

Il lay-out planimetrico colloca le sezioni, quali unità pedagogiche dimensionate per 25/28 bambini l’una, arretrate rispetto alla distribuzione principale, per essere filtrate dai relativi spazi di servizio, igienico-sanitari e di spogliatoio, e ottenere un miglior isolamento acustico evitando indesiderate interferenze esterne. L’entità sezione è pensata come nucleo autosufficiente le cui attività, anche di servizio, si sviluppano al proprio interno, in modo da avere un maggior controllo e una miglior gestione degli spostamenti dei bambini. Nelle aule si prevedono ampie aperture a tutta altezza, che assicurano un buon grado di aerazione e illuminazione naturale, e altre particolari bucature ‘a dimensione di bambino’, che definiscono il ruolo del ‘piccolo’ al centro dell’intervento.

Trattandosi di ampliamento, ci si è riferiti agli ambienti a disposizione nell’edificio originario, per assolvere all’esigenza di realizzare gli spazi di supporto necessari, richiesti dalla normativa.

La sala delle attività collettive, è volutamente posta in posizione più separata, seguendo uno schema che si sviluppa per fasce funzionali, per rispondere alla duplice necessità di utilizzo da parte della scuola e da parte della comunità di S.Croce, evitando interferenze ed interconnessioni tra le due utenze, dai caratteri tanto differenti. Tale sala, progettata per ospitare circa 150 utenti è pensata, in termini di flessibilità e adattabilità ed é dotata di pannellature divisorie che all’evenienza possono frazionare lo spazio per ottenere ambienti più consoni all’utilizzo che necessita. E’ prevista una zona di filtro tra la scuola e la sala, un volume di servizio che ospita locali tecnici, di deposito e per i servizi igienici, e un accesso separato a quest’ultima, per garantire appunto, un utilizzo indipendente della stessa da parte degli utenti non propri della scuola. Nella grande aula sono previste, sul lato esterno grandi aperture a tutta altezza, analoghe a quelle delle tre aule, mentre sul lato che confina col giardino didattico si è pensato ad aperture che nascono da una certa altezza, per evitare possibili interferenze visive tra le funzioni che si esercitano all’interno della sala e le attività che si effettuano nello spazio all’aperto. Il lato est è stato ideato cieco, nell’ipotesi di possibili proiezioni di filmati o altro. Tutte le aperture hanno la possibilità di essere oscurate, parzialmente o totalmente, con appositi sistemi.

Immaginando l’intervento in termini di colloquio con l’ambiente, si prevede la realizzazione dell’impianto di climatizzazione sviluppato con la tecnica a pannelli radianti, supportata da un sistema eco-compatibile basato sulla GEOTERMIA e supportato dall’ausilio di pannelli solari per ottenere l’energia elettrica necessaria. In questi termini si pone la scuola quale esempio che stimoli la sensibilità verso queste argomentazioni, e perciò si pensa al locale tecnico che ospita gli impianti, in posizione che possa essere visitato, e comunque è prevista una zona dove esporre elementi, grafiche, scritti informativi di tale attività. Tale ambiente, localizzato nella parte terminale dell’asse distributivo, e quindi nei pressi dell’ingresso sud separato dalla scuola, ha la duplice funzione di spazio espositivo-informativo e, opportunamente chiuso tramite pannellature mobili, di deposito a servizio della sala collettiva nell’ipotesi di esigenze più consistenti. Si assicura così un maggior grado di flessibilità nell’utilizzo.

Si intende realizzare un intervento contemporaneo che sappia colloquiare con l’edificio esistente risalente ai primi anni del ‘900; mantenere un giusto equilibrio tra i nuovi volumi costruiti, quelli esistenti e il verde dell’intorno; preservare un buon livello della luce naturale che penetra l’edificio attraverso le superfici verticali perimetrali.

Partendo da un analisi dell’impianto su cui si insiste, si è ragionato in termini di inserimento nella Corte Paltrinieri; da qui la volontà di ricucire il rapporto con la stessa che ne identifica il nucleo, quindi pensare ad un edificio capace di colloquiare con la corte ivi attestandosi: quasi realizzare il ‘pezzo mancante’! Secondo una lettura a livello funzionale, si preserva il cuore per le attività più protette, mentre le necessarie funzioni di accesso e di distribuzione carrabili, sono lasciate all’esterno per svilupparsi attorno al costruito, con la possibilità di un’ulteriore espansione futura a servizio della restante parte di corte, allorché si decida di recuperarne i volumi.

Il rapporto con il verde è preservato e incentivato, quale elemento di forte connotazione e qualità.

Tra le scelte progettuali, fondamentale la selezione del materiale principe: il laterizio, proprio della tradizione del loco e utilizzato tramite un’attenta soluzione di muratura con mattoni a faccia a vista, che ritma e caratterizza le superfici. L’intervento è basato su elementi forti ed essenziali, semplici nella propria essenza eco-compatibile. Materiali naturali e tecniche tradizionali sono utilizzati per soddisfare le basilari esigenze d’illuminazione e di condizionamento degli ambienti.

Pubblicazioni / Eventi:

2009-Pubblicazioni / Eventi	_Pubblicazione nel settimanale "VOCE" n.44 del 26/11/2009, dell'articolo relativo all'impianto Geotermico installato nella scuola 'M. Cappello', sita a Santa Croce di Carpi (Mo) _INAUGURAZIONE Asilo: Pubblicazione nel settimanale "VOCE" n.44 del 26/11/2009, dell'articolo relativo alla cerimonia di Inaugurazione della nuova ala della scuola 'Matilde Cappello', sita a Santa Croce di Carpi (Mo) _Conferenza Stampa di presentazione dell'asilo finito: 22/10/2009. _Articolo su GAZZETTA DI CARPI n.292 del 23/10/2009. _Articolo su IL RESTO DEL CARLINO Modena/Carpi n.251 del 23/10/2009. _Articolo su VOCE n.40 del 29/10/2009. _Articolo su IL TEMPO n.40 del 30/10/2009. _Articolo su NOTIZIE n.38 del 01/11/2009.
2008-Pubblicazioni / Eventi	_Articolo su "VOCE" n.1 del 05/01/08
2007-Pubblicazioni / Eventi	_Cerimonia di posa della prima pietra del 19/12/2007 _Articolo su 'L'informazione' del 20/12/2007 _Articolo su NOTIZIE n.38 del 01/11/2009.
2006-Esposizioni	_Cerimonia di posa della prima pietra del 19/12/2007 _Convegno del 26/10/2006 - SAIE - Palazzo Congressi, Sala Italia. Organizzato da Edicom Edizioni _Illustrazione del progetto di Ampliamento della Scuola materna Matilde Cappello, Santa Croce di Carpi (Mo) _Pubblicazione nel testo "Strutture scolastiche nella Provincia di Modena - Criteri di bio-edilizia ed efficienza energetica", edito da Bioecolab, ottobre 2006 del progetto di Ampliamento della Scuola materna Matilde Cappello, Santa Croce di Carpi (Mo) _Pubblicazione nel testo "Edifici scolastici eco-compatibili - Progetti per una scuola sostenibile", Edicom Edizioni, ottobre 2006 del progetto di Ampliamento della Scuola materna Matilde Cappello, Santa Croce di Carpi (Mo)
2005-Pubblicazioni	-Pubblicazione in "Carpi, visioni di architettura - progetti e risultati di una città in trasformazione", allegato al settimanale VOCE n.43 del 17novembre 2005: progetto di Ampliamento della Scuola materna Matilde Cappello, Santa Croce di Carpi (Mo)

Approfondimenti:

ENERGIA GEOTERMICA
Per energia geotermica si intende quella contenuta, sotto forma di "calore", all'interno della terra. L'origine di questo calore è in relazione con la natura interna del nostro pianeta e con i processi fisici che in esso hanno luogo. Tale calore, anche se in quantità enorme e praticamente inesauribile, risulta assai disperso e solo raramente concentrato. Il calore interno si dissipa con regolarità verso la superficie della terra; la sua esistenza è percepibile dall'aumento progressivo della temperatura delle rocce con la profondità; il gradiente geotermico è in media di 3°C ogni 100 m di profondità, ossia 30°C ogni km.
Curiosità. Il termine "geotermia" deriva dal greco "gê" e "thermòs" ed il significato letterale è "calore della Terra".

LA POMPA DI CALORE
La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. Essa opera con lo stesso principio del frigorifero e del condizionatore d’aria. La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore. Il circuito chiuso è costituito da:
•un compressore
•un condensatore
•una valvola di espansione
•un evaporatore
Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (che può essere acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorigeno. Questo cede calore al condensatore e lo sottrae all’evaporatore. I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in un unico blocco, sia divisi in due parti (sistemi “SPLIT”) raccordate dai tubi nei quali circola il fluido frigorigeno. Nel funzionamento il fluido frigorigeno, all’interno del circuito, subisce le seguenti trasformazioni:
•Compressione: il fluido frigorigeno allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dall’evaporatore, viene portato ad alta pressione; nella compressione si riscalda assorbendo calore.
•Condensazione: il fluido frigorigeno, proveniente dal compressore, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’esterno.
•Espansione: passando attraverso la valvola di espansione il fluido frigorigeno liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda.
•Evaporazione: il fluido frigorigeno assorbe calore dall’esterno ed evapora completamente.
L’insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore: fornendo energia con il compressore, al fluido frigorigeno, questo, nell’evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore, lo cede al mezzo da riscaldare.

Ciclo della pompa di calore.

Nel corso del suo funzionamento, la pompa di calore:
•consuma energia elettrica nel compressore;
•assorbe calore nell’evaporatore, dal mezzo circostante, che può essere aria o acqua;
•cede calore al mezzo da riscaldare nel condensatore (aria o acqua).
Il vantaggio nell’uso della pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia (calore) di quella elettrica impiegata per il suo funzionamento in quanto estrae calore dall’ambiente esterno (aria-acqua).
L’efficienza di una pompa di calore è misurata dal coefficiente di prestazione “C.O.P.” che è il rapporto tra energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) ed energia elettrica consumata. Il C.O.P. è variabile a seconda del tipo di pompa di calore e delle condizioni di funzionamento ed ha, in genere, valori prossimi a 3. Questo vuol dire che per 1 kWh di energia elettrica consumato, fornirà 3 kWh (2580 kcal) di calore al mezzo da riscaldare. Il C.O.P. sarà tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto più alta quella della sorgente da cui viene assorbito (nell’evaporatore). Al di sotto di una temperatura compresa tra - 2°C e 2°C la pompa di calore si disattiva, in quanto le sue prestazioni si ridurrebbero significativamente. Va tenuto conto inoltre che la potenza termica resa dalla pompa di calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore. Altre sorgenti possono essere costituite da:
•acqua accumulata in serbatoi e riscaldata dalla radiazione solare
•terreno, nel quale vengono inserite le tubazioni relative all’evaporatore.
Il mezzo esterno da cui si estrae calore è detto sorgente fredda. Nella pompa di calore il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l’evaporatore.
Le principali sorgenti fredde sono:
•l’aria: esterna al locale dove è installata la pompa di calore oppure estratta dal locale dove è installata la pompa di calore
•l’acqua: di falda, di fiume, di lago quando questa è presente in prossimità dei locali da riscaldare e a ridotta profondità.
L’aria o l’acqua da riscaldare sono detti pozzo caldo. Nel condensatore il fluido frigorigeno cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l’energia fornita dal compressore. Il calore può essere ceduto all’ambiente attraverso:
•ventilconvettori, costituiti da armadietti nei quali l’aria viene fatta circolare sopra corpi scaldanti;
•serpentine inserite nel pavimento, nelle quali circola acqua calda;
•canalizzazioni, che trasferiscono direttamente il calore prodotto dalla pompa di calore ai diversi locali.
Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo caldo che utilizzano. Possono quindi essere del tipo che utilizza:
•L’aria come sorgente fredda, avendo il vantaggio di essere disponibile ovunque; tuttavia la potenza resa dalla pompa di calore diminuisce con la temperatura della sorgente. Nel caso si utilizzi l’aria esterna, è necessario (intorno a 0°C), un sistema di sbrinamento che comporta un ulteriore consumo di energia. Diverso e più vantaggioso, è l’impiego come sorgente fredda dell’aria interna viziata (aria estratta) che deve essere comunque rinnovata.

Sistema aria-acqua.

•L’acqua come sorgente fredda, garantendo le prestazioni della pompa di calore senza risentire delle condizioni climatiche esterne; tuttavia essa richiede un costo addizionale dovuto al sistema di adduzione.

Sistema acqua-acqua.

•Il terreno, come sorgente fredda, avendo il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto all’aria. Le tubazioni orizzontali vanno interrate ad una profondità minima da 1 a 1,5 metri per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell’aria esterna e mantenere i benefici effetti dell’insolazione. È necessaria una estensione di terreno da 2 a 3 volte superiore alla superficie dei locali da riscaldare. Si tratta quindi di una soluzione costosa, sia per il terreno necessario che per la complessità dell’impianto.

Sistema terra-acqua.

È ormai attuale l’applicazione della pompa di calore per la climatizzazione degli ambienti in alternativa ai sistemi convenzionali composti da refrigeratore più caldaia. La stessa macchina infatti, mediante una semplice valvola, è in grado di scambiare tra loro le funzioni dell’evaporatore e del condensatore, fornendo così calore in inverno e freddo in estate (tipo Invertibile). L’applicazione della pompa di calore alla climatizzazione ambientale (riscaldamento + raffrescamento) è la più conveniente poiché comporta un minor tempo di ammortamento del costo d’impianto rispetto ad un utilizzo per il solo riscaldamento. Le economie conseguibili nella climatizzazione degli ambienti con l’utilizzo della pompa di calore si riferiscono al minor consumo che questa consente, rispetto al sistema convenzionale, (caldaia) nel periodo invernale. I consumi estivi per il raffrescamento ambientale sono uguali sia che venga utilizzata la pompa di calore che il tradizionale condizionatore. Nel caso di utilizzo della pompa di calore per il solo riscaldamento dell’acqua calda sanitaria i tempi di ritorno dell’investimento sono superiori a 4 anni.

ENERGIA DAL SOLE
I dispositivi che consentono di ricavare direttamente energia dal sole sono di diversi tipi: i pannelli solari per produrre acqua calda, i sistemi fotovoltaici per produrre elettricità, gli specchi concentratori per produrre calore ad alta temperatura da utilizzare in centrali elettriche. La tecnologia fotovoltaica, che consente di trasformare direttamente la “luce ” del sole in energia elettrica, è tra le più innovative e promettenti a medio e lungo termine.
Gli impianti fotovoltaici producono elettricità là dove serve, non necessitano di alcun combustibile, non richiedono praticamente manutenzione e offrono il vantaggio di essere costruiti “su misura”, secondo le reali necessità dell’utente. Il costo degli impianti, piuttosto elevato, può essere recuperato grazie alla lunga durata degli stessi, alla gratuità della fonte e all’inesistente impatto ambientale.

QUANTA ENERGIA?
All’interno del sole, a temperature di alcuni milioni di gradi centigradi, avvengono incessantemente reazioni termonucleari di fusione, che sprigionano enormi quantità di energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. L’energia irradiata si propaga nello spazio,e dopo aver attraversato l’atmosfera arriva al suolo con una intensità mediamente pari, in funzione dell’inclinazione del sole sull’orizzonte, a circa 1.000 W/m2 (irraggiamento al suolo, in condizioni di giornata serena e sole a mezzogiorno). Questo enorme flusso di energia che arriva sulla Terra è pari a circa 15.000 volte l’attuale consumo energetico mondiale. Di questa energia solo una parte può essere trasformata in energia utile.

LA RADIAZIONE UTILE
La quantità di energia solare che arriva sulla superficie terrestre e che può essere utilmente “raccolta” da un dispositivo fotovoltaico dipende dall’irraggiamento del luogo. L’irraggiamento è infatti, la quantità di energia solare incidente su una superficie unitaria in un determinato intervallo di tempo, tipicamente un giorno (kWh/m2/giorno). Il valore istantaneo della radiazione solare incidente sull’unità di superficie viene invece denominato radianza (kW/m2). L’irraggiamento è influenzato dalle condizioni climatiche locali (nuvolosità, foschia ecc..) e dipende dalla latitudine del luogo: com’è noto cresce quanto più ci si avvicina all’equatore. In Italia, l’irraggiamento medio annuale varia dai 3,6 kWh/m2/giorno della pianura padana ai 4,7 kWh/m2/giorno del centro Sud e ai 5,4 kWh/m2/giorno della Sicilia.

IL GENERATORE FOTOVOLTAICO
È costituito da un insieme di moduli fotovoltaici collegati in modo da ottenere i valori di potenza e tensione desiderati. I moduli sono costituiti da un insieme di celle. In commercio, attualmente, i più diffusi sono costituiti da 36 celle di silicio mono e policristallino disposte su 4 file parallele collegate in serie. Hanno superfici che variano da 0,5 ad 1 m2. Più moduli collegati in serie formano un pannello, ovvero una struttura rigida ancorabile al suolo o ad un edificio. Un insieme di pannelli, collegati elettricamente in serie costituisce una stringa. Più stringhe, collegate generalmente in parallelo, per fornire la potenza richiesta, costituiscono il generatore fotovoltaico.
Generatore fotovoltaico.

Nel nostro paese quindi, le regioni ideali per lo sviluppo del fotovoltaico sono quelle meridionali e insulari. Anche se, per la capacità che hanno di sfruttare anche la radiazione diffusa, gli impianti fotovoltaici possono essere installati anche in zone meno soleggiate. In località favorevoli è possibile raccogliere annualmente circa 2.000 kWh da ogni metro quadro di superficie, il che è l’equivalente energetico di 1,5 barili di petrolio per metro quadrato.

UN SISTEMA FOTOVOLTAICO
Un sistema fotovoltaico è in grado di trasformare, direttamente ed istantaneamente, l’energia solare in energia elettrica senza quindi l ’uso di alcun combustibile. Esso sfrutta il cosiddetto effetto fotovoltaico, cioè la capacità che hanno alcuni materiali semiconduttori opportunamente trattati, “drogati”, di generare elettricità se esposti alla radiazione luminosa. Un sistema fotovoltaico è essenzialmente costituito da un “generatore”, da un “sistema di condizionamento e controllo della potenza” e da un eventuale “accumulatore” di energia, la batteria e naturalmente dalla struttura di sostegno.
Dal punto di vista elettrico non ci sono praticamente limiti alla produzione di potenza da sistemi fotovoltaici, perché il collegamento in parallelo di più file di moduli, le “stringhe”, consente di ottenere potenze elettriche di qualunque valore. Il trasferimento dell’energia dal sistema fotovoltaico all’utenza avviene attraverso ulteriori dispositivi necessari a trasformare la corrente continua prodotta in corrente alternata, adattandola alle esigenze dell’utenza finale.
Schema di funzionamento di un generatore fotovoltaico.

IL SISTEMA DI CONDIZIONAMENTO E CONTROLLO DELLA POTENZA
È costituito da un inverter, che trasforma la corrente continua prodotta dai moduli in corrente alternata; da un trasformatore e da un sistema di rifasamento e filtraggio che garantisce la qualità della potenza in uscita. Trasformatore e sistema di filtraggio sono normalmente inseriti all’interno dell’inverter. È chiaro che il generatore fotovoltaico funziona solo in presenza di luce solare. L’alternanza giorno/notte, il ciclo delle stagioni, le variazioni delle condizioni meteorologiche fanno sì che la quantità di energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico non sia costante né al variare delle ore del giorno, né al variare dei mesi dell’anno. Ciò significa che, nel caso in cui si voglia dare la completa autonomia all’utenza, occorrerà o collegare gli impianti alla rete elettrica di distribuzione nazionale o utilizzare dei sistemi di accumulo dell’energia elettrica che la rendano disponibile nelle ore di soleggiamento insufficiente.
La cella. La cella fotovoltaica è il componente elementare del sistema ed è costituita da una sottile “fetta” di un materiale semiconduttore, quasi sempre silicio (l’elemento più diffuso in natura dopo l’ossigeno) di spessore pari a circa 0,3mm. Può essere rotonda o quadrata e può avere una superficie compresa tra i 100 e i 225cm2. Il silicio che costituisce la fetta viene “drogato” mediante l’inserimento su una “faccia ”di atomi di boro (drogaggio p) e sull’altra faccia con piccole quantità di fosforo (drogaggio n). Nella zona di contatto tra i due strati a diverso drogaggio si determina un campo elettrico; quando la cella è esposta alla luce, per effetto fotovoltaico, si generano delle cariche elettriche e, se le due facce della cella sono collegate ad un utilizzatore, si avrà un flusso di elettroni sotto forma di corrente elettrica continua. Attualmente il silicio, mono e policristallino, impiegato nella costruzione delle celle è lo stesso utilizzato dall’industria elettronica, che richiede materiali molto puri e quindi costosi. Tra i due tipi il silicio policristallino è il meno costoso, pur avendo rendimenti leggermente inferiori. Per ridurre il costo della cella sono in studio nuove tecnologie che utilizzano il silicio amorfo e altri materiali policristallini, quali il seleniuro di indio e rame e il tellurio di cadmio. Una cella fotovoltaica di dimensioni 10x10 cm si comporta come una minuscola batteria, e nelle condizioni di soleggiamento tipiche dell’Italia (1kW/m2), alla temperatura di 25°C fornisce una corrente di 3A, con una tensione di 0,5V e una potenza pari a 1,5-1,7Watt di picco. L’energia elettrica prodotta sarà, ovviamente, proporzionale all’energia solare incidente, che come sappiamo varia nel corso della giornata, al variare della stagioni e al variare delle condizioni atmosferiche, ecc.

LE APPLICAZIONI DEI SISTEMI FOTOVOLTAICI
Gli impianti fotovoltaici sono dunque sistemi che convertono l’energia solare direttamente in energia elettrica, senza ricorrere alla tecnologia di produzione tradizionale che sfrutta i combustibili fossili. Le potenze generate da questi dispositivi variano da pochi a diverse decine di Watt, a seconda delle dimensioni e delle tecnologie adottate. Secondo il tipo di applicazione a cui l’impianto è destinato, le condizioni di installazione, le scelte impiantistiche, il grado di integrazione nella struttura edilizia con cui si interfaccia, si distinguono varie tipologie di impianto.
Conversione fotovoltaica dell’energia solare.

GLI IMPIANTI INTEGRATI NEGLI EDIFICI
Essi costituiscono una delle più promettenti applicazioni del fotovoltaico. Si tratta di sistemi che vengono installati su costruzioni civili o industriali per essere collegati alla rete elettrica di distribuzione in bassa tensione. La corrente continua generata istantaneamente dai moduli viene trasformata in corrente alternata e immessa nella rete interna dell’edificio utilizzatore, in parallelo alla rete di distribuzione pubblica. In questo modo può essere, a seconda dei casi, consumata dall’utenza locale oppure ceduta, per la quota eccedente al fabbisogno, alla rete stessa.
Schema di utenza dotata di un impianto fotovoltaico collegato alla rete elettrica.

I moduli fotovoltaici possono essere utilizzati come elementi di rivestimento degli edifici anche in sostituzione di componenti tradizionali. A questo scopo l’industria fotovoltaica e quella del settore edile, hanno messo a punto moduli architettonici integrabili nella struttura dell’edificio che trovano sempre maggiore applicazione nelle facciate e nelle coperture delle costruzioni. La possibilità di integrare i moduli fotovoltaici nelle architetture e di trasformarli in componenti edili ha notevolmente ampliato gli orizzonti di applicazione del fotovoltaico e quelli dell’architettura che sfrutta questa forma di energia.

SISTEMI COLLEGATI ALLA RETE
Sono impianti stabilmente collegati alla rete elettrica. Nelle ore in cui il generatore fotovoltaico non è in grado di produrre l’energia necessaria a coprire la domanda di elettricità, la rete fornisce l’energia richiesta. Viceversa, se il sistema fotovoltaico produce energia elettrica in più, il surplus viene trasferito alla rete e contabilizzato. Negli impianti integrati, negli edifici vengono installati due contatori per contabilizzare gli scambi fra l’utente e la rete. Un inverter trasforma l’energia elettrica da corrente continua prodotta dal sistema fotovoltaico, in corrente alternata. I sistemi connessi alla rete, ovviamente, non hanno bisogno di batterie perché la rete di distribuzione sopperisce alla fornitura di energia elettrica nei momenti di indisponibilità della radiazione solare. Un impiego di particolare interesse è rappresentato, infatti, dalle “facciate fotovoltaiche”. I moduli per facciata sono composti da due lastre di vetro fra le quali sono interposte celle di silicio tenute insieme da fogli di resina. La dimensione di questi moduli può variare da 50x50 cm a 210x350 cm. Inoltre, dal momento che tanto più bassa è la temperatura dei moduli fotovoltaici durante l’irraggiamento solare, maggiore è il loro rendimento energetico, le facciate fotovoltaiche trovano la loro migliore applicazione nelle zone “fredde” delle facciate (parapetti, corpi ascensore e altre superfici opache) sempre che siano orientati verso Sud-Est o Sud-Ovest e non si trovino in una zona ombreggiata. L’impiego di tali moduli fotovoltaici può essere di grande utilità come schermi frangisole o per ombreggiare ampie zone nel caso delle coperture.

QUANTA ENERGIA PRODUCE UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO?
La quantità di energia prodotta da un generatore fotovoltaico varia nel corso dell’anno e dipende da una serie di fattori come la latitudine e l’altitudine del sito, l’orientamento e l’inclinazione della superficie dei moduli, e le caratteristiche di assorbimento e riflessività del territorio circostante. A titolo indicativo alle latitudini dell’Italia centro-meridionale un metro quadrato di moduli può produrre in media 0,3-0,4 kWh al giorno nel periodo invernale e 0,6-0,8 in quello estivo.

DOVE E COME POSIZIONARE UN IMPIANTO FOTOVOLTAICO?
Per ottenere la massima produzione di energia, in fase di progettazione di un impianto, bisogna studiare l’irraggiamento e l’insolazione del sito. Questo consente di decidere l’inclinazione e l’orientamento della superficie del dispositivo captante. Per la latitudine del nostro Paese, la posizione ottimale della superficie del pannello risulta quella a copertura dell’edificio con esposizione a Sud, e con un angolo di inclinazione di circa 20-30° rispetto al piano orizzontale. Ma anche la disposizione sul piano verticale del palazzo, cioè in facciata, riesce a conseguire ottimi risultati. L’importante è naturalmente, posizionare il pannello in modo da evitare zone d’ombra.

DIMENSIONI E COSTI
La dimensione dell’impianto sarà funzione dell’energia richiesta. Questa determinerà, la potenza da installare, il numero di moduli necessari, il costo del sistema e il costo del kilowattora elettrico generato. Per confrontare i costi tra l’energia prodotta tra la fonte solare e quella tradizionale, bisognerebbe parlare di “valore” dell’energia piuttosto che di costo:il kWh prodotto con la fonte fotovoltaica non ha la stessa qualità di quello delle fonti convenzionali. La produzione di elettricità da impianti termoelettrici tradizionali, infatti, è gravata da un costo nascosto, che viene pagato, spesso inconsapevolmente, dalla collettività. Bisogna infatti tener conto dei danni sociali e ambientali che le forme tradizionali di generazione energetica comportano, che sono difficilmente monetizzabili, ma che meritano una più adeguata considerazione. I costi di un impianto fotovoltaico sono anche fortemente dipendenti dal tipo di applicazione e di installazione, e sono in continua evoluzione. Ad esempio, il costo di realizzazione, chiavi in mano, di un impianto fotovoltaico connesso alla rete può essere stimato nell’ordine dei 6.714-8.264 € /kWp, dove il valore superiore si riferisce ad impianti di piccola taglia e quello inferiore a quelli di taglia elevata. Per riassumere possiamo dire che l’energia fotovoltaica richiede un forte impegno di capitale iniziale e basse spese di mantenimento: si può dire che “è come se si comprasse in anticipo l’energia che verrà consumata nei prossimi trent’anni”. Una volta raggiunto il recupero dell’investimento, per il resto della vita utile dell’impianto si dispone di energia praticamente a costo zero”.

I BENEFICI AMBIENTALI
L’energia elettrica prodotta con il fotovoltaico ha un costo nullo per combustibile: per ogni kWh prodotto si risparmiano circa 250 grammi di olio combustibile e si evita l’emissione di circa 700 grammi di CO2, nonché di altri gas responsabili dell’effetto serra, con un sicuro vantaggio economico e soprattutto ambientale per la collettività. Si può valutare in 30 anni la vita utile di un impianto (ma molto probabilmente essi dureranno molto di più); il che significa che un piccolo impianto da 1,5 kWp, in grado di coprire i due terzi del fabbisogno annuo di energia elettrica di una famiglia media italiana (2.500 kWh), produrrà, nell’arco della sua vita efficace, quasi 60.000 kWh, con un risparmio di circa 14 tonnellate di combustibili fossili, evitando l ’emissione di circa 40 tonnellate di CO2.

ALCUNE RACCOMANDAZIONI
Realizzare un impianto fotovoltaico non è troppo complesso, ma è un lavoro che va affidato a degli specialisti. È utile comunque conoscere alcune prescrizioni e raccomandazioni a cui attenersi nelle fasi di progettazione e poi di messa in opera. Le strutture di supporto devono essere realizzate in modo da durare almeno quanto l’impianto, cioè 25-30 anni, e devono essere montate in modo da permettere un facile accesso ai moduli per la sostituzione e la pulizia, e alle scatole di giunzione elettrica, per l’ispezione e la manutenzione. Esse devono, altresì, garantire la resistenza alla corrosione ed al vento. I generatori fotovoltaici collocati sui tetti e sulle coperture non devono interferire con la impermeabilizzazione e la coibentazione delle superfici ed in alcuni casi possono richiedere la creazione di passerelle fisse o mobili. Fra i moduli è necessario interporre uno spazio vuoto, da un minimo di 5 mm, per i generatori posti parallelamente e a poca distanza da altre superfici fisse, fino a 5 cm, per i generatori sui quali la pressione del vento può raggiungere valori elevati. In caso di montaggio dei moduli su tetti o su facciate, è indispensabile che fra i moduli e la superficie rimanga uno spazio (4-6 cm) tale da assicurare una buona circolazione d’aria e quindi un buon raffreddamento della superficie del modulo. I cavi elettrici e le scatole di derivazione e di interconnessione devono essere di dimensione idonea, rispondenti alle norme elettriche e assicurare il prescritto grado di isolamento, di protezione e di impermeabilizzazione richiesto.

LA MANUTENZIONE
La manutenzione di un impianto fotovoltaico è riconducibile a quella di un impianto elettrico. Infatti i moduli, che rappresentano la parte attiva dell’impianto che converte la radiazione solare in energia elettrica sono costituiti da materiali praticamente inattaccabili dagli agenti atmosferici, come è dimostrato da esperienze in campo ed in laboratorio. È consigliabile effettuare con cadenza annuale una ispezione visiva, volta a verificare l’integrità del vetro che incapsula le celle fotovoltaiche costituenti il modulo. Per la parte elettrica è necessario effettuare una verifica, con cadenza annuale, dell’isolamento dell’impianto verso terra, della continuità elettrica dei circuiti di stringa e del corretto funzionamento dell’inverter.
(Centro Ricerche ENEA)