Un gruppo di ricercatori cinesi ha sviluppato un nuovo progetto per le facciate continue fotovoltaiche integrate sottovuoto (VPV), che secondo loro può combinare in modo efficiente la produzione di energia fotovoltaica e l’isolamento termico dell’edificio.
“Per la prima volta è stato proposto un metodo di progettazione suddiviso in più funzioni per le facciate continue fotovoltaiche, che mira a conciliare la domanda concorrente di diverse funzioni delle facciate continue fotovoltaiche, come la luce diurna, la vista e la produzione di energia”, ha dichiarato l’autore principale della ricerca, Jinqing Peng, alla rivista pv. “Ora stiamo ottimizzando l’altezza e il tasso di copertura fotovoltaica di ciascuna sezione e, dopo questo studio, collaboreremo con le imprese per produrre le facciate continue fotovoltaiche suddivise”.
I ricercatori hanno spiegato che le facciate continue VPV con un’elevata copertura fotovoltaica possono essere vantaggiose per un edificio, in quanto possono impedire a grandi quantità di radiazioni solari di entrare nell’edificio, evitando così problemi di surriscaldamento. Al contrario. Le facciate continue VPV con bassa copertura fotovoltaica possono avere problemi di surriscaldamento, ma possono aiutare l’edificio a richiedere meno energia per l’illuminazione e il riscaldamento.
“Pertanto, la progettazione ottimale mono-obiettivo delle facciate continue VPV non è in grado di bilanciare le sue funzioni restrittive e persino contraddittorie”, hanno dichiarato. “L’obiettivo primario di questo studio è bilanciare i compromessi tra le diverse funzioni delle facciate continue VPV e migliorare il loro potenziale di risparmio energetico, garantendo al contempo il comfort degli occupanti”.
Il sistema è costituito da un vetro stratificato fotovoltaico basato su celle solari al tellururo di cadmio (CdTe), da una cavità d’aria e da una lastra di vetro sottovuoto. Gli scienziati hanno inciso le celle solari in strisce con il laser.
Il sistema è inoltre suddiviso in sezioni per la luce diurna, per la vista e per la facciata, in base alle diverse funzioni, e la copertura fotovoltaica di ciascuna sezione deve essere determinata separatamente. Le sezioni luce diurna e vista sono progettate per fornire luce diurna e un collegamento visivo con l’esterno, mentre la sezione spandrel è destinata principalmente alla produzione di energia. Ciò consente di modulare le trasmittanze di ciascuna sezione regolando la densità delle strisce di celle fotovoltaiche.
Il gruppo cinese ha simulato le prestazioni della tenda VPV tramite i software Radiance ed EnergPlus e la tecnica dell’ordine di preferenza per somiglianza alla soluzione ideale (TOPSIS). Hanno ipotizzato che il sistema fosse installato in un edificio privato per uffici esposto a sud.
“Si è ipotizzato che si trattasse del piano intermedio di un edificio con facciata continua in vetro di dimensioni pari a 2,7 m di altezza, 4,0 m di profondità e 3,0 m di larghezza”, hanno dichiarato i ricercatori. “La facciata continua VPV è stata installata sulla facciata sud con un ampio rapporto finestra/parete dell’86%”.
La simulazione ha dimostrato che la variazione della copertura fotovoltaica della sezione di luce diurna ha un forte impatto sull’illuminamento utile di luce diurna e sull’indice di abbagliamento da disagio. L’abbagliamento fastidioso è una sensazione psicologica causata dall’elevata luminosità, mentre l”indice di abbagliamento da disagio si riferisce alla quantità di luce diurna utile per gli occupanti di uno spazio.
Inoltre, gli studiosi hanno scoperto che la configurazione ottimale del sistema richiederebbe una copertura fotovoltaica del 20% nella sezione di luce diurna, del 40% nella sezione di vista e del 90% nella sezione spandrel. “La facciata continua VPV ottimale, con coperture fotovoltaiche del 50%, 40% e 90% per le sezioni luce diurna, vista e spandrel, ha ottenuto una riduzione del 34,5% dell’indice di abbagliamento, un incremento del 4,9% dell’UDI, un incremento del 5,2% del rapporto tra luce netta e luce solare”, hanno spiegato.
Il sistema è stato descritto nello studio “Multi-function partitioned design method for photovoltaic curtain wall integrated with vacuum glazing towards zero-energy buildings”, pubblicato su Renewable Energy. Il gruppo di ricerca comprende scienziati della Shanghai Jiao Tong University e della Hunan University in Cina.
“Per quanto riguarda il costo di questo sistema, la facciata continua fotovoltaica a partizione si differenzia da quella tradizionale solo per la disposizione delle strisce di celle solari”, ha concluso Peng. “Di conseguenza, non c’è una differenza di costo significativa tra i due progetti, ma la facciata continua fotovoltaica suddivisa proposta può ridurre il consumo energetico dell’edificio e produrre più energia elettrica in eccesso”.
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