Stato dell'arte e Concept per una Wind Solar Facade

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2. BUILDINGSUBSYSTEMS
VENTO
UN PERICOLO
UNA RISORSA

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VENTO
SFRUTTAMENTO DEL VENTO IN FACCIATA
TURBINE PIEZOELETTRICO
Strata SE1 – «The
Razor»_BFLS_South
wark - Londra
Bahrain World
Trade
Center_Manama_
Bahrain
“Strawscraper
”_Belatchew-
Arkitekter_
Stoccolma

4. BUILDINGSUBSYSTEMS
PIEZOELETTRICO
EFFETTO
PIEZOELETTRICO
DIRETTO
EFFETTO
PIEZOELETTRICO
INVERSO
Deformazione meccanica
Differenza di potenziale
Impulso elettrico
Deformazione elastica
Condensatore collegato a
una rete esterna
Produzione energia elettrica
Materiali cristallini privi di centro di simmetria
costituiti da microscopici dipoli elettrici
- Quarzo
- Materiali ceramici (PZT)
- Materiali polimerici (PVD)

5. BUILDINGSUBSYSTEMS
CIRCUITO PIEZOELETTRICO
Per regolarizzare
l’andamento pseudo-
periodico della
tensione piezoelettrica
Energia piezoelettrica
inutilizzabile
direttamente per
variazioni casuali di
potenza e tensione
Convertitore per
adattare e
regolarizzare la
potenza in uscita dal
circuito raddrizzatore
Per aumentare la
potenza prodotta dal
generatore
piezoelettrico

6. BUILDINGSUBSYSTEMS
PIEZOELETTRICO IN EDILIZIA
TEGOLE PIEZOELETTRICHE
Conversione delle vibrazioni prodotte dalla
pioggia in energia
Funzionamento con gocce di pioggia di
diametro variabile tra 1 e 5 mm
È possibile recuperare fino a 12 mWatt
dall’impatto di una goccia
Energia recuperabile direttamente
proporzionale dalla dimensione della
membrana piezoelettrica e dalla grandezza
e frequenza delle gocce

7. BUILDINGSUBSYSTEMS
PIEZOELETTRICO IN EDILIZIA
VIBRO-WIND ENERGY TECHNOLOGY
https://www.youtube.com/watch?v=OhG9OSt
qWY0
http://www.ebaumsworld.com/video/watch/8
2235925/
ELEMENTI VIBRANTI
Energia del vento  energia cinetica
ASTE SPORGENTI + PIEZOELETTRICO
Energia cinetica energia elettrica
• FUNZIONAMENTO A VELOCITÀ DI VENTO
LIMITATO (da 3 a 10 m/s)
 Adatto nelle aree urbane
• EVITA CARICHI DINAMICI ROTAZIONALI
SULLA STRUTTURA
• FUNZIONAMENTO IN CONTINUO ANCHE
DI NOTTE
• IMPRONTA LIMITATA DELL’AREA
NECESSARIA

8. BUILDINGSUBSYSTEMS
PIEZOELETTRICO IN EDILIZIA
«PIEZO-TREE» GENERATOR
FOGLIE VIBRANTI
Energia del vento  energia cinetica
STELO + PIEZOELETTRICO
Energia cinetica energia elettrica
• FUNZIONAMENTO A VELOCITÀ DI VENTO
LIMITATO (da 3 a 10 m/s)
 Instabilità con V eccessive
• 2 CONFIGURAZIONI DI FOGLIA:
17 μW
76 ÷ 296 μW

9. BUILDINGSUBSYSTEMS
«SISTEMA FOGLIA»
SOLAR IVY
EDERA FOTOVOLTAICA
- Cella fotovoltaica su foglia
• SISTEMA AD ELEVATA FLESSIBILITA’
GRAZIE ALLA RETE DI SUPPORTO
 Densità delle foglie variabile in funzione
del fabbisogno energetico
• DIVERSE TIPOLOGIE DI FOGLIA
 Per forma
 Per colore
• FACILITA’ DI POSA E MONTAGGIO
 Sottostruttura semplice tirantata
• SEMPLICE MANUTENIBILITA’
 Ogni foglia singolarmente sostituibile
• FUNZIONE SCHERMANTE
 Diminuzione degli apporti solari interni

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CONCEPT
ENERGY ADAPTIVE FACADE
SOLAR IVY technologies per lo sviluppo di una facciata a doppia pelle

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CONCEPT
EOLICO e FOTOVOLTAICO integrati in facciata
- Sfruttamento combinato di fonti energetiche
rinnovabili tradizionalmente distinte;
- Sistema di generazione di energia elettrica capace di
sfruttare uno scenario di condizioni metereologiche
significativamente più a ampio se paragonato alle due
tecnologie prese singolarmente;
- Soluzione di facciata a doppia pelle sfruttabile anche come
schermatura solare
- Libertà compositiva e valenza architettonica

12. BUILDINGSUBSYSTEMS
CONCEPT
Supporto deformabile capace di produrre
energia elettrica
La foglia lavorando come massa sollecitata dal vento deforma il supporto della stessa, il quale,
sfruttando le proprietà del film piezoelettrico al suo interno genera energia elettrica

13. BUILDINGSUBSYSTEMS
CONCEPT
La cella fotovoltaica bifacciale … un passo in più
- Sostituire le celle fotovoltaiche
tradizionali montate sulla superficie
delle foglie con quelle bifacciali
- Possibilità di sfruttare sia la
radiazione solare diretta sia quella
riflessa migliorando così l’efficienza
energetica del sistema
- Necessità di introdurre nella
stratificazione di facciata un layer
riflettente capace di direzionare la
radiazione riflessa verso la faccia
posteriore delle foglie

14. BUILDINGSUBSYSTEMS
CONCEPT
Una possibile strada da percorrere …
- Sottostruttura a
montanti e traversi
- Lamiera grecata
microforata con film
riflettente
- Supporto metallico a
graticcio
- Elementi di facciata
(foglie) dotate di
tecnologia piezoelettrica
e celle fotovoltaiche
bifacciali

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VALUTAZIONI
Costi, Rendimenti e … Architettura
- Estensione del singolo componente:
inscrivibile in una circonferenza di
diametro D = 25 cm
E’ quindi possibile disporre 10 elementi
in un m2 ipotizzando una distanza
minima di 5 cm
- Costo del singolo componente:
16 € per la soluzione con celle solari
tradizionali integrate (Solar Ivy)
Costo indicativo a m2 :
10 elementi/m2 x 16 €/elemento = 160 €/m2
- Energia elettrica prodotta:
I valori variano significativamente a
seconda del materiale fotovoltaico
utilizzato ovvero 0,5 ÷ 4 W/foglia
Energia elettrica prodotta a m2 :
10 elementi/m2 x (0,5 ÷ 4) W/elemento
= 5 ÷ 40 W/m2
La produzione di energia elettrica sicuramente
non è elevata tuttavia le valutazioni non
possono fermarsi a questo aspetto
Con l’implemento della tecnologia
piezoelettrica questi valori non possono che
aumentare!

16. BUILDINGSUBSYSTEMS
VALUTAZIONI
Costi, Rendimenti e … Architettura
- L’implementazione delle celle fotovoltaiche bifacciali potrebbero portare un
miglioramento delle prestazioni energetiche (da quantificare)
- Il sistema, grazie all’impiego di materiali piezoelettrici può produrre
energia anche nelle ore notturne e nelle giornate di maltempo
- Si tratta di una soluzione che se opportunamente modulata in facciata può essere
facilmente sfruttabile anche come schermatura solare
- Flessibilità e libertà compositiva di facciata grazie all’autonomia dei singoli
componenti in termini di ancoraggio meccanico e di collegamenti elettrici
ASPETTI SU CUI LAVOARE:
- Integrazione cella fotovoltaica bifacciale
- Controllo del benessere visivo all’interno degli ambienti schermati in quanto le
foglie sono soggette a continuo movimento generando variazioni continue di
illuminamento
- Controllo dell’abbagliamento potenzialmente generabile dal layer riflettente
- Implementazione della forma del componente di facciata

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WORK IN PROGRESS…
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