Non solo blu e nero. Attraverso approcci diversi i pannelli fotovoltaici diventano colorati, migliorando l’impatto estetico e l'integrazione in edilizia. Ecco una guida alle ultime novità tecnologiche e di mercato, dai più ricercati pannelli fotovoltaici rossi, a quelli argento, verdi, marroni e persino bianchi
Guida al fotovoltaico colorato: tecnologie, efficienza e costo
I pannelli fotovoltaici colorati non rappresentano più una novità. Ormai da anni sul mercato circolano moduli fotovoltaici rossi, marroni e addirittura verdi in grado di camuffare il proprio aspetto e migliorare l’integrazione del solare in edilizia. Cercando di bilanciare le prestazioni con una maggiore attenzione all’estetica.
Ma quanto sono valide queste soluzioni? Quali tecnologie di colorazione sono disponibili e quanto influiscono sull’efficienza di conversione della luce in elettricità? Per comprendere meglio il segmento e l’arcobaleno di possibilità messo a disposizione da ricerca e mercato, abbiamo redatto una breve guida sul fotovoltaico colorato.
Di che colore sono i pannelli solari?
La maggior parte dei moduli fotovoltaici sul mercato, ossia quelli a base di silicio cristallino, sono di colore blu scuro o nero.
Ciò dipende per lo più dalla struttura cristallina di questo semiconduttore (che in natura appare blu-grigio) e dal modo in cui interagisce con la luce. Per la precisione nel caso del silicio monocristallino, ricavato da lingotti in cui il reticolo cristallino è continuo, l’assorbimento della luce è maggiore, restituendo all’occhio umano un colore nero. Il silicio policristallino – costituito da cristalli disallineati e meno efficienti nell’assorbimento luminoso – è responsabile invece del tipico colore blu.
Un ruolo non trascurabile lo gioca anche il rivestimento antiriflesso applicato ai moduli sulla superficie anteriore durante la fabbricazione e in grado di intensificare le tinte scure.
Ma già spostandoci in nicchie di mercato come il fotovoltaico organico è facile vedere pannelli che virano al viola o al rosso in risposta ai differente materiali attivi e alla loro interazione con la luce. In tutti questi casi, tuttavia, il colore non rappresenta una scelta estetica del produttore ma una semplice conseguenza del materiale impiegato.
Pannelli fotovoltaici rossi, un nuovo trend per il mercato
Negli ultimi anni tuttavia sono aumentate le opzioni colorate basate su una precisa strategia di mercato. In particolar modo i pannelli fotovoltaici rossi e color mattone sono diventati un vero e proprio trend in grado di aumentare l’accettazione della tecnologia solare nell’ambiente costruito, grazie anche alla capacità di andare incontro ai codici edilizi. L’obiettivo ultimo del segmento è avere dispositivi in grado di fondersi con tetti e coperture edilizie, “scomparendo” nel panorama. Una soluzione ideale in grado di venire incontro alle particolari esigenze degli immobili storici o protetti da vincoli, dove è necessario garantire l’armonia complessiva.
Ricordiamo che in caso di vincoli paesaggistici o urbanistici, il fotovoltaico sul tetto è considerato un intervento di attività libera, ossia esente da permessi, autorizzazioni o atti amministrativi di assenso da parte della pubblica amministrazione, solo se realizzato in materiali della tradizione locale o se non visibile dagli spazi pubblici esterni. In questo contesto dunque avere dei pannelli solari di un colore simile a quelli dei tetti tradizionali è essenziale da un punto di vista normativo, oltre che per garantire la continuità estetica.
Sul mercato nazionale sono presenti già diverse proposte in tal senso. La più famosa? Il fotovoltaico rosso dell’italiana FuturaSun: il Silk® Nova Red. A dare colore al pannello, un modulo da 370 Wp composto da 108 mezze celle, è in questo caso il vetro.
FuturaSun ha perfezionato una tecnologia di rivestimento che offre una nuova estetica al fotovoltaico integrato negli edifici. Il suo pannello fotovoltaico rosso vanta un’efficienza del 18,97% e 25 anni di garanzia sul rendimento con massimo decadimento dal 2° anno di 0,4%/anno. E non si tratta dell’unica opzione colorata del suo portafoglio la line Silk® Colour offre anche pannelli solari argento, arancioni e verdi tendendo una mano anche alla nuova tecnologia bifacciale.
Pannelli fotovoltaici colorati, le diverse tecnologie e la resa
Un recente studio dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), in Svizzera, ha fornito una panoramica generale delle diverse tecnologie di colorazione impiegate per i moduli fotovoltaici integrati in edilizia, descrivendone il funzionamento, le sfide e i vantaggi. Il documento fornisce un interessante approfondimento del settore e include preziose considerazioni sui prezzi e sulla potenza in uscita del fotovoltaico colorato.
Quando si parla di pannelli fotovoltaici colorati è bene iniziare distinguendo i diversi approcci. Per ottenere il colore è infatti possibile impiegare:
- vetro colorato;
- incapsulante colorato;
- strati FV attivi semitrasparenti e retro colorato;
- rivestimenti interferenziali;
- celle fotovoltaiche colorate;
- speciali pellicole o adesivi aggiunti post fabbricazione.
Il vetro colorato
La tecnica è “semplice” ma variegata. Può ad esempio richiedere vetro colorato di massa, ossia vetro piano a basso contenuto di ferro impiegato per ottimizzare la trasmissione della luce. Questa opzione rappresenta attualmente la tecnologia con cui sono stati realizzati i primi pannelli fotovoltaici rossi arrivati sul mercato. E anche la più diffusa. Esempi pratici? Il fotovoltaico rosso, verde o arancione creato da FuturaSun.
Anziché usare vetro colorato, lo si può “tingere” in post, ad esempio tramite la stampa o la serigrafia per. Lo strato colorato ridurrà ovviamente la luce assorbita nella cella e di conseguenza la potenza del modulo. La perdita di potenza è direttamente collegata alla densità di stampa e all’inchiostro o pigmento usato ma generalmente è compresa tra l’11% e il 30%.
Aziende attive in questo campo sono, ad esempio, Kameleon Solar con la sua linea di prodotti ColorBlast® e 3S Swiss Solar Solutions, entrambe affidatesi alla stampa digitale su ceramica. E la svizzera Sunage che impiega un processo di rivestimento minerale sulla superficie del vetro di copertura a una temperatura molto elevata, diventando così parte strutturale del vetro.
Incapsulante colorato
In questo caso alla resina di base con cui viene realizzato normalmente l’incapsulante sono aggiunti pigmenti e altri additivi colorati. E’ il caso di ColorQuant™ di Lenzing che offre una versatilità cromatica teoricamente illimitata, consentendo design personalizzati. Il vantaggio? Dal momento che la lavorazione di questo materiale richiede temperature più basse di quello del vetro la scelta dei pigmenti è più ampia.
In questo caso (ma vale anche per la stampa serigrafica) è possibile usare pigmenti interferenziali che modificano la riflessione della luce, invece di fornire colore. Le perdite di prestazioni sono stimate sotto il 20%.
Rivestimenti interferenziali
Questa tecnologia riprende il concetto dei pigmenti interferenziali ma creando rivestimenti multistrato trasparenti da depositare sul pannello. Queste pellicole riflettono solo una lunghezza d’onda selezionata dello spettro luminoso e in questo modo la cella risulta colorata. A seconda del colore finale i pannelli solari lavorano con un’efficienza diversa. Uno dei candidati più promettenti in questo campo sono i riflettori di Bragg (BR). Il vantaggio principale di un BR è che adatta la risposta spettrale dei moduli indipendentemente dal colore delle celle sottostanti, facilitando così una accurata personalizzazione dello spettro di luce riflessa.
Esempi pannelli con rivestimenti interferenziali? Il più celebre è sicurante il MorphoColor creato dal Fraunhofer ISE e ispirato alle farfalle Morfo blu. Come spiegato dagli scienziati tedeschi “circa il 93% della luce può penetrare il rivestimento e solo il 7% circa viene riflesso e innesca l’effetto colore”.
Ma nel novero si conta anche la tecnologia Kromatix TM di Swissinso o la prima generazione di fogli fotovoltaici di colore bianco della Solaxess. Questo approccio risulta particolarmente costoso ma vanta perdite di potenza più contenute che variano da un minimo del 4% con i pannelli solari verdi di Megasol e al 45% dei pannelli fotovoltaici bianchi di Solaxess (Brochure).
Celle fotovoltaiche colorate
Le celle di Gratzel sono celle fotovoltaiche in cui materiale attivo è costituito da un colorante e offrono forse l’esempio più “antico” di fotovoltaico a colori. La scarsa stabilità e l’efficienza di conversione rappresentano in questa caso il tallone d’Achille della tecnologica. Ma sempre a livello di celle si stanno facendo avanti altre possibilità. Le perovskiti agli alogenuri organometallici, nuova classe di semiconduttori, ad esempio possono regalare celle arancioni, rosse o gialle a seconda dei rapporti interni dei cationi o degli anioni. Lo svantaggio? Il cambiamento di colore è accompagnato da una variazione significativa nell’efficienza di conversione fino a meno 11%.
Pannelli fotovoltaici colorati, i prezzi dei moduli
Ma uno dei dati più interessanti accanto a quello delle prestazioni è sicuramente il costo dei pannelli fotovoltaici colorati.
“Sulla base dell’attuale prezzo di mercato, la media europea stimata per i prodotti BIPV (fotovoltaico integrato in edilizia) speciali, inclusa la soluzione di colorazione scelta, può variare da 100 a 400 €/m2 e dipende da parametri quali il tipo di prodotto, le dimensioni, i materiali utilizzati (ad esempio, lo spessore del vetro) e i volumi di produzione relativamente piccoli delle aziende BIPV”, si legge nella ricerca dell’EPFL.
“Poiché la maggior parte dei progetti BIPV sono personalizzati, i costi possono variare notevolmente. Alcuni prodotti potrebbero costare meno, ma altri, ad esempio prodotti super-su misura come quelli integrati in installazioni architettoniche/BIPV iconiche, potrebbero costare anche fino a 800 €/m2”.
La ricerca dell’EPF: Alejandro Borja Block, Jordi Escarre Palou, Marie Courtant, Alessandro Virtuani, Gianluca Cattaneo, Maxime Roten, Heng-Yu Li, Matthieu Despeisse, Aïcha Hessler-Wyser, Umang Desai, Antonin Faes, Christophe Ballif – “Colouring solutions for building integrated photovoltaic modules: A review“, su Energy and Buildings. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.114253.
