Il Cnr al lavoro su di componente edilizio per uso residenziale, un E-Brick, che funga da supporto all’efficientamento e alla produzione di energia da fotovoltaico
L’aumento dell’efficienza energetica nel settore dell’edilizia è al centro di numerose politiche e azioni di ricerca a livello internazionale. All’interno di questa area di ricerca, uno dei passi più rilevanti per migliorare le prestazioni energetiche degli edifici è la costruzione di edifici a energia netta zero, o edifici ad alta efficienza con un uso massiccio di rinnovabili per raggiungere un livello più elevato di autosufficienza.
Alla Maker Faire di Roma lo scorso ottobre, il principale evento europeo sull’innovazione, il Cnr con l’Istituto tecnologie avanzate per l’energia “Nicola Giordano” (Itae), ha presentato un componente edilizio per uso residenziale a supporto dell’efficientamento e della produzione di energia da fotovoltaico (E-Brick). Il progetto è stato finanziato grazie al Programma operativo nazionale Imprese e competitività 2014-2020 Fesr negli ambiti tecnologici identificati dal Programma quadro di ricerca e innovazione Horizon 2020.
A Franceso Sergi, ingegnere ricercatore dell’Itae, abbiamo chiesto come si è arrivati a sviluppare l’E-Brick. “Il progetto, è nato anche grazie all’impegno dell’ingegner Marco Ferraro, del gruppo di ricerca “Sistemi” del Cnr-Itae e delle aziende Sisc e Tecnicoop. Siamo partiti dauna domanda: come integrare in un unico componente edilizio più funzioni e al contempo consentire una facile installazione sul campo. Così abbiamo pensato al componente elementare dell’edilizia: il mattone. Un elemento da installare in pareti verticali esterne, realizzando così facciate continue per la riqualificazione energetica degli edifici”.
Con quali funzioni?
“E-Brick racchiude in sé diverse funzioni: raffrescamento della parete, isolamento termico dell’edificio, produzione, accumulo e distribuzione dell’energia elettrica. Tutte testate nell’ambito del progetto di ricerca finanziato dal ministero dello Sviluppo economico: abbiamo progettato il concept, scelto i materiali, sviluppato sia il primo prototipo che il dimostratore finale: una parete verticale costituita da 12 E-Brick applicata a un edificio esistente”.
Quali sono stati test più interessanti?
“Grande attenzione è stata posta al test delle batterie, previste all’interno dell’intercapedine tra pannello fotovoltaico e parete dell’edificio, in quanto le temperature di funzionamento richieste sono particolarmente alte per le comuni batterie al litio. Altro elemento chiave è stato lo sviluppo di tutta l’elettronica di controllo e di conversione dell’energia, a cura delle aziende Power Evolution e Meridionali Impianti”.
E-Brick integra la tecnologia fotovoltaica e l’accumulo di energia. Come avviene la gestione dell’energia prodotta/accumulata e dell’intero sistema edilizio applicato a facciate verticali?
“E-Brick è un elemento edilizio di dimensioni contenute (70×70 cm) la cui struttura di supporto in alluminio si applica facilmente alle pareti verticali esistenti. I sub-componenti principali che costituiscono il prototipo sono un modulo fotovoltaico in silicio policristallino da 64W inserito in un sandwich a doppio vetro, una batteria al titanato di litio da 23 Ah integrata nell’intercapedine ed un pannello isolante in lana di roccia per l’isolamento dell’edificio. L’impiego del pannello isolante è opzionale grazie al raffrescamento determinato dalla facciata continua. Eventualmente possono essere previsti differenti spessori di pannelli isolanti e/o differenti materiali a seconda del clima in cui l’edificio si trova. Ciascun pannello è collegato elettricamente all’altro in configurazione parallela, garantendo la facile realizzazione d’impianti di taglia da 3kW e fino a 50kW”.
Attraverso E-Brick viene favorito l’autoconsumo?
“Come ormai è ben noto, al fine di utilizzare al meglio l’energia prodotta da fonte rinnovabile distribuita, è necessario che sia impiegata direttamente dall’utilizzatore, evitando di sovraccaricare la rete con potenza fluttuante. Tenuto conto che la produzione aleatoria delle rinnovabili non coincide con il carico elettrico, risulta necessario prevedere sistemi di accumulo in grado di bilanciare la differenza tra produzione e carico.
Solitamente questi sistemi, per la maggior parte dei casi costituiti da batterie elettrochimiche, richiedono locali dedicati. In questo caso le batterie sono integrate direttamente all’interno dei moduli. Il sistema di controllo misura l’energia del carico elettrico e, attraverso un’opportuna gestione delle batterie, minimizza gli scambi con la rete elettrica, favorendo l’autoconsumo”.
Qual è il risultato finale e quali i benefici attesi? E i tempi per passare dal prototipo alla produzione su larga scala?
“Il sistema finale è un plug and play sia dal punto di vista strutturale che impiantistico. La sua applicazione modulare facilita la realizzazione di pareti ventilate, migliorando le prestazioni termiche e il confort degli edifici. Il sistema di controllo e monitoraggio distribuito identifica univocamente il comportamento dei singoli componenti, individuando possibili malfunzionamenti e facilitando la manutenzione. Stiamo già lavorando, insieme all’impresa Meridionale Impianti, al miglioramento della parte architettonica e allo sviluppo di sistemi di conversione ancora più efficienti. Inoltre, lo sviluppo del prodotto finale richiederà particolari test per ottenere le certificazioni”.