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Moduli e applicazioni fotovoltaiche innovativi

  • 13 Settembre 2011

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Sponsor della pubblicazione: Cappello Alluminio srl, Energy Resources SpA, Q.CELLS SE, Scheuten Solar Italy Srl, Schuco International Italia

1. Introduzione

Il boom del fotovoltaico e la continua crescita di sistemi di produzione di energia distribuita dovrà essere accompagnata da una maggiore attenzione alla qualità delle installazioni. L’Italia nel campo del solare dovrà puntare a rendere esteticamente sempre più gradevoli gli impianti integrati in edilizia, cercando al tempo stesso di salvaguardare il territorio ed essere un vero e proprio campo d’azione per migliorare il know-how in questo ambito.

Non parliamo solo di installazioni piacevolmente integrate in edilizia, ma anche di industria. Da tempo si chiede al settore nazionale del fotovoltaico di diventare leader in una nicchia di mercato ancora da sviluppare che è quella dell’innovazione per un nuovo design del fotovoltaico, che nasca dalla nostra storica creatività, ma anche da un profondo processo di ricerca e di innovazione, anche sfruttando le sinergie e le esperienze maturate in aziende, università e studi di architetti e progettisti. Siamo certi che chi riuscirà a sviluppare al meglio un innovativo “design solare” potrà giocare un ruolo altamente competitivo in Italia e all’estero.

Gli incentivi previsti nel nuovo conto energia dedicati alle applicazioni innovative per l’integrazione architettonica del fotovoltaico, quindi per una integrazione ‘più spinta’ rispetto ai criteri finora utilizzati, vanno certamente in questa direzione.

Le applicazioni innovative sono l’oggetto del presente Speciale Tecnico di Qualenergia.it che proverà a fornire un quadro sintetico delle caratteristiche degli impianti in grado di accedere a questi incentivi, anche con l’ausilio di un’intervista ad hoc al GSE (vedi sotto).

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2. Aspetti normativi e caratteristiche generali

Nel Titolo III del decreto ministeriale 5 maggio 2011 (quarto conto energia) che illustra gli “Impianti fotovoltaici integrati con caratteristiche innovative”, si spiega che questi sistemi sono quelli che utilizzano moduli non convenzionali e/o componenti speciali sviluppati solo e specificatamente per integrarsi in edilizia e sostituire gli elementi architettonici degli edifici. Vengono esclusi da questa tipologia i moduli integrati su pergole, serre, barriere acustiche, tettoie o pensiline.

Questi impianti FV (da 1 kW fino a 5 MW) hanno diritto a una tariffa incentivante specifica (vedi avanti) più elevata rispetto a quella degli impianti non innovativi a parità di taglia, perché sicuramente risultano più costosi.

In generale, tali applicazioni devono utilizzare moduli fotovoltaici o essere caratterizzate da superfici fotovoltaiche che producano energia elettrica, ma che abbiano anche le caratteristiche di elementi dell’involucro edilizio. Questo significa che se tali moduli venissero rimossi si verrebbe a compromettere la funzionalità dell’involucro stesso, che sarebbe per questo motivo non più utilizzabile.

In linea generale, quando si parla di integrazione innovativa del fotovoltaico, queste superfici speciali, oltre a produrre elettricità, devono assolvere alle seguenti funzioni:

  • tenuta dell’acqua e impermeabilizzazione dell’edificio
  • tenuta meccanica comparabile con quella dell’elemento edilizio sostituito
  • resistenza termica che non comprometta le prestazioni dell’involucro

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3. Cosa sono i moduli fotovoltaici non convenzionali

Come spiega il Gestore dei Servizi Energetici (GSE) nella sua Guida, revisionata ad agosto 2011 (PDF), il modulo fotovoltaico non convenzionale consiste in un prodotto edilizio, unico e inscindibile, commercialmente identificato e certificato ai sensi della normativa tecnica richiamata nell’Allegato 1 al DM 5/5/2011 il cui impiego è possbile ed efficace solo per applicazioni di tipo architettonico. Questi moduli possono essere distinti in flessibili o rigidi.

Moduli FV flessibili

Il modulo flessibile è solitamente realizzato con la tecnologia del “film sottile” (deposizione di uno strato di materiale semiconduttore su un substrato che può assumere la forma della superficie di appoggio). In questo caso i film sottili sostituiscono il tradizionale materiale di rivestimento del tetto dell’edificio.

Moduli FV rigidi

Quando si parla di moduli fotovoltaici rigidi ci si riferisce invece a un insieme di celle interconnesse inserite tra uno strato di rivestimento anteriore trasparente e uno strato di rivestimento posteriore opaco oppure trasparente. Si tratta di un prodotto con una superficie piana e non deformabile.

I moduli rigidi che possiamo considerare “non convenzionali” vanno a sostituire il tradizionale materiale da costruzione. Dunque, alla categoria dei moduli fotovoltaici rigidi appartengono:

  • nastri in film sottile su supporto rigido

In questa tipologia si possono includere superfici coibentate, in cui la parte fotovoltaica è posta (generalmente in fabbrica) su un pannello di isolamento termico e/o su un supporto metallico (il film sottile deve essere assemblato sul supporto metallico). Nelle due immagini, altrettanti esempi applicativi.

 

  • tegole o lastra fotovoltaiche

In questo caso le tegole o lastre FV sostituiscono quelle strutture di copertura tradizionali (coppi, tegole, materiali ceramici, ecc.), mantenendo la funzione di impermeabilizzazione del tetto e producendo ovviamente elettricità. In genere possono essere prodotti edilizi tradizionali che incorporano celle fotovoltaiche.

  • moduli fotovoltaici trasparenti per facciate, finestre e coperture

Sono moduli opportunamente realizzati e installati per consentire il passaggio della luce all’interno dell’involucro edilizio. Qui i moduli FV possono essere inseriti in sistemi a vetrocamera oppure le celle, distanziate tra loro, possono consentire di far passare la luce; se realizzati con film sottili, questi moduli possono essere trattati per essere parzialmente trasparenti. Nell’immagine uno schema di un modulo FV semitrasparente per superfici di copertura.

In quest’altra immagine un modulo fotvoltaico non convenzionale che ha funzioni anche di finestra.

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4. Cos’è il componente speciale

Il componente speciale è un sistema commercialmente identificato, costituito dall’assemblaggio e dalla integrazione dei seguenti elementi:

  • modulo fotovoltaico laminato senza cornice e certificato ai sensi della normativa tecnica richiamata nell’Allegato 1 al Decreto del 5 maggio 2011;
  • sistema di montaggio dotato di brevetto a livello europeo (vedi chiarimenti nell’intervista al GSE).

Il componente speciale deve garantire l’integrazione architettonica del fotovoltaico senza il ricorso a ulteriori componenti o sistemi.

Ad esempio, il componente speciale può sostituire il materiale da costruzione convenzionale del tetto dell’edificio, diventando parte integrante della copertura, assolvendo cioè alla funzioni del manto di copertura (vedi immagini sotto), oppure va a sostituire il rivestimento esterno della facciata (sistemi per superfici verticali opache).

Componenti speciali possono essere anche quelle strutture composte di moduli fotovoltaici che interessano una superficie omogenea della facciata, opportunamente raccordata a eventuali parti della stessa non ricoperte da moduli fotovoltaici. Un esempio proposto nell’immagine è quello di una facciata ventilata.

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5. L’incentivo previsto dal quarto conto energia

Dell’incentivo previsto per gli impianti fotovoltaici innovativi possono beneficiare le persone fisiche, le persone giuridiche e i soggetti pubblici che realizzano impianti con tali caratteristiche e con potenza che vanno da 1 kW fino a 5 MW.

Ecco le tariffe riconosciute per un periodo di 20 anni:

Tariffe per impianti in esercizio dal 1° giugno 2011 fino al 31 dicembre 2011:

Tariffe per mpianti in esercizio nel primo e secondo semestre del 2012:

Dal primo semestre 2013 le tariffe si distingueranno in omnicomprensive (verrà inclusa anche la vendita dell’elettricità immessa in rete) e tariffe specifiche per l’autoconsumo, con decurtazione nel secondo semestre almeno del 3%.

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6. Cumulabilità e accesso agli incentivi

Gli impianti fotovoltaici realizzati con moduli non convenzionali e/o componenti speciali appartenenti alla categoria dei “piccoli impianti” su edifici possono beneficiare anche del premio aggiuntivo abbinato a un uso efficiente dell’energia (art. 13 del DM 5/5/2011).

Non possono usufruire delle diverse maggiorazioni previste dall’art.14, compreso quello previsto per la sostituzione delle coperture in eternit (comma c) e il bonus del 10% per componenti di fabbricazione UE (comma d).

E’ pero possibile cumulare contributi in conto capitale in misura non superiore al 30% del costo dell’investimento.

Per gli anni 2011 e 2012 questi particolari impianti fotovoltaici non sono soggetti all’obbligo dell’iscrizione al Registro dei “grandi impianti”.

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7. INTERVISTA IN ESCLUSIVA AL GSE SULLE PARTICOLARITÀ DELLE APPLICAZIONI FV INNOVATIVE 

Le applicazioni fotovoltaiche innovative: i chiarimenti del GSE

QualEnergia.it ha intervistato in esclusiva l’architetto Francesca Tilli e l’ingegner Francesco Trezza del GSE sugli aspetti meno chiari del fotovoltaico integrato innovativo e quindi sulle modalità per accedere alle tariffe ad esso relative. I principi fondamentali, la questione dei brevetti, la documentazione, alcuni esempi.

Qualenergia.it – Perché con il conto energia 4 si sono dovute specificare meglio le caratteristiche delle applicazioni fotovoltaiche innovative? Vale a dire quali erano le criticità poste dagli operatori del settore nella prima formulazione di queste specifiche applicazioni?

Tilli/Trezza (GSE) – L’esame della documentazione inviata per l’ottenimento delle tariffe incentivanti relative al Titolo III del terzo Conto Energia, nonché le numerose mail di chiarimento e/o gli incontri con operatori, hanno evidenziato in effetti alcune criticità. Tra queste, la difficoltà da parte di alcuni operatori di individuare la categoria nella quale si inserisce il prodotto (modulo o componente) e la difficoltà nell’istruire i documenti a corredo della domanda da inviare. Soltanto un numero limitato di operatori ha inviato la documentazione necessaria al fine di attestare la conformità della soluzione impiantistica realizzata ai requisiti richiesti; gran parte degli operatori hanno dimostrato di non aver pienamente recepito i criteri essenziali descritti nella Guida alle applicazioni innovative per impianti architettonicamente integrati, limitandosi a riproporre soluzioni che erano state ritenute valide per la totale integrazione prevista dal secondo Conto Energia.

La “Guida alle applicazioni innovative per l’integrazione architettonica del fotovoltaico” valida per il quarto Conto Energia pur riprendendo, quasi integralmente, i contenuti dell’analoga Guida predisposta per il terzo Conto Energia,espone in forma diversa gli stessi principi al fine di precisare meglio alcuni aspetti e di eliminare i passi che nella stesura precedente avevano generato equivoci.   

Possiamo sintetizzare il principio “aureo” generale valido per tutte le applicazioni fotovoltaiche che il quarto conto energia considera “innovative” e cosa le differenzia dalla normale integrazione architettonica.

I risultati del secondo Conto Energia hanno evidenziato che a circa il 30% degli impianti fotovoltaici, sia per numero che per potenza, è stata riconosciuta la totale integrazione, anche se il modulo non svolgeva nessuna funzione nell’edificio.

I Decreti successivi hanno segnato un progressivo avvicinarsi a una vera integrazione nell’edificio; lo dimostra il fatto che già dal terzo Conto Energia l’architettura fotovoltaica ha un ruolo a parte, con regole e tariffe ben definite.

L’attuale principio “aureo”, già presente nel terzo Conto Energia, riguarda la modalità d’installazione dell’impianto, che deve sì utilizzare moduli non convenzionali o componenti speciali, ma che vede il modulo/componente sostituirsi a un elemento convenzionale di costruzione dell’edificio, prendendone la funzione, garantendo così la tenuta all’acqua, la tenuta meccanica, ecc.

Un impianto costituito da moduli non convenzionali o da un componente speciale che non sostituisce un elemento edilizio e che semplicemente si sovrappone a una struttura edilizia non potrà accedere alle tariffe previste; ne consegue che l’appartenenza ai moduli o ai componenti è una condizione necessaria ma non sufficiente.

Cosa intendiamo in generale per moduli non convenzionali e componenti speciali e perché si è voluta specificare questa distinzione?

In generale il modulo non convenzionale e il componente speciale sono prodotti da operatori di mercato differenti. Il primo nasce dall’incontro tra l’industria del fotovoltaico e quella delle costruzioni; il modulo non convenzionale si adatta all’edificio  con materiali, dimensioni, celle, colori, sostituendo tegole, lastre in ceramica, cemento e assumendo in sé la funzione storicamente deputata al manto di copertura.

Il componente speciale, invece, è dominio dell’industria fotovoltaica, in quanto si tratta di moduli che possono essere utilizzati in applicazioni finalizzate alla sola produzione di energia elettrica, anche se possono comunque esprimere un’ottima architettura. L’elemento qualificante in questo caso diventa il sistema di assemblaggio che deve possedere caratteristiche “innovative” tali da giustificare l’accesso a tariffe più elevate.

Su suggerimento delle Associazioni di categoriadurante la fase di pubblica consultazione delle “Regole Tecniche per il terzo Conto Energia”, tenutasi nel dicembre 2010,si è identificato nel possesso del brevetto europeo l’elemento qualificante dell’intero sistema.

Nella revisione 1 della Guida, pubblicata ad agosto sul sito del GSE, al fine di evitare che i lunghi tempi richiesti per l’ottenimento del brevetto possano di fatto penalizzare soluzioni in fase di sviluppo si è specificato che sono ritenuti ammissibili anche i prodotti che, avendo in corso la procedura di richiesta di concessione del brevetto alla data di presentazione della domanda al GSE, abbiano già ottenuto dall’European Patent Office (EPO) il rapporto di ricerca (search report), unitamente all’opinione preliminare sulla brevettabilità del prodotto (preliminary opinion on patentability) con contenuto positivo.

Quali funzione devono assolvere il modulo non convenzionale e il componente speciale?

Il modulo fotovoltaico non convenzionale o la superficie fotovoltaica (nel caso di componente speciale) deve garantire la tenuta all’acqua della struttura edilizia, una tenuta meccanica comparabile con quella dell’elemento edilizio sostituito e una resistenza termica tale da non compromettere le prestazioni  dell’involucro edilizio. E’ importante sottolineare che nel caso di componente speciale, deve essere la superficie fotovoltaica a garantire le sopra citate funzioni.

Esplicitando il concetto, la “vera” integrazione architettonica è tale se la rimozione del modulo fotovoltaico rende l’edificio non idoneo all’uso.

Facciamo un paio di esempi per capire: 1) Si utilizzano moduli o componenti speciali solo per una parte del tetto. Dal punto di vista estetico potrebbe crearsi una asimmetria. Che soluzioni vanno adottate? 2) Posso considerare un’installazione “innovativa” anche per parti di tetto o di edificio che non sono a protezione di volumi chiusi, quali ad esempio pergole o frangisole?

In merito al primo punto, le applicazioni devono interessare superfici omogenee dal punto di vista funzionale, e nel caso l’intervento interessi solo parzialmente una superficie, devono integrarsi sulla restante porzione, come esplicitato e illustrato nel Capitolo 3 – Criteri per il riconoscimento della tariffa.

Nel caso di installazione di moduli non convenzionali, la porzione di superficie non interessata dall’impianto deve essere completata con elementi di copertura inseriti in modo tale da garantire la continuità e la regolarità della disposizione geometrica degli elementi di copertura di tutta la superficie. Questo tipo di installazione non necessita di elementi di raccordo.

Nel caso di installazione di componenti speciali, l’eventuale spazio di separazione tra la superficie fotovoltaica e le parti non interessate dall’installazione dell’impianto fotovoltaico deve essere curato con appositi elementi di raccordo.

E’ importante sottolineare che l’integrazione in architettura non riguarda soltanto la superficie che ospita l’impianto, ma tutto l’edificio. L’attenzione, quindi, si sposta dall’impianto all’edificio.

In merito al secondo punto, gli impianti fotovoltaici devono essere installati su edifici, così come definiti del DPR 412/93; questo Decreto definisce l’edificio come un sistema costituito da strutture edilizie esterne che delimitano uno spazio di volume definito, quindi chiuso. Per applicazioni su coperture di edifici, viene considerata superficie utile per l’installazione l’eventuale porzione di tetto che si estende a protezione di volumi non chiusi, purché non sia stata realizzata come retrofit per ospitare l’impianto fotovoltaico. Per quanto riguarda gli impianti su pergole, questi, come del resto le serre fotovoltaiche e altre categorie (comunque accatastate) come specificato nel Decreto, non hanno diritto alle tariffe per impianti innovativi; anche i frangisole fotovoltaici non rientrano nell’ambito di applicazione dell’Allegato 4 ma rientrano nella tipologia “impianto su edificio”.

Tutti i moduli fotovoltaici flessibili a copertura di tetti possono essere considerati moduli non convenzionali e quindi accedere all’incentivo ad hoc?

I moduli flessibili commercialmente identificati e dotati di apposita certificazione (nastro più supporto) ai sensi dell’Allegato 1 al Decreto sono moduli non convenzionali, ma da sola questa condizione non è sufficiente, in quanto devono essere rispettati tutti i criteri per il riconoscimento esposti al Capitolo 3.

Se per esempio, come abbiamo notato in alcuni impianti che hanno fatto richiesta con il terzo Conto Energia, i moduli flessibili non sostituiscono funzionalmente il manto di copertura, ma si sovrappongono ad esso, non potranno accedere alla tariffa per l’innovazione e sarà riconosciuta solo la tariffa “su edificio”.

Qual caratteristiche tecnologiche devono avere i moduli fotovoltaici trasparenti?

I moduli fotovoltaici trasparenti sono stati i primi a nascere, parallelamente a quelli tradizionali, per integrarsi nell’architettura. Oggi ne esistono moltissime tipologie, con celle distanziate per consentire il passaggio della luce, con celle colorate per adattarsi al colore dell’involucro dove si inseriscono, in silicio amorfo semitrasparente su vetro. In realtà, cosa rende “non convenzionale” questo modulo, è l’installazione: se sostituisce vetrate e finestre, svolgendo la relativa funzione come previsto dall’Allegato 4 al Decreto, è un modulo non convenzionale e accede quindi de facto alla tariffa per l’innovazione.

Nell’ambito dei componenti speciali una soluzione un po’ particolare è stata pensata per le  superfici verticali opache e per le facciate ventilate.

Per quanto riguarda le superfici opache verticali, rispetto alla precedente edizione della Guida è stato deciso di considerare le applicazioni su facciata esclusivamente nella categoria componenti speciali.

Generalmente i moduli destinati a queste applicazioni in facciata sono dei laminati senza cornice, differenziati, nelle soluzioni più particolari, da particolari colorazioni del modulo/cella.

Inoltre, tali applicazioni, di particolare pregio architettonico, non si configurano come “su edificio” ai sensi dell’Allegato 2 al DM 5/5/2011, presentano notevoli costi di investimento (quasi il doppio rispetto a una installazione su tetto), nonché una producibilità annua limitata.

Per queste motivazioni, in queste soluzioni è possibile derogare dal possesso del brevetto europeo sul sistema di montaggio, ma la soluzione deve avere determinati requisiti di omogeneità della parete, esplicitati nella Guida.

Parliamo di documentazione. Cosa va inviato di specifico al GSE per ottenere la tariffa privilegiata? Quando serve il brevetto per i moduli e componenti?

Nel capitolo 4 della Guida è stata dettagliatamente illustrata la documentazione da inviare, che deve essere caricata sull’apposito sistema informatico del GSE unitamente alla documentazione “di base” necessaria per l’accesso alle tariffe incentivanti.

La documentazione richiesta è necessaria a dimostrare il possesso dei requisiti richiesti. Per esempio, per dimostrare che il modulo/componente si integra e sostituisce un elemento dell’edificio, sono richieste delle fotografie ante, durante la posa in opera e post operam, stratigrafie della struttura edilizia che ospita l’impianto fotovoltaico; per dimostrare che l’impianto è installato su edificio ai sensi del DPR 412/93 è richiesta la visura catastale dello stesso e relative fotografie.

Se l’impianto è costituito da un componente speciale è necessario allegare il brevetto europeo (concesso) del sistema di montaggio (in alternativa, è possibile allegare il rapporto di ricerca della domanda di concessione del brevetto europeo, unitamente all’opinione preliminare sulla brevettabilità del prodotto con contenuto positivo), nonché un documento comprovante l’effettivo utilizzo di tale sistema sull’impianto.

In tutti i casi i moduli devono essere certificati in conformità a quanto richiesto nell’Allegato 1 al Decreto.

E’ importante il rispetto dei requisiti richiesti dal Decreto, poiché questi definiscono la dignità del fotovoltaico. La strada è tracciata. Dai primi impianti di qualche decina di anni fa, abbiamo visto scorrere una infinità di retrofit e, in silenzio, lentamente, attraverso ben tre decreti, il fotovoltaico è diventato edificio. Dobbiamo difendere e valorizzare questo approccio, degno di una cultura del costruire che riconosce nell’architettura il luogo delle istituzioni dell’uomo.

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