ITUB20154707A1

ITUB20154707A1 - Metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio

Info

Publication number: ITUB20154707A1
Application number: ITUB2015A004707A
Authority: IT
Inventors: Alessandra Zanelli; Jakica Nebojsa
Original assignee: Milano Politecnico
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2017-04-15
Also published as: ES2779777T3; WO2017064662A1; CN108141175A; CN108141175B; EP3363116B1; EP3363116A1

Description

“METODO DI APPLICAZIONE DI MODULI FOTOVOLTAICI INTEGRATI IN UN

EDIFICIO”

DESCRIZIONE

[CAMPO DELL’INVENZIONE]

La presente invenzione si riferisce ad un metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio.

In generale, la presente invenzione trova applicazione nel settore dei pannelli fotovoltaici integrati in edifici, ovvero nel settore BIPV ( Building Integrated Photo Voltate).

[ARTE NOTA]

È noto prevedere moduli fotovoltaici aventi una base in vetro piano su cui è applicato un elemento fotovoltaico in silicio cristallino o a film sottile, tipicamente incapsulato in un foglio.

Tali moduli fotovoltaici sono suscettibili di essere posizionati verticalmente su pareti di edifici come BIPV, avendo però scarsi rendimenti energetici a causa delle riflessioni ottiche della luce che non impatta perpendicolarmente alla superficie dell’elemento fotovoltaico.

Il documento CN104037254 propone di posizionare su un telaio curvo una pluralità di moduli fotovoltaici piani. Similmente, il documento FR2953645 propone di applicare moduli fotovoltaici piani su un telaio curvo, avente un elevato raggio di curvatura.

Le tecnologie a film sottile consentono la realizzazione di moduli fotovoltaici flessibili, e pertanto curvabili con un determinato raggio di curvatura. Tuttavia l’applicazione di tali moduli fotovoltaici curvi a pareti di edifici, comporta differenze meramente estetiche senza incrementare le prestazioni del sistema, pur aumentandone il costo.

Il documento CN103337537A propone miglioramenti nel processo produttivo di moduli fotovoltaici BIPV a superficie curva.

È noto altresì formare elementi modulari in vetro, anche con forma complessa, mediante processi di stampaggio, anche sotto vuoto. Tali elementi modulari in vetro sono utilizzati specialmente per la ricopertura di facciate di edifici, per migliorarne l’estetica e l’illuminazione.

Recentemente, si è iniziato ad implementare tecnologie fotovoltaiche applicate a tali blocchi di vetro. Il documento PCT/IT2013/000069 si riferisce a celle solari integrate in blocchi di vetro rettangolari piani, utilizzati per la costruzione di rivestimenti per edifici. Secondo tale soluzione, è possibile combinare l’elemento fotovoltaico ad un substrato vetroso, per realizzare moduli fotovoltaici parzialmente trasparenti. Dal momento che tali blocchi di vetro non sono originalmente progettati per essere impiegati come elementi otticamente attivi nel modulo fotovoltaico, c’è un grande margine di miglioramento.

Il documento JP2014150142 propone un modulo fotovoltaico integrato in una struttura decorativa.

Il documento KR20120002825 propone un sistema BIPV per la applicazione ad un edificio, che integra un sensore angolare ed un motore per la variazione dell’angolo.

Il documento US20120234371 A1 si riferisce ad un concentratore solare adattabile all’angolo di incidenza della luce solare.

I sopra menzionati brevetti propongono la laminazione delle parti in vetro otticamente attive, per eliminare dispersioni ottiche ed aumentare così l'efficienza dell’elemento fotovoltaico. Tali soluzioni non considerano la trasparenza del modulo fotovoltaico come proprietà utile, ed I moduli BIPV non sono curvati.

[OBIETTIVI E SINTESI DELLA INVENZIONE]

Scopo della presente invenzione è quello di presentare moduli fotovoltaici ed un metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio che siano alternativi rispetto all’arte nota.

In particolare è scopo della presente invenzione presentare moduli fotovoltaici comprendenti elementi fotovoltaici planari, in cui si sfruttino effetti di concentrazione ottica per aumentare l'irraggiamento sulla superficie fotovoltaica e quindi l’energia prodotta.

Inoltre è scopo della presente invenzione presentare moduli fotovoltaici aventi forma che migliori le prestazioni ed il design per applicazioni BIPV.

Inoltre è scopo della presente invenzione presentare un metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio, che consenta di ottimizzare le performance fotovoltaiche ed energetiche, pur mantenendo la miglior estetica della facciata.

Inoltre è scopo della presente invenzione presentare un metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio, che consenta di migliorare le performance di visibilità dall’interno dell’edificio, consentendo di sostituire o affiancare le tradizionali coperture finestrate.

Inoltre è scopo della presente invenzione presentare un metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio, che consenta di migliorare la qualità dell’illuminazione interna all’edificio grazie alla luce solare che penetra attraverso la facciata, in termini di intensità, spettro di colori, riduzione di riflessi.

Questi ed altri scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio, incorporante le caratteristiche delle rivendicazioni allegate, le quali formano parte integrante della presente descrizione.

Un’idea generale alla base della presente invenzione è di prevedere un metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio, in cui ciascuno dei moduli fotovoltaici comprende un elemento fotovoltaico planare ed un elemento di supporto rigido; più moduli fotovoltaici sono tra loro accostati e vincolati mediante l’elemento di supporto rigido, per essere integrati in una parete verticale di un edificio; Γ elemento di supporto è configurato per alloggiare l’elemento fotovoltaico planare, in modo da formare un angolo tra la superficie dell’elemento fotovoltaico planare e la superficie della parete verticale.

Si prevede di definire una pluralità di parametri di facciata per la parete verticale dell’edificio: orientamento cardinale della parete verticale, altezza di applicazione disponibile sulla parete verticale.

Si prevede di definire una pluralità di parametri di applicazione dipendenti da caratteristiche tipologiche dei moduli fotovoltaici applicabili lungo una coordinata verticale associata alla parete verticale.

Si prevede di definire una funzione di priorità associata ai parametri di applicazione e variabile lungo la coordinata verticale.

Si prevede, in base a: i parametri di facciata, i parametri di applicazione e la funzione di priorità, di stabilire le caratteristiche tipologiche di ciascuno dei moduli fotovoltaici lungo la coordinata verticale, ed ulteriormente di calcolare valori per l’angolo di ciascuno dei moduli fotovoltaici lungo la coordinata verticale.

Si prevede dunque di applicare alla parete verticale i moduli fotovoltaici secondo le caratteristiche tipologiche stabilite ed i valori calcolati per l’angolo.

Vantaggiosamente, il modulo fotovoltaico con bordo planare è adattabile ai profili standard delle facciate continue.

Vantaggiosamente, il processo di manifattura del modulo fotovoltaico su supporto angolato è più sostenibile, sia economicamente che dal punto di vista ambientale, se comparato alla manifattura del vetro float normalmente usato per supporto dei moduli fotovoltaici di facciata.

Vantaggiosamente, l’elemento fotovoltaico del modulo può essere realizzato mediante la sovrapposizione di differenti strati: ombreggianti, a filtro luminoso, colorati o di varie celle fotovoltaiche, fino ad essere completamente opaco o completamente trasparente, in accordo alle richieste di progetto.

Vantaggiosamente, l’elemento fotovoltaico è sempre planare ma può essere montato con differenti angolazioni, così che il modulo fotovoltaico nel suo insieme assuma una conformazione tridimensionale a sezione curvilinea.

Vantaggiosamente l’elemento fotovoltaico può avere una dimensione standard per ogni set tipologico di elemento di supporto, e ciò consente una produzione di massa ed anche una personalizzazione di massa.

Vantaggiosamente, l’elemento fotovoltaico può essere prodotto separatamente dall’elemento di sopporto come un sub-componente sottile, adattabile ai requisiti del progetto e della particolare tecnologia fotovoltaica; poi può essere laminato su un elemento di supporto rigido, preferibilmente di vetro stampato, alla fine del processo di produzione di quest'ultimo.

Vantaggiosamente, il set tipologico del modulo è messo a punto mediante progettazione parametrica e viene sempre ottimizzato per una prefissata altitudine solare.

Vantaggiosamente, il modulo fotovoltaico integrante l’elemento fotovoltaico angolato rispetto alla verticale, ha proprietà ottiche tali da lavorare come un semiconcentratore ottico della cella fotovoltaica in esso integrata, così da incrementare l'energia prodotta dalla cella fotovoltaica stessa.

Vantaggiosamente, il modulo fotovoltaico il modulo fotovoltaico integrante l’elemento fotovoltaico angolato rispetto alla verticale ha proprietà ottiche tali da lavorare come un sistema di luce diurna riflessa ( DRS - Daylighting Redirecting System), così da incrementare l'illuminazione naturale interna di un edificio, riducendo al contempo la domanda di luce artificiale con il risultato di un risparmio complessivo di energia consumata dall'edificio.

Vantaggiosamente, il modulo fotovoltaico integrante l’elemento fotovoltaico angolato rispetto alla verticale ha proprietà ottiche tali da lavorare come un sistema di filtro ombreggiante fisso, e come un sistema protettivo anti-abbagliamento e anticontrasto, così da incrementare il confort luminoso dello spazio interno dell'edificio.

Altri scopi e vantaggi della presente invenzione saranno più evidenti dalla descrizione dettagliata contenuta nel seguito, e dalle rivendicazioni dipendenti le quali definiscono forme di realizzazione preferite e vantaggiose della presente invenzione.

La presente invenzione riguarda altresì una parete di un edificio, comprendente una pluralità di moduli fotovoltaici applicati con il metodo di applicazione sopra sintetizzato.

La presente invenzione riguarda altresì un programma per elaboratore, preferibilmente un programma CAD, configurato per eseguire alcuni dei calcoli propri del metodo di applicazione sopra sintetizzato.

[BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI]

Alcuni esempi di realizzazione preferiti e vantaggiosi della presente invenzione vengono descritti a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento alle figure allegate, dove:

- La Figura 1 illustra una forma di realizzazione di un modulo fotovoltaico secondo la presente invenzione.

- La Figura 2 illustra una sezione del modulo fotovoltaico di Figura 1.

- La Figura 3 illustra ulteriori differenti forme di realizzazione di moduli fotovoltaici secondo la presente invenzione.

- La Figura 4 esemplifica proprietà di un modulo fotovoltaico secondo la presente invenzione.

- La Figura 5 illustra parametri di applicazione per moduli fotovoltaici integrati in una parete verticale di un edificio.

- La Figura 6 illustra il risultato finale dell’applicazione di moduli fotovoltaici integrati in una parete verticale di un edificio.

- La Figura 7 illustra un’ulteriore forma di realizzazione di moduli fotovoltaici secondo la presente invenzione.

- La Figura 8 illustra ancora un’ulteriore forma di realizzazione di moduli fotovoltaici secondo la presente invenzione.

Medesimi numeri di riferimento sono utilizzati in figure diverse per indicare componenti, materiali o funzioni simili.

[DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE]

La Figura 1 illustra una forma di realizzazione di un modulo fotovoltaico 101 secondo la presente invenzione.

Il modulo fotovoltaico 101 comprende un elemento fotovoltaico planare 102, che integra una cella fotovoltaica per la conversione di energia solare in energia elettrica.

Il modulo fotovoltaico 101 comprende ulteriormente un elemento di supporto rigido 103 opportunamente curvato e sagomato, configurato per alloggiare l’elemento fotovoltaico planare 102.

L’elemento di supporto rigido 103 comprende un bordo esterno 104 che risulta avere un perimetro planare, ovvero che si sviluppo su di un unico piano passante. Tale bordo esterno 104 consente l’applicazione dell’intero modulo fotovoltaico 101 su di un telaio associabile ad una parete verticale di un edificio, in particolare accostando tra loro una pluralità di moduli fotovoltaici vincolati mediante l’elemento di supporto rigido, come sarà descritto più in dettaglio nel seguito.

L’elemento di supporto rigido 103 comprende una superficie di supporto centrale avente un alloggiamento per l’elemento fotovoltaico, secondo un orientamento fisso e definito dalla forma dell’elemento di supporto rigido 103.

Il modulo fotovoltaico 101 comprende uno o più cablaggi elettrici 105 per distribuire in una rete elettrica l’energia generata dalla radiazione solare incidente sull’elemento fotovoltaico 102.

Preferibilmente, l’elemento di supporto rigido 103 è realizzato in materiale vetroso, in particolare mediante stampaggio, preferibilmente stampaggio sotto vuoto. Il metodo di stampaggio sotto vuoto è vantaggiosamente economico e preciso, per la realizzazione di supporti rigidi curvi in materiale vetroso. Tale metodo di stampaggio sotto vuoto infatti, a differenza del metodo “float” per la produzione di supporti vetrosi, non richiede un successivo riscaldamento del materiale per conferire la forma curva.

In tal modo, è possibile realizzare elementi di supporto rigido che siano almeno parzialmente trasparenti, ed aventi le caratteristiche geometriche ed estetiche desiderate per l’applicazione sulla parete dell’edificio.

Le caratteristiche tipologiche del modulo fotovoltaico 101 dipendono essenzialmente dalle caratteristiche degli elementi in esso inclusi, in particolare dalle caratteristiche dell’elemento di supporto rigido 103 e dell’elemento fotovoltaico 1 02.

Preferibilmente, una caratteristica tipologica del modulo fotovoltaico 101 è determinata dal materiale del supporto rigido 103, per esempio vetro, plastica, metallo, etc.

Preferibilmente, un’ulteriore caratteristica tipologica del modulo fotovoltaico 101 è determinata dalla finitura superficiale del supporto rigido 103, per esempio vetro liscio, vetro satinato o spazzolato, etc.

In particolare, in base al materiale e finitura superficiale del supporto rigido 103, esso può risultare: trasparente (con una certa percentuale, preferibilmente anche prossima al 95%), oppure chiaro, oppure traslucido, oppure opaco.

Preferibilmente, un’ulteriore caratteristica tipologica del modulo fotovoltaico 101 è determinata dalla tipologia di cella fotovoltaica inclusa nel modulo fotovoltaico 1 02, ed in particolare dal rivestimento della stessa; per esempio, la cella fotovoltaica potrebbe essere del tipo monocristallino, policristallino, perovskite, DSSC, etero giunzione, HIT, bifacciale, o altre tipologie. Si deve notare che differenti tipologie di elementi fotovoltaici potrebbero essere usate su differenti moduli applicati alla medesima parete, per contare su una maggior variabilità di caratteristiche tipologiche dei moduli.

Preferibilmente, il modulo fotovoltaico 101 ha dimensioni di circa 200 x 400 mm. Si potrebbero utilizzare dimensioni differenti per il modulo fotovoltaico, in particolare contemplando dimensioni maggiori qualora i limiti imposti degli stampi per il supporto vetroso lo consentano.

La Figura 2 illustra una sezione del modulo fotovoltaico 101, in cui è possibile apprezzare la superficie di sopporto centrale alloggiale l’elemento fotovoltaico 102, che risulta angolato rispetto al piano del bordo 104, e di conseguenza angolato rispetto alla parete verticale a cui i moduli sono applicabili.

L’orientamento dell’elemento fotovoltaico 102 rispetto al bordo 104 (ovvero, rispetto alla verticale della parete a cui i moduli sono applicati) risulta fisso e determinato dalla geometria dell’elemento di supporto rigido 103.

L’elemento fotovoltaico 102 è quindi configurato per formare un angolo tra la propria superficie ed il bordo 104, ovvero la direzione della parete verticale a cui i moduli fotovoltaici saranno applicati, per essere integrati nell’edificio.

La Figura 3 illustra differenti forme di realizzazione di moduli fotovoltaici 101 a, 101 b, 101 c, 101 d, 101e e 101, secondo la presente invenzione. Tali moduli fotovoltaici comprendono elementi di supporto rigidi differenti tra loro, avanti una geometria stabilita, in modo da caratterizzarsi per differenti angoli tra la superficie dell’elemento fotovoltaico e la superficie della parete verticale a cui i moduli sono applicati, ovvero alla superficie individuata dal bordo 104.

In altre parole, i moduli fotovoltaici 101a, 101 b, 101 c, 101 d, 101e e 101 definiscono un “set tipologico”.

In particolare, i valori di tali angoli per ciascuno dei suddetti moduli fotovoltaici sono rispettivamente pari a: 0°, 10°, 20°, 30°, 40° e 50°. In generale, il valore di tali angoli potrebbe assumere una pluralità di valori, preferibilmente discreti, compresi tra 0°ed al limite fino a 90°.

Vantaggiosamente, per semplificare la realizzazione dei moduli fotovoltaici, la geometria dell’elemento fotovoltaico planare 102 può essere la medesima per tutti gli elementi di supporto dei diversi moduli di Figura 3.

In generale, l'area centrale dell’elemento fotovoltaico rimane preferibilmente sempre piana, qualsiasi sia l'angolazione che la superficie di supporto centrale viene ad assumere.

La Figura 4 esemplifica alcune proprietà del modulo fotovoltaico 101, ottenute dalla particolare conformazione angolata dell’elemento di supporto rigido 103 in associazione con l’elemento fotovoltaico 102.

La freccia colorata interamente, rappresenta il percorso della luce incidente sul modulo fotovoltaico. La freccia colorata solo nel contorno, rappresenta il percorso ideale dello sguardo di un utente posto dietro il modulo fotovoltaico, ovvero dentro l’edificio.

Come illustrato nella vista (a), il modulo fotovoltaico consente l'ottimizzazione dell’angolo di incidenza della radiazione solare sull’elemento fotovoltaico, rendendoli più perpendicolari possibile, in maniera statistica, per massimizzare la generazione di energia elettrica.

Come illustrato nella vista (b), il modulo fotovoltaico consente l’Indirizzamento della luce solare incidente, attraverso l’elemento di supporto trasparente chiaro o traslucido, verso l’interno dell’edificio, per migliorarne l' illuminazione ambientale.

Come illustrato dalla vista (c), la particolare geometria dell’elemento di supporto rigido che comprende una coppia di rispettive superfici curve e riflettenti, è atta ad indirizzare i raggi solari incidenti su di esso verso la superficie dell’elemento fotovoltaico planare, concentrandone l’intensità. In tal modo, è possibile migliorare ulteriormente la resa energetica del sistema; infatti la rotazione dell’elemento fotovoltaico beneficia della regola di Snell e dell’effetto Fresnel per il redirezionamento della luce.

Come illustrato dalla vista (d), la particolare geometria dell’elemento di supporto rigido consente una riflessione indiretta dei raggi solari, specie in caso di un elemento di supporto rigido di tipo traslucido, che contribuisce a ridurre o controllare gli effetti di abbagliamento per gli utenti all’interno dell’edificio, in particolare in condizioni di sole basso per esempio all’alba o al tramonto.

Infine, come illustrato dalla vista (e), la particolare finitura trasparente dell’elemento di supporto rigido consente la visione dall’interno verso l’esterno, per far sì che gli utenti all’interno dell’edificio beneficino di una vista esterna, più o meno definita.

La Figura 5 esemplifica il metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio, illustrando alcuni parametri di applicazione dei moduli fotovoltaici che sono da integrare nella parete verticale di un edificio 501 .

Il metodo di applicazione secondo la presente invenzione prevede di definire una pluralità di parametri di facciata per la parete verticale dell’edificio 501 .

Tali parametri di facciata comprendono l’altezza di applicazione 502 disponibile sulla parete verticale su cui sono da applicare i moduli fotovoltaici; tale altezza di applicazione corrisponde essenzialmente alla distanza tra due solette di un piano dell’edificio 501.

I parametri di facciata comprendono ulteriormente l’orientamento cardinale (esemplificato dal riferimento 503), ovvero l'esposizione a Nord, Sud, Ovest, o Est o direzioni intermedie, della facciata a cui appartiene la parete verticale su cui sono da applicare i moduli fotovoltaici.

Preferibilmente, i parametri di facciata comprendono ulteriormente la latitudine geografica (esemplificata dal riferimento 504) della parete verticale su cui sono da applicare i moduli fotovoltaici; nota la latitudine geografica (ovvero il posizionamento sui paralleli terrestri: polo, equatore, paralleli intermedi) diventa indirettamente nota l’elevazione media del sole durante l’arco dell’anno.

II metodo di applicazione secondo la presente invenzione prevede di definire ulteriormente una pluralità di parametri di applicazione che dipendono dalle caratteristiche tipologiche dei moduli fotovoltaici applicabili alla facciata.

Preferibilmente, le caratteristiche tipologiche comprendono, come già descritto: materiale e finitura del supporto rigido, e tipologia dell’elemento fotovoltaico.

Preferibilmente, i parametri di applicazione comprendono un parametro di illuminazione 511, che dipende dall’intensità luminosa trasmissibile attraverso l’elemento di supporto rigido, ed eventualmente anche attraverso l’elemento fotovoltaico se trasparente. Tale parametro di illuminazione 511 esprime, entro l’ambiente dell’edificio 501 , una distribuzione 505 dell’illuminazione naturale dello spazio disponibile. In una forma di realizzazione preferita, il parametro di illuminazione 511 dipende ulteriormente da ombrosità adiacenti alla parete di interesse, come per esempio ombrosità dovute ad alberi o edifici adiacenti che modificano l’intensità luminosa disponibile per l’illuminazione ambientale entro l’edifico.

Preferibilmente, i parametri di applicazione comprendono un parametro di visibilità 512, che dipende dalla trasparenza dell’elemento di supporto rigido, ed eventualmente anche dalla trasparenza dell’elemento fotovoltaico se del caso. Tale parametro di visibilità 512 esprime, per l’utente 506 all’interno dell’edificio, la possibilità di visione verso l’esterno come anche già descritto.

Preferibilmente, i parametri di applicazione comprendono un parametro di superficie fotovoltaica 513 che dipende dall’area utile dell'elemento fotovoltaico di ciascun modulo da installare. Tale parametro di superficie fotovoltaica 513 può influenzare il rendimento globale del sistema di conversione di energia solare, per massimizzare la potenza ottenibile.

Preferibilmente, i parametri di applicazione comprendono un parametro di opacità 514, che dipende dall’opacità dell'elemento fotovoltaico, variabile lungo la coordinata verticale. Tale parametro di opacità consente, per una fascia di altezza preferibilmente dalla vita dell’utente 506 in giù, di conferire una maggior opacità alla facciata per aumentare la privacy all’interno dell’edificio.

Secondo il metodo di applicazione della presente invenzione, i parametri di applicazione sono variabili lungo la coordinata verticale associata alla parete. In altre parole, i parametri di applicazione sono ottimizzati in funzione della coordinata verticale, per migliorare la performance visiva, di illuminazione ed energetica del sistema.

Il metodo di applicazione secondo la presente invenzione prevede ulteriormente di definire una funzione di priorità 520 associata ai parametri di applicazione e variabile lungo la coordinata verticale.

Nell’esempio di Figura 5, la funzione di priorità prevede:

- una preponderanza di priorità per il parametro di illuminazione 511 nella parte alta della parete, in modo da migliorare l’illuminazione ambientale naturale entro l’edificio; - una preponderanza di priorità per il parametro di visibilità 512 in corrispondenza dell’altezza media del volto dell’utente 506, in modo da migliorare la visione esterna per gli utenti;

- una preponderanza di priorità per il parametro di opacità nella zona bassa della parete, in modo da migliorare la privacy per gli occupanti, che siano per esempio seduti ad una scrivania;

- una massimizzazione di priorità ovunque per il parametro di superficie fotovoltaica, in modo da dotare la parete, se compatibile con i costi degli elementi fotovoltaici, di più celle fotovoltaiche possibile e massimizzare la produzione di energia solare.

In generale, la funzione di priorità potrà essere definita in base ai criteri di progetto ed al risultato desiderato.

La funzione di priorità stabilisce, lungo la coordinata verticale associata alla parete verticale, la preponderanza relativa di ciascuno dei parametri di applicazione considerati nello stabilire le caratteristiche tipologiche e nel calcolare i valori dell’angolo rispetto alla verticale.

Il metodo di applicazione secondo la presente invenzione prevede ulteriormente, per ciascuno dei moduli fotovoltaici lungo la coordinata verticale della parete oggetto di applicazione di: stabilire le caratteristiche tipologiche e calcolare i valori dell’angolo ottimali rispetto alla verticale.

Tale calcolo e determinazione sono effettuati preferibilmente mediante ottimizzazione parametrica vincolata, in particolare delle caratteristiche tipologiche.

Tale calcolo e determinazione tengono conto dei parametri di facciata, dei parametri di applicazione e della funzione di priorità. In particolare, la funzione di priorità consente di definire le caratteristiche funzionali della parete verticale, che sono tra l’altro associate alla caratteristiche tipologiche.

La Figura 6 illustra il risultato finale dell’applicazione di moduli fotovoltaici integrati in una parete verticale di un edificio, secondo il set tipologico di caratteristiche tipologiche dei moduli e di valori dell’angolo ottimali, stabiliti ai passi precedenti.

Il metodo di applicazione secondo la presente invenzione prevede di applicare la pluralità di moduli fotovoltaici 601 , tra loro accostati e vincolati al telaio 602, come espresso dalle frecce, per integrarli nella parete verticale dell’edificio. In tal modo, si realizza un sistema BIPV ottimizzato per quanto riguarda visibilità, illuminazione e resa energetica.

Le caratteristiche tipologiche stabilite ed i valori calcolati per l’angolo (selezionato preferibilmente tra i valori di angolo discreti disponibili per gli elementi di supporto rigido) consentono di variare le proprietà della parete verticale composta dai moduli fotovoltaici lungo la parete verticale, come rappresentato in Figura 6, che visualizza differenti tipologie di moduli fotovoltaici lungo la coordinata verticale.

Una variante, non rappresentata, prevede di utilizzare in luogo del telaio rigido 602, una pluralità di cavi e giunti atti a trattenere in posizione accostata la pluralità di moduli fotovoltaici 601 , con la medesima disposizione.

Preferibilmente, l’elemento di supporto rigido e l’elemento fotovoltaico hanno lati della medesima tipologia, ovvero comprendono lo stesso numero di lati. In tal senso la forma dell'elemento fotovoltaico costituisce un offset della forma dell'elemento di supporto rigido.

Si deve notare che i moduli fotovoltaici sono preferibilmente poligoni a 3, 4, 5 o 6 lati, da cui deriva la specifica forma (lati e angoli). L’accostamento degli stessi moduli fotovoltaici può avvenire in maniera uniforme (moduli della medesima forma) o non-uniforme (moduli differenti accostati tra loro, con forme svariate forme mosaicate).

Anche mosaici uniformi potrebbero essere composti da differenti moduli fotovoltaici tra loro accostati.

[APPLICABILITÀ INDUSTRIALE]

La presente soluzione consente di realizzare un componente architettonico di nuova generazione, per creare facciate continue ad alte prestazioni in grado di essere oggetto dei più avanzati metodi di progettazione performativa “ multi-criteria ”, in quanto incorpora qualità che lo rendono efficiente per strategie di miglioramento energetico per i cosiddetti nZEB o nearly-Zero Energy Building.

La soluzione consente di migliorare le caratteristiche dell’applicazione di moduli fotovoltaici, sia per proprietà di tipo passivo (illuminazione, visibilità) che per proprietà di tipo attivo (come la generazione di potenza elettrica mediante il fotovoltaico integrato).

Il modulo fotovoltaico applicabile mediante il metodo dell’invenzione è determinato para metricamente, mediante un sistema tipologico comprendente un supporto in vetro angolato che è in grado di incorporare nel suo nocciolo centrale vari tipi di celle fotovoltaiche.

Il metodo di applicazione consente di creare una varietà di configurazioni entro la stesso set tipologico, grazie alla combinazione di differenti tecnologie per gli elementi fotovoltaici e gli strati ombreggianti, che possono essere integrati nei moduli.

La presente invenzione conferisce un’ampia libertà di progetto e flessibilità in termini di ottimizzazione delle prestazioni dell'intero edificio, in relazione ad uno specifico contesto urbano, ambientale e climatico.

Il presente metodo di applicazione prevede ulteriormente l’utilizzo di uno strumento CAD che consente di ottimizzare il layout della facciata, in relazione ai requisiti del progetto ed ai criteri di priorità che sono scelti come di interesse.

Il metodo di applicazione consente di ottimizzare quale tecnologia fotovoltaica applicare nel nocciolo e con quale orientamento o angolazione del nocciolo, per ogni specifica posizione, i moduli dovranno essere applicati sull'intera facciata dell’edificio.

La peculiarità dell'invenzione la rende adatta sia per interventi di nuova costruzione, sia per interventi di riqualificazione di edifici esistenti (mediante sostituzione di facciata, o aggiunta di moduli su una facciata esistente).

È chiaro che, considerando la presente descrizione, al tecnico del ramo saranno apparenti molte varianti.

Ad esempio, è possibile concepire varianti per la forma del modulo fotovoltaico, come sotto esemplificato.

La Figura 7 illustra un’ulteriore forma di realizzazione di moduli fotovoltaici secondo la presente invenzione.

La sottofigura (a) esemplifica la forma di realizzazione individuata sostanzialmente rettangolare del modulo fotovoltaico, comprendente un elemento di supporto rigido sagomato rettangolare, ed un rispettivo elemento fotovoltaico alloggiato nella parte centrale del supporto. Il modulo fotovoltaico è configurato per comprendere una rotazione dell’elemento fotovoltaico planare (PV) rispetto al piano dell'elemento di supporto rigido, nel verso esemplificato dalla freccia.

La sottofigura (b) illustra una vista laterale del modulo fotovoltaico, la sottofigura (c) illustra una vista superiore del modulo fotovoltaico, e la sottofigura (d) illustra una vista isometrica del modulo fotovoltaico; tali viste sono illustrative del modulo fotovoltaico in configurazione definitiva, avendo un angolo prefissato rispetto alla verticale. Altri valori di angolo saranno possibili, come già illustrato.

La Figura 8 illustra un’ulteriore forma di realizzazione di moduli fotovoltaici secondo la presente invenzione.

La sottofigura (a) esemplifica la forma di realizzazione individuata sostanzialmente esagonale del modulo fotovoltaico, comprendente un elemento di supporto rigido sagomato esagonale, ed un rispettivo elemento fotovoltaico alloggiato nella parte centrale del supporto, anch’esso di forma esagonale. Il modulo fotovoltaico è configurato per comprendere una rotazione dell’elemento fotovoltaico planare (PV) rispetto al piano dell’elemento di supporto rigido, nel verso esemplificato dalla freccia.

In generale, considerando forme di realizzazione alternative, l’asse attorno a cui è individuata la rotazione dell’elemento fotovoltaico planare rispetto al piano dell’elemento di supporto rigido (come individuato dalla freccia di rotazione in Figure 7 e 8) può assumere qualunque direzione 0°-360° sul piano (in verticale in condizioni di lavoro) dell’elemento di supporto rigido stesso.

Dal momento che le forme di realizzazione alternative, come esemplificate nelle Figure 7 e 8, sono atte ed essere accostate per essere integrate in una parete dell’edificio queste (ed ulteriori forme qui non descritte) sono atte ad essere impiegate nel metodo di applicazione secondo la presente invenzione.

Un’ulteriore variamente potrebbe consistere nell’associare all’elemento di supporto rigido un elemento fotovoltaico di differente forma (per esempio, elemento di supporto esagonale con elemento fotovoltaico rettangolare). Infatti gli elementi fotovoltaici potrebbero avere svariate forme, purché planari ed angolate (con valori diversi) rispetto alla verticale definita dall’elemento di supporto rigido.

Per quanto riguarda i materiali di costruzione, in aggiunta ai dettagli delle forme di realizzazione preferite, si potranno adottare i criteri della buona progettazione, impiegando materiali e tecniche adatti allo scopo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di applicazione di moduli fotovoltaici integrati in un edificio (501), ciascuno (101) di detti moduli fotovoltaici comprendente un elemento fotovoltaico planare (102) ed un elemento di supporto rigido (103), in cui una pluralità (601) di detti moduli fotovoltaici sono tra loro accostati essendo vincolati mediante detto elemento di supporto rigido (103) per essere integrati in una parete verticale (602) di detto edificio (501), ed in cui detto elemento di supporto rigido (103) è configurato per alloggiare detto elemento fotovoltaico planare (102) in modo da formare un angolo tra la superficie di detto elemento fotovoltaico planare (102) e la superficie di detta parete verticale (602), detto metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - definire una pluralità di parametri di facciata (502, 503, 504) per detta parete verticale (602) di detto edificio (501), detti parametri di facciata (502, 503, 504) comprendenti: orientamento cardinale (503) di detta parete verticale (602), altezza di applicazione (502) disponibile su detta parete verticale (602); - definire ulteriormente una pluralità di parametri di applicazione (51 1 , 512, 513, 514) dipendenti da caratteristiche tipologiche di detti moduli fotovoltaici (101 , 601 ) applicabili lungo una coordinata verticale associata a detta parete verticale (602); - definire una funzione di priorità (520) associata a detti parametri di applicazione (511 , 512, 513, 514) e variabile lungo detta coordinata verticale; - in base a detti parametri di facciata (502, 503, 504), a detti parametri di applicazione (511, 512, 513, 514) ed a detta funzione di priorità (520), stabilire dette caratteristiche tipologiche di ciascuno di detti moduli fotovoltaici (101) lungo detta coordinata verticale, ed ulteriormente calcolare valori per detto angolo di ciascuno di detti moduli fotovoltaici (101) lungo detta coordinata verticale; - applicare a detta parete verticale (602) detti moduli fotovoltaici (601) secondo dette caratteristiche tipologiche stabilite e detti valori per detto angolo calcolati.
2. Metodo di applicazione secondo la rivendicazione 1 , in cui detti parametri di applicazione comprendono: un parametro di illuminazione (511) dipendente dall’intensità luminosa trasmissibile attraverso detto elemento di supporto rigido (103); un parametro di visibilità (512) dipendente dalla trasparenza di detto elemento di supporto rigido (103); un parametro di superficie fotovoltaica (513) dipendente dall’area utile di detto elemento fotovoltaico planare (102); un parametro di opacità (514) dipendente dall’opacità di detto elemento fotovoltaico planare (102).
3. Metodo di applicazione secondo la rivendicazione 2, in cui detto parametro di illuminazione (511) dipende ulteriormente da ombrosità adiacenti a detta parete verticale (602).
4. Metodo di applicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detta pluralità di parametri di facciata (502, 503, 504) comprende ulteriormente: latitudine geografica (504) di detta parete verticale (602).
5. Metodo di applicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui dette caratteristiche tipologiche comprendono: materiale di detto elemento di supporto rigido (103); finitura superficiale di detto elemento di supporto rigido (103); tipologia di detto elemento fotovoltaico planare (102).
6. Metodo di applicazione secondo la rivendicazione 5, in cui detto materiale e detta finitura superficiale di detto elemento di supporto rigido (103) caratterizzano un elemento del tipo: trasparente, oppure chiaro, oppure traslucido, oppure opaco.
7. Metodo di applicazione secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui detto elemento di supporto rigido (103) è realizzato in vetro.
8. Metodo di applicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui detto angolo assume una pluralità di valori discreti compresi tra 0° e 90°, tra il piano di detta parete verticale (602) ed il piano di detto elemento fotovoltaico planare (102), detti valori discreti essendo dipendenti dalla geometria stabilita per detto elemento di supporto (103) in ciascuno di detti moduli fotovoltaici (101 , 101a, 101 b, 101c, 101d, 101e).
9. Metodo di applicazione secondo la rivendicazione 8, in cui detto elemento di supporto rigido (103) comprende una bordo esterno (104) avente un perimetro planare per applicazione ad un telaio associabile a detta parete verticale (602), e comprende ulteriormente una superficie di supporto centrale avente un alloggiamento per detto elemento fotovoltaico planare con orientamento fisso, che determina detto angolo.
10. Metodo di applicazione secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detto elemento di supporto rigido (103) comprende una coppia di rispettive superfici curve, atte a indirizzare raggi solari incidenti su detto elemento di supporto rigido (103) verso detta superficie di detto elemento fotovoltaico planare (102).
11. Metodo di applicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui la geometria di detto elemento fotovoltaico planare (102) è la medesima per ogni geometria stabilita per detto elemento di supporto rigido (103) in ciascuno di detti moduli fotovoltaici (101 , 101 a, 101 b, 101 c, 101 d, 101 e).
12. Metodo di applicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11 , in cui dette caratteristiche tipologiche di ciascuno di detti moduli fotovoltaici (101 , 101a, 101 b, 101 c, 101 d, 101e) e detti valori per detto angolo sono calcolati mediante ottimizzazione parametrica vincolata.
13. Metodo di applicazione secondo la rivendicazione 12, in cui dette caratteristiche tipologiche di ciascuno di detti moduli fotovoltaici (101 , 101 a, 101 b, 101 c, 101 d, 101 e) e detti valori per detto angolo di ciascuno di detti moduli fotovoltaici lungo detta coordinata verticale, sono variabili lungo detta coordinata verticale.
14. Parete di un edificio comprendente una pluralità di moduli fotovoltaici (601) applicati con il metodo di applicazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13.
15. Programma per elaboratore, preferibilmente programma CAD, che quando eseguito su un elaboratore è configurato per stabilire caratteristiche tipologiche e calcolare valori di un angolo secondo il metodo di applicazione di una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13.