Fotovoltaico: arrivano anche le veneziane integrate
Fotovoltaico News. Un team di ricercatori cinesi ha sviluppato un innovativo sistema per l’integrazione di pannelli fotovoltaici nelle facciate vetrate dei grattacieli.
La novità di questo sistema risiede nella sua flessibilità, grazie a lamelle reattive alle condizioni meteorologiche e alla posizione delle tapparelle. “Recentemente, sono stati studiati sistemi fotovoltaici altamente dinamici e reattivi alle condizioni meteorologiche per migliorare ulteriormente l’efficienza energetica degli edifici”, hanno dichiarato gli accademici. “Tuttavia, le strutture relativamente complesse non sono adatte per i grattacieli a causa delle loro deboli caratteristiche di resistenza al vento. E ciò ne impedisce un’applicazione su larga scala nelle città. Di conseguenza, lo sviluppo di dispositivi di schermatura fotovoltaica semplici, flessibili e intelligenti continua a presentare significativi ostacoli.”
Per risolvere tali problematiche, gli scienziati hanno progettato il sistema proposto come un’aggiunta esterna agli infissi. In un prototipo realizzato, la struttura del telaio e le lamelle delle tapparelle sono tate realizzate in lega di alluminio, con le celle solari integrate nelle lamelle. Le lamelle sono controllate da un motore, nascosto in una struttura del telaio superiore.
“A differenza delle tradizionali tapparelle esterne statiche, le lamelle dell’involucro edilizio integrato con il fotovoltaico verticale possono fermarsi a qualsiasi altezza del telaio e ruotare tra 0 gradi e 90 gradi. Ciò tramite il controllo preciso della corsa del motore. Le tapparelle possono essere dispiegate parzialmente o completamente”.
Il sistema può essere controllato manualmente dagli abitanti dell’edificio o automaticamente attraverso tre strategie di controllo automatico. Prioritaria per generazione di energia (PGP), prioritaria per luce naturale (NDP) e prioritaria per risparmio energetico (ESP). In ciascuna di esse, l’angolo delle lamelle e la posizione delle tapparelle sono controllati da un insieme di input. Ovvero la radiazione solare incidente, l’occupazione della stanza, l’illuminazione interna e il consumo e la generazione di energia elettrica in tempo reale. La posizione delle tapparelle si riferisce alla distanza dal telaio superiore alla lamella inferiore.
Come è stato fatto lo studio
Le strategie di controllo PGP ed ESP sono state ulteriormente studiate tramite una simulazione al computer. È stato progettato un edificio per uffici di 24 piani a Pechino, in Cina, senza altri edifici alti circostanti. In questo edificio è stata simulata una stanza rappresentativa di 5 m × 5 m × 3 m situata sulla facciata esposta a sud, con un rapporto finestra-parete del 70%. Le temperature di riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC) sono state impostate al di sotto di 26 °C in estate e al di sopra di 18 °C in inverno.
Includendo un periodo di avvio, durante i giorni lavorativi, il sistema è stato in funzione dalle 7:00 alle 18:00. I PV sulle lamelle sono stati simulati con 26 celle in silicio monocristallino per lamella su 24 lamelle per finestra. Si è ipotizzato che le celle fossero fornite dal produttore cinese JinkoSolar, con un’efficienza del 21,32%. Gli angoli delle lamelle potevano cambiare per incrementi di 5 gradi. Sono stati selezionati quattro giorni tipici intorno all’equinozio di primavera, al solstizio d’estate, all’equinozio d’autunno e al solstizio d’inverno per l’analisi.
“La strategia PGP è stata utilizzata durante le ore non lavorative e la strategia ESP durante le ore lavorative”, ha detto il ricercatore. “Per dimostrare ulteriormente la fattibilità del sistema nel migliorare l’efficienza energetica degli edifici e condurre un confronto equo con le tapparelle fotovoltaiche statiche, la simulazione si è concentrata principalmente sull’valutare l’influenza degli angoli delle lamelle regolabili sulle prestazioni energetiche”.
La simulazione ha mostrato che il sistema ha mostrato prestazioni energetiche superiori rispetto ai sistemi statici durante tutto l’anno. E’ stato coperto il 131% della domanda energetica annua. Rispetto al sistema statico, l’output netto di energia è aumentato di almeno il 226%.
“Per la maggior parte della giornata durante tutto l’anno a Pechino, si raccomandano angoli delle lamelle compresi tra 45° e 60° per bilanciare l’utilizzo della luce naturale e dell’energia solare”, ha sottolineato il gruppo accademico. “Al mattino presto, si raccomandano ampi angoli delle lamelle per consentire una sufficiente penetrazione della luce naturale per ridurre il carico luminoso, specialmente in inverno.”
Gli accademici hanno introdotto il nuovo concetto nello studio “A New Dynamic and Vertical Photovoltaic Integrated Building Envelope for High-Rise Glaze-Facade Buildings”, pubblicato su Engineering. Il gruppo era composto da scienziati provenienti dall’Università di Shenzhen, dall’Università di Tsinghua, dal Songshan Lake Materials Laboratory, dall’Accademia cinese delle scienze, dall’Università di Hunan, dallo State Key Laboratory of Intelligent Geotechnics and Tunnelling e dal Ministero dell’istruzione.
LINK: https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.01.014
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