Fotovoltaico negli edifici

fotovoltaico negli edifici

manuali di progettazione sostenibile

alessandra scognamiglio paola bosisio vincenzo di dio

fotovoltaico negli edifici

• quadro normativo • conto energia • incentivi

dimensionamento, progettazione e gestione degli impianti

• aspetti economici

presentazione di heinz a. ossenbrink • tecnologia

prefazione di gianni silvestrini • prodotti • progettazione

paola delli veneri salvatore favuzza

• dimensionamento

laura lancellotti • integrazione architettonica

lucia vittoria mercaldo

• casi studio

carlo privato gaetano zizzo

• gestione dell’impianto

• procedure

Edizioni Ambiente

• autorizzazioni

Alessandra Scognamiglio, Paola Bosisio, Vincenzo Di Dio Paola Delli Veneri, Salvatore Favuzza, Laura Lancellotti, Lucia Vittoria Mercaldo, Carlo Privato, Gaetano Zizzo

fotovoltaico negli edifici Dimensionamento, progettazione e gestione degli impianti

collana Manuali di progettazione sostenibile diretta da Federico M. Butera

realizzazione editoriale Edizioni Ambiente www.edizioniambiente.it www.reteambiente.it www.nextville.it www.verdenero.it

direttore editoriale Marco Moro

progetto grafico GrafCo3, Milano

coordinamento redazionale Diego Tavazzi

impaginazione Paola Mezza

© copyright 2009 Edizioni Ambiente srl via Natale Battaglia 10, 20127 Milano tel. 02 45487277, fax 02 45487333 ISBN 978-88-96238-14-1

Finito di stampare nel mese di novembre 2009 presso Genesi Gruppo Editoriale – Città di Castello (Pg) Stampato in Italia – Printed in Italy Questo libro è stampato su carta riciclata 100%

sommario Presentazione Heinz A. Ossenbrink

9

Prefazione Gianni Silvestrini

11

Premessa Alessandra Scognamiglio

13

Introduzione Carlo Privato

19

1. architettura/fotovoltaico: stato dell’arte e prospettive di ricerca

29

Alessandra Scognamiglio

1.1 1.2 1.3

Introduzione Passato e presente: stato dell’arte Possibile futura evoluzione: prospettive di ricerca

2. quadro normativo e legislativo

29 30 36 49

Paola Bosisio, Salvatore Favuzza

2.1 2.2 2.3

Strategie energetiche e opportunitĂ normative Disposizioni giuridiche Disposizioni tecniche

3. valutazioni economiche e incentivi

49 55 73 77

Paola Bosisio, Salvatore Favuzza

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

Mercato del fotovoltaico Costo del fotovoltaico Il Conto energia in Italia Scambio sul posto e Cessione in rete Regime fiscale ICI sugli impianti fotovoltaici

77 84 86 95 108 119

4. la tecnologia fotovoltaica

123

Paola Delli Veneri, Laura Lancellotti, Lucia Vittoria Mercaldo

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Introduzione Cenni sulla radiazione solare La tecnologia fotovoltaica convenzionale: il silicio cristallino La seconda generazione del fotovoltaico: i film sottili Tecnologie fotovoltaiche emergenti e concetti innovativi

5. componenti di un impianto fotovoltaico

123 124 133 140 150 159

Vincenzo Di Dio, Salvatore Favuzza, Gaetano Zizzo

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6

Introduzione Il generatore fotovoltaico Cavi e protezioni della sezione in c.c.

Le strutture di sostegno Gruppo di conversione Sistemi di interfaccia con la rete

159 160 167 168 168 174

6. progettazione di impianti fotovoltaici

175

Vincenzo Di Dio, Salvatore Favuzza, Gaetano Zizzo

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11 6.12 6.13

Premessa Sopralluogo, analisi dei luoghi e studio delle ombre Scelta della taglia Individuazione del livello della tensione in uscita Scelta della struttura e dell’impianto FV Scelta della modalità di collegamento a terra della sezione in corrente continua (c.c.)

Scelta del sistema di protezione contro i contatti diretti Scelta del sistema di protezione contro i contatti indiretti nella sezione in c.c.

Scelta del sistema di protezione contro i contatti indiretti nella sezione in c.a.

Struttura del campo FV e suddivisione in stringhe Dimensionamento dei componenti dell’impianto fotovoltaico Esempio di dimensionamento di un impianto FV grid-connected da 10kWp Considerazioni conclusive

175 175 178 179 180 182 184 184 186 187 189 195 200

7. integrazione architettonica e componenti fv appropriati

201

Alessandra Scognamiglio

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Integrazione architettonica: considerazioni iniziali Definizioni Integrazione e decreto Conto energia Criteri guida per l’integrazione del fotovoltaico negli edifici Scelta dei componenti fotovoltaici appropriati

8. collaudo, verifiche tecnico-funzionali e manutenzione

201 202 205 214 222

265

Vincenzo Di Dio, Salvatore Favuzza, Gaetano Zizzo

8.1 8.2 8.3 8.4

Generalità Verifiche tecnico-funzionali Scheda tecnica e certificato di collaudo Manutenzione

9. aspetti tecnico-gestionali della progettazione

265 265 271 273

277

Paola Bosisio, Gaetano Zizzo

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6

Iter autorizzativo 277 Disposizioni regionali 279 Procedura di connessione alla rete elettrica 285 Procedure di attivazione delle convenzioni con il GSE 288 Contabilizzazione dell’energia 300 Documentazione di progetto e documentazione finale d’impianto 304

10. casi studio

309

Alessandra Scognamiglio

10.1 10.2 10.3 10.4 10.5

Introduzione 309 Châtillon – Sede della Compagnia Valdostana delle Acque CVA 310 Bergamo – Xeliox Energy Lab 313 Settimo Rottaro – Parco giochi e pensilina fotovoltaica 316 Lecco – Progetto nuova sede uffici GR Informatica 320

10.6 10.7 10.8 10.9

Bergamo – Progetto ITCLab Milano – Progetto Edificio Santander Lodi – Casa minori Fondazione Don Leandro Rossi Brescia – Sanpolino e Violino – Edilizia residenziale pubblica 10.10 Piacenza – Casa Agosti – La casa che insegue il Sole 10.11 Modena – Progetto Ecological Office 10.12 Roma – Nuova sede uffici CMB

11. casi emblematici e autorizzazioni

325 328 332 335 339 341 345 349

Paola Bosisio

11.1 11.2 11.3

Introduzione Tipologie di installazione Ubicazione degli impianti

appendici

349 350 356

367

Photon: catalogo sistemi di montaggio Riferimenti bibliografici

368 379

Ringraziamenti

383

presentazione Heinz A. Ossenbrink

Ovunque, in ogni cultura del mondo, l’edificio è parte essenziale dell’ambiente in cui viviamo.

Dalla sua originaria funzione di protezione dalle avversità atmosferiche, si è evoluto diventando un habitat universale, adatto alle relazioni umane e a una vita confortevole, al lavoro e al tempo libero.

Stiamo per affacciarci su un’interpretazione completamente nuova dell’edificio e dell’ambiente costruito di cui è parte. Cosa significa vivere in questo ambiente che stiamo creando, in termini di sostenibilità, di uso delle risorse e in rapporto all’eredità che lasceremo alle generazioni future?

Abbiamo l’opportunità di aggiungere agli edifici una funzione nuova e capace di produrre tutta l’energia necessaria a soddisfare i nostri bisogni.

L’integrazione dell’energia solare negli edifici sarà molto di più del semplice utilizzo dei tetti, intesi come spazio immediatamente disponibile. Dovrà essere, infatti, un’opportunità per “vivere” i nostri bisogni energetici, per renderli presenti e costantemente visibili, piuttosto che lasciarli nascosti, relegati in un’infrastruttura più o meno invisibile, come qualcosa di cui si prende cura una tecnologia anonima che sfugge al nostro controllo e alla nostra attenzione.

Questo libro arriva al momento giusto: dimostra e insegna che l’integrazione dell’energia solare nell’ambiente costruito è parte imprescindibile della soluzione alla quale bisogna ricorrere per far sì che il nostro pianeta possa conservarsi ed essere disponibile anche per i nostri bambini. Se la politica europea conta di poter raggiungere una percentuale media di impiego dell’energia rinnovabile pari al 20% entro il 2020, allora l’energia solare dovrà contribuire in maniera essenziale a questo obiettivo. L’energia elettrica prodotta da solare fotovoltaico, da sola, può fornire più del 5%,

forse anche il 10%, dell’elettricità consumata in Europa entro il 2020; tuttavia questo è vero, già solo per mere motivazioni tecniche, se e soltanto se riusciremo a farla diventare parte integrante dell’edificio.

Tuttavia, c’è molto di più del raggiungimento di un obiettivo tecnico. L’obiettivo dell’integrazione del solare fotovoltaico negli edifici deve essere ben più ambizioso. Deve soprattutto essere un simbolo, una visione del nostro futuro energetico, un’idea di come la nostra realtà possa conformarvisi. Si tratta di adottare un nuovo approccio culturale alla produzione di energia, che non nasconde il luogo della produzione, (realizzando per esempio impianti eolici off shore), ma, piuttosto, rende questo luogo di produzione, e lo stesso meccanismo, visibili e parte integrante della nostra vita. E questa è una funzione a cui solo gli edifici, con la loro densa e complessa storia e presenza culturale, possono assolvere.

Questo non è il primo libro che descrive le tecnologie, o possibilità ed esempi pratici di integrazione del fotovoltaico nell’ambiente costruito. Ma è certamente il primo a sostenere questa nuova visione unitaria, condivisa da architetti e ricercatori esperti della tecnologia, nel tentativo di connettere il tutto e veicolarne la diffusione in modo che possa divenire realtà.

Sono convinto che condividerete il piacere che continuo a provare sfogliando le pagine di questo libro, catturati dai dettagli di questa tecnologia così affascinante, che riesce a proiettare i remoti segreti della fisica dei quanti nelle vite di ogni giorno, nostre e dei nostri bambini.

Heinz A. Ossenbrink Head of Renewable Energy Unit European Commission Joint Research Centre – Institute for Energy

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prefazione Gianni Silvestrini

Il fotovoltaico in Italia ha una lunga storia.

Nei primi anni Novanta dello scorso secolo il nostro paese svolse, grazie alle realizzazioni di grandi impianti con una potenza di 1-3 MW, un ruolo di punta a livello internazionale. Passata questa fase di sperimentazioni il mercato ha vivacchiato per anni. Nel frattempo montava progressivamente l’ondata del fotovoltaico giapponese, seguita a ruota dalla crescita graduale ma inesorabile del mercato tedesco, basate entrambe sull’intuizione che lo sbocco naturale della tecnologia riguardava l’integrazione del solare negli edifici. Si tratta infatti di un’area d’intervento con una potenzialità enorme, di centinaia di GW e che potrà, come vedremo, diventare competitiva sul medio periodo.

Da noi questo settore si è aperto timidamente grazie a un primo programma, denominato “10.000 tetti fotovoltaici”, varato nel 2000, che utilizzava lo strumento dell’incentivo in conto capitale non essendo ancora a quel tempo politicamente maturi i tempi per il meccanismo del conto energia. Con i decreti del 2005 e del 2007 basati sulla valorizzazione economica dell’elettricità solare prodotta, il cosiddetto “Conto energia”, anche da noi il mercato è esploso portandosi ai vertici delle installazioni mondiali. Nel 2010 la potenza solare collegata in rete potrebbe sfiorare la soglia dei 2.000 MW, grazie a un mix di decine di migliaia di installazioni sugli edifici e di centinaia di centrali a terra.

Se proiettiamo lo sguardo sul medio e lungo periodo le prospettive sono ancora più rosee.

Secondo il “position paper” del Governo italiano, il fotovoltaico nel 2020 potrebbe raggiungere una potenza di 8,5 GW, poco sotto al contributo dell’eolico stimato a 12 GW. Si tratta di obiettivi ambiziosi, ma è prevedibile che in presenza di un accordo globale sul clima l’Europa innalzi il proprio obiettivo di ridu-

zione dei gas climalteranti dal 20% al 25% o addirittura al 30%. In questo caso occorrerà spingere decisamente sul versante dell’efficienza energetica e su quello delle fonti rinnovabili. Il fotovoltaico è destinato, nella prospettiva di un innalzamento degli obiettivi, a svolgere un ruolo ancora più incisivo. L’obiezione più scontata a questo scenario spinto riguarda l’impatto sulle bollette elettriche sulle quali si scaricherebbero gli incentivi al fotovoltaico. Ma questa preoccupazione non tiene conto del possibile raggiungimento della grid parity tra il 2013 e il 2015 nelle varie regioni del paese. Quando il costo dell’elettricità solare diventerà inferiore a quello della bolletta, il numero delle installazioni esploderà anche se il livello delle incentivazioni dovesse essere molto modesto.

Perché ciò avvenga si dovranno avere forti riduzioni dei prezzi delle installazioni. Il calo dell’ultimo anno è legato all’andamento del mercato che vede un’offerta largamente superiore alla domanda. Ma non bisogna dimenticare che la produzione su larga scala, dell’ordine delle decine di GW all’anno, accompagnata dall’immissione sul mercato di soluzioni molto innovative, porteranno a un’ulteriore riduzione di prezzi nei prossimi anni, rendendo plausibile l’obiettivo della grid parity.

In questo scenario è evidente che l’integrazione del solare nell’edilizia acquista una valenza strategica, perché è proprio in questo comparto che la diminuzione dei prezzi consentirà di autoalimentare la domanda.

Da qui l’importanza di dedicare una particolare attenzione alla ricerca di nuovi materiali e di nuove soluzioni tecnologiche che consentano di sfruttare al meglio il potenziale esistente e al tempo stesso la necessità di prestare un’attenzione sempre maggiore all’integrazione architettonica dei moduli solari. Puntare sull’Italian Solar Design rappresenta una grande opportu-

11

nità per recuperare il ritardo accumulato dal nostro paese nell’offerta del fotovoltaico. Molti segnali indicano che queste sono le prospettive. Bisogna rafforzare l’impegno di ricercatori, progettisti, designer, costruttori per essere

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fotovoltaico negli edifici prefazione

pronti a cogliere le nuove opportunità che si aprono.

Gianni Silvestrini Presidente di Exalto