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, 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, appaiono blu scuro o neri.
Il loro colore 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 solari 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 fv colorate;
- speciali pellicole o adesivi aggiunti post fabbricazione.
Il vetro colorato
La tecnica è “semplice” ma variegata. Può richiedere vetro colorato di massa, ossia vetro piano a basso contenuto di ferro impiegato per ottimizzare la trasmissione della luce, come nel caso del fotovoltaico rosso, verde o arancione creato da FuturaSun.
Oppure può impiegare la stampa digitale su ceramica o la serigrafia per colorare il vetro frontale dei pannelli solari. 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
L’incapsulante colorato è ottenuto grazie ad una tecnica di estrusione polimerica standard. In questo caso alla resina di base vengono aggiunti pigmenti organici o inorganici di colori e altri additivi. 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, tramite un assorbimento selettivo della luce visibile. Le perdite di prestazioni sono stimate sotto il 20%.
Strati PV-attivi semitrasparenti e retro colorato
Un’altra possibilità di colorazione del fotovoltaico integrato in edilizia prevede di impiegare silicio amorfo semitrasparente in aggiunta a incapsulanti colorati sul lato posteriore. Il risultato sono laminati traslucidi di una miriade di colori possibili. In questo caso le perdite di prestazioni sono ridotte al minimo ma l’efficienza di conversione del silicio amorfo è molto bassa.
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 lavora con un’efficienza diversa. Esempi di questo approccio sono il concetto MorphoColor di Fraunhofer ISE, commercializzato dal Produttore Megasol, la tecnologia Kromatix TM di Swissinso o la prima generazione di fogli di colore bianco Solaxess. Questo approccio è particolarmente costoso ma vanta perdite di potenza più contenute che variano da un minimo del 4% con i pannelli solari verdi di Megasol e il 45% dei pannelli fotovoltaici bianchi di Solarxess.
Celle fotovoltaiche colorate
Le celle di Gratzel sono celle fotovoltaiche in cui materiale attivo è costituito da un colorante e sono forse l’esempio più “antico” di fotovoltaico a colori. Ma sempre a livello di celle si stanno facendo avanti altre possibilità. Le perovskite 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%.
Fotovoltaico colorato, i prezzi dei moduli
Ma uno dei dati più interessanti accanto a quello delle prestazioni è sicuramente il costo. “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”.