Facciate e vetrate fotovoltaiche si stanno lentamente facendo spazio nell’architettura sostenibile, dettando nuovi percorsi energetici per gli edifici nZEB. Ma nella continua ricerca di soluzioni altamente integrate e in grado alleggerire il fabbisogno energetico degli immobili, c’è anche chi punta a sfruttare il sole in tutte le sue possibilità. È nata così l’innovativa finestra fotovoltaica termica creata da Francesco Polito, Gan Huang e Christos N. Markides. I ricercatori dell’Imperial College di Londra e del Karlsruhe Institute of Technology hanno messo a punto un sistema ibrido in grado di sfruttare la luce solare per produrre sia elettricità che calore. Una soluzione ottimale (sulla carta) soprattutto in caso di mancanza di spazio sui tetti o sulle coperture edilizie.
L’approccio è per alcuni versi simile quello dei collettori solari ibridi (PV-T), moduli che combinano celle fotovoltaiche con un pannello solare termico.
La maggior parte di questi collettori viene usata in impianti residenziali ed è in grado di scaldare l’acqua sanitaria fino a 60-70 °C. Oggi sono diversi i produttori che hanno portato sul mercato nazionale e non solo questa tecnologia e la ricerca più recente in quest’ambito si concentra su progetti di collettori PV-T integrati con materiali a cambiamento di fase (PCM) o sistemi di divisione spettrale, ottica di concentrazione, ecc. per migliorare ulteriormente l’applicazione. Nonostante ciò, i pannelli solari ibridi hanno ancora bisogno di uno spazio significativo sul tetto.
La nuova finestra fotovoltaica-termica potrebbe rispondere a questo bisogno, aprendo la possibilità di sfruttare parti dell’ambiente urbano precedentemente non disponibili per la generazione simultanea di elettricità e acqua calda. Il team di ricercatori dietro all’innovazione definiscono la loro soluzione la prima finestra PV-T semi-trasparente per l’integrazione edilizia.
L’innovativo impianto impiega un vetro solare semi-trasparente fornito dall’azienda Onyx Solar. Il vetro possiede micro-strisce di celle in silicio amorfo distanziate tra loro in modo da coprire solo parzialmente la superficie del vetro. Il calore emesso dalle celle fotovoltaiche viene recuperato assieme e quello degli infrarossi della luce incidente grazie ad uno strato d’acqua spesso 4 mm, posto dietro al vetro solare. A seguire un vetro standard a basso contenuto di ferro. Il tutto è fissato assieme da due telai in policarbonato.
Il sistema è testato testato in condizioni ambientali a Londra sperimentando diversi angoli di inclinazione di 30°, 60° e 90°. I ricercatori hanno scoperto che a 30° di inclinazione, la finestra fotovoltaica-termica può generare simultaneamente elettricità, con un’efficienza elettrica del 3,6%, e fornire acqua calda a circa 50 °C, con un’efficienza termica del 10,7%, nel mezzo di una tipica giornata estiva londinese. La temperatura dell’acqua diminuisce di circa 7 °C, mentre l’efficienza termica migliora al 17,6% man mano che l’angolo di inclinazione aumenta a 90° (verticale); l’efficienza elettrica si riduce marginalmente (3,3%). Lo studio è apparso su Advanced Science (testo in inglese).