Tegola fotovoltaica SOTTILE: come portare il BIPV su coperture anche di edifici vincolati

La tegola fotovoltaica BIPV consente l’integrazione del solare in coperture inclinate anche vincolate. SOTTILE, sviluppata dal Politecnico di Milano, risolve i limiti estetici e autorizzativi dei moduli tradizionali. Il sistema combina produzione energetica, compatibilità architettonica e facilità di posa, rendendo praticabile la riqualificazione energetica del patrimonio esistente in linea con la EPBD IV.

SOTTILE – la nuova tegola fotovoltaica sviluppata dal Politecnico di Milano

SOTTILE è un gioco di parole tra l'acronimo Solar Technological Tile (tegola solare tecnologica) e la leggerezza di un componente versatile, efficiente ed innovativo, pensato per l'integrazione architettonica dei sistemi BIPV (Building Integrated PhotoVoltaics). Il concept che ne sta alla base trae origine dai principi dell’Architettura Sostenibile e dell’Economia Circolare, consentendo di trasformare una copertura in tegole in un generatore di energia elettrica solare.

In questa sede si riassumono motivazioni e metodi che hanno condotto a questa “storia di successo” tutta italiana.

Innanzitutto bisogna premettere che, tra le tecnologie per lo sfruttamento dell’energia rinnovabile, il fotovoltaico svolge un ruolo fondamentale, ed anzi quasi insostituibile, ai fini del raggiungimento degli obiettivi di decarbonizzazione dell'UE. A questo proposito vale la pena ricordare quanto riportato nella EPBD IV (la cosiddetta direttiva case green) in cui si prescrive che “gli Stati membri provvedono affinché tutti i nuovi edifici siano progettati in modo da ottimizzare il loro potenziale di produzione di energia solare” e che “gli Stati membri assicurano l’installazione di impianti solari adeguati, laddove tecnicamente appropriato ed economicamente e funzionalmente fattibile” su tutti gli edifici secondo una progressione incrementale a partire dal 2026.

In effetti, i sistemi BIPV godono di un favore sempre crescente poiché consentono di autoprodurre energia elettrica dove questa viene consumata e ridurre le emissioni di CO₂ associate alla gestione degli edifici, svolgendo al contempo le funzioni tipiche dei componenti tradizionali d’involucro (coperture, facciate, pensiline).

Bisogna, tuttavia, tenere in considerazione che una delle principali sfide per la sostenibilità dell’ambiente costruito risiede nella ristrutturazione e riqualificazione degli edifici esistenti. La questione è critica in quanto il miglioramento complessivo dell'efficienza energetica del patrimonio edilizio è compensato dal suo basso tasso di rinnovamento (circa l'1% all'anno). Per di più bisogna notare che in Italia, gli edifici esistenti spesso sono gravati da vincoli di tutela che proprio con l’integrazione del fotovoltaico vanno a confliggere.

Il dibattito a riguardo è ricco e vivace, ma tra le tante fonti giurisprudenziali è illuminante la Sentenza T.A.R. Campania Salerno 03/01/2024, n. 73: «𝘓𝘢 𝘮𝘦𝘳𝘢 𝘷𝘪𝘴𝘪𝘣𝘪𝘭𝘪𝘵à 𝘥𝘪 𝘱𝘢𝘯𝘯𝘦𝘭𝘭𝘪 𝘧𝘰𝘵𝘰𝘷𝘰𝘭𝘵𝘢𝘪𝘤𝘪 𝘥𝘢 𝘱𝘶𝘯𝘵𝘪 𝘥𝘪 𝘰𝘴𝘴𝘦𝘳𝘷𝘢𝘻𝘪𝘰𝘯𝘦 𝘱𝘶𝘣𝘣𝘭𝘪𝘤𝘪 𝘯𝘰𝘯 𝘤𝘰𝘯𝘧𝘪𝘨𝘶𝘳𝘢 𝘦𝘹 𝘴𝘦 𝘶𝘯𝘢 𝘪𝘱𝘰𝘵𝘦𝘴𝘪 𝘥𝘪 𝘪𝘯𝘤𝘰𝘮𝘱𝘢𝘵𝘪𝘣𝘪𝘭𝘪𝘵à 𝘱𝘢𝘦𝘴𝘢𝘨𝘨𝘪𝘴𝘵𝘪𝘤𝘢, 𝘪𝘯 𝘲𝘶𝘢𝘯𝘵𝘰 𝘭𝘢 𝘱𝘳𝘦𝘴𝘦𝘯𝘻𝘢 𝘥𝘪 𝘪𝘮𝘱𝘪𝘢𝘯𝘵𝘪 𝘧𝘰𝘵𝘰𝘷𝘰𝘭𝘵𝘢𝘪𝘤𝘪 𝘴𝘶𝘭𝘭𝘢 𝘴𝘰𝘮𝘮𝘪𝘵à 𝘥𝘦𝘨𝘭𝘪 𝘦𝘥𝘪𝘧𝘪𝘤𝘪 – 𝘱𝘶𝘳 𝘪𝘯𝘯𝘰𝘷𝘢𝘯𝘥𝘰 𝘭𝘢 𝘵𝘪𝘱𝘰𝘭𝘰𝘨𝘪𝘢 𝘦 𝘮𝘰𝘳𝘧𝘰𝘭𝘰𝘨𝘪𝘢 𝘥𝘦𝘭𝘭𝘢 𝘤𝘰𝘱𝘦𝘳𝘵𝘶𝘳𝘢 – 𝘯𝘰𝘯 è 𝘱𝘪ù 𝘱𝘦𝘳𝘤𝘦𝘱𝘪𝘵𝘢 𝘤𝘰𝘮𝘦 𝘧𝘢𝘵𝘵𝘰𝘳𝘦 𝘥𝘪 𝘥𝘪𝘴𝘵𝘶𝘳𝘣𝘰 𝘷𝘪𝘴𝘪𝘷𝘰, 𝘣𝘦𝘯𝘴ì 𝘤𝘰𝘮𝘦 𝘶𝘯'𝘦𝘷𝘰𝘭𝘶𝘻𝘪𝘰𝘯𝘦 𝘥𝘦𝘭𝘭𝘰 𝘴𝘵𝘪𝘭𝘦 𝘤𝘰𝘴𝘵𝘳𝘶𝘵𝘵𝘪𝘷𝘰 𝘢𝘤𝘤𝘦𝘵𝘵𝘢𝘵𝘢 𝘥𝘢𝘭𝘭'𝘰𝘳𝘥𝘪𝘯𝘢𝘮𝘦𝘯𝘵𝘰 𝘦 𝘥𝘢𝘭𝘭𝘢 𝘴𝘦𝘯𝘴𝘪𝘣𝘪𝘭𝘪𝘵à 𝘤𝘰𝘭𝘭𝘦𝘵𝘵𝘪𝘷𝘢, 𝘱𝘶𝘳𝘤𝘩è 𝘯𝘰𝘯 𝘴𝘪𝘢 𝘮𝘰𝘥𝘪𝘧𝘪𝘤𝘢𝘵𝘰 𝘭'𝘢𝘴𝘴𝘦𝘵𝘵𝘰 𝘦𝘴𝘵𝘦𝘳𝘪𝘰𝘳𝘦 𝘤𝘰𝘮𝘱𝘭𝘦𝘴𝘴𝘪𝘷𝘰 𝘥𝘦𝘭𝘭'𝘢𝘳𝘦𝘢 𝘤𝘪𝘳𝘤𝘰𝘴𝘵𝘢𝘯𝘵𝘦, 𝘱𝘢𝘦𝘴𝘪𝘴𝘵𝘪𝘤𝘢𝘮𝘦𝘯𝘵𝘦 𝘷𝘪𝘯𝘤𝘰𝘭𝘢𝘵𝘢. 𝘐𝘭 𝘧𝘢𝘷𝘰𝘳 𝘭𝘦𝘨𝘪𝘴𝘭𝘢𝘵𝘪𝘷𝘰 𝘱𝘦𝘳 𝘭𝘦 𝘧𝘰𝘯𝘵𝘪 𝘦𝘯𝘦𝘳𝘨𝘦𝘵𝘪𝘤𝘩𝘦 𝘳𝘪𝘯𝘯𝘰𝘷𝘢𝘣𝘪𝘭𝘪 𝘳𝘪𝘤𝘩𝘪𝘦𝘥𝘦 𝘥𝘪 𝘤𝘰𝘯𝘤𝘦𝘯𝘵𝘳𝘢𝘳𝘦 𝘭'𝘪𝘮𝘱𝘦𝘥𝘪𝘮𝘦𝘯𝘵𝘰 𝘢𝘴𝘴𝘰𝘭𝘶𝘵𝘰 𝘢𝘭𝘭'𝘪𝘯𝘴𝘵𝘢𝘭𝘭𝘢𝘻𝘪𝘰𝘯𝘦 𝘥𝘪 𝘪𝘮𝘱𝘪𝘢𝘯𝘵𝘪 𝘧𝘰𝘵𝘰𝘷𝘰𝘭𝘵𝘢𝘪𝘤𝘪 𝘪𝘯 𝘻𝘰𝘯𝘦 𝘴𝘰𝘵𝘵𝘰𝘱𝘰𝘴𝘵𝘦 𝘢 𝘷𝘪𝘯𝘤𝘰𝘭𝘰 𝘱𝘢𝘦𝘴𝘢𝘨𝘨𝘪𝘴𝘵𝘪𝘤𝘰 𝘶𝘯𝘪𝘤𝘢𝘮𝘦𝘯𝘵𝘦 𝘯𝘦𝘭𝘭𝘦 “𝘢𝘳𝘦𝘦 𝘯𝘰𝘯 𝘪𝘥𝘰𝘯𝘦𝘦” 𝘦𝘴𝘱𝘳𝘦𝘴𝘴𝘢𝘮𝘦𝘯𝘵𝘦 𝘪𝘯𝘥𝘪𝘷𝘪𝘥𝘶𝘢𝘵𝘦 𝘥𝘢𝘭𝘭𝘢 𝘙𝘦𝘨𝘪𝘰𝘯𝘦, 𝘮𝘦𝘯𝘵𝘳𝘦, 𝘯𝘦𝘨𝘭𝘪 𝘢𝘭𝘵𝘳𝘪 𝘤𝘢𝘴𝘪, 𝘭𝘢 𝘤𝘰𝘮𝘱𝘢𝘵𝘪𝘣𝘪𝘭𝘪𝘵à 𝘥𝘦𝘭𝘭'𝘪𝘮𝘱𝘪𝘢𝘯𝘵𝘰 𝘧𝘰𝘵𝘰𝘷𝘰𝘭𝘵𝘢𝘪𝘤𝘰 𝘤𝘰𝘯 𝘪𝘭 𝘴𝘶𝘥𝘥𝘦𝘵𝘵𝘰 𝘷𝘪𝘯𝘤𝘰𝘭𝘰 𝘥𝘦𝘷𝘦 𝘦𝘴𝘴𝘦𝘳𝘦 𝘦𝘴𝘢𝘮𝘪𝘯𝘢𝘵𝘢 𝘵𝘦𝘯𝘦𝘯𝘥𝘰 𝘤𝘰𝘯𝘵𝘰 𝘥𝘦𝘭𝘭𝘢 𝘤𝘪𝘳𝘤𝘰𝘴𝘵𝘢𝘯𝘻𝘢 𝘤𝘩𝘦 𝘲𝘶𝘦𝘴𝘵𝘦 𝘵𝘦𝘤𝘯𝘰𝘭𝘰𝘨𝘪𝘦 𝘴𝘰𝘯𝘰 𝘰𝘳𝘮𝘢𝘪 𝘤𝘰𝘯𝘴𝘪𝘥𝘦𝘳𝘢𝘵𝘦 𝘦𝘭𝘦𝘮𝘦𝘯𝘵𝘪 𝘯𝘰𝘳𝘮𝘢𝘭𝘪 𝘥𝘦𝘭 𝘱𝘢𝘦𝘴𝘢𝘨𝘨𝘪𝘰.»

Un altro spunto molto pertinente si può ritrovare nella sentenza T.A.R. Abruzzo 20/04/2023, n. 214:” Il posizionamento parallelo alla falda di copertura, l'utilizzo di colorazioni dei materiali usati identico, o comunque compatibile, con quello della struttura della falda stessa, la caratteristica non riflettente degli stessi “mimetizzano” al massimo l'impianto, riducendo così al minimo il suo impatto sulla struttura ed armonizzandosi con la stessa proprio in un’ottica di rispetto dell'area circostante”.

In definitiva, se il fotovoltaico è una delle armi più efficaci contro il cambiamento climatico e può contribuire significativamente all’abbattimento dei consumi degli edifici (che in Europa pesano per quasi il 50% del totale) si rivela necessario disporre di tecnologie idonee, che non siano intrusive rispetto al linguaggio architettonico, ma anzi compatibili.

Proprio le motivazioni appena esposte hanno condotto alla messa a punto di SOTTILE nell’ambito del progetto HEART (Holistic Energy and Architectural Retrofit Toolkit) coordinato dal Politecnico di Milano e finanziato dal programma di Ricerca e Innovazione Horizon2020 dell'Unione Europea. Si tratta di una tegola fotovoltaica specificamente studiata per l’integrazione armonica e funzionale in coperture con manto in tegole.

SOTTILE è un sistema completo, pratico e versatile, composto da elementi modulari concepiti in maniera tale da essere adattabili alle diverse geometrie e dimensioni delle falde su cui vengono installati. La ricerca alla base del suo sviluppo ha analizzato i requisiti generali delle coperture inclinate (il tipo più comune in Europa), gli aspetti prestazionali della tecnologia fotovoltaica e le modalità d’interfaccia con il sistema tetto, sviluppando una tegola fotovoltaica universale che può essere facilmente e rapidamente integrata in qualsiasi tipo di copertura. Altri importanti obiettivi erano la riduzione al minimo delle emissioni incorporate nel componente e l’ottimizzazione delle fasi di disassemblaggio e riciclaggio alla fine del ciclo di vita, secondo una prospettiva di circolarità.

Come è noto, i sistemi fotovoltaici tradizionali spesso devono affrontare sfide legate alla percezione visiva, all'efficienza e all'integrazione nello specifico contesto architettonico. La progettazione di un nuovo componente BIPV quale quello in oggetto, quindi, richiede un approccio poliedrico, che tenga conto non solo delle prestazioni tecniche, ma anche dell'apparenza estetica, della competitività economica e della facilità di installazione, smontaggio e manutenzione. In questo modo è possibile superare le principali difficoltà (ad esempio costi, dimensioni e procedure in opera) che possono rallentare la diffusione capillare di questi prodotti.

Nel caso di SOTTILE, il processo di progettazione e sviluppo è stato organizzato secondo un metodo tecnico-scientifico iterativo che, attraverso l'analisi multicriterio e la rassegna dei requisiti funzionali e prestazionali, ha permesso il progressivo affinamento delle ipotesi di implementazione, fino a convergere sulla soluzione migliore in termini di efficienza, costi e sostenibilità complessiva.

Scendendo nel dettaglio, il componente è stato progettato con dimensioni modulari rispetto alle tegole standard tradizionali e suddiviso in due elementi principali: il laminato fotovoltaico e il telaio di supporto. Quest'ultimo rappresenta l'interfaccia con il tetto dell'edificio e, pertanto, deve adattarsi perfettamente alle tegole tradizionali in prossimità o in compresenza delle quali è inserito.

Al fine di soddisfare i requisiti previsti in termini di flessibilità e leggerezza, ma anche per ridurre al minimo le emissioni incorporate, il telaio di supporto è stato pensato per essere realizzato con una specifica miscela di plastica composta fino all'80% da materiale riciclato, resistente ai raggi UV e autoestinguente (classificato come V2-UL 94). Allo scopo di compensare gli effetti delle dilatazioni differenziali dovute agli sbalzi di temperatura cui un modulo fotovoltaico è inevitabilmente soggetto, il telaio di supporto è stato suddiviso in 4 elementi identici, assemblati con agganci meccanici in grado di assorbire i fenomeni di micro-scorrimento reciproco.

Una volta sviluppato il concept di questo elemento essenziale, si sono realizzati presso i laboratori ABCLab del Politecnico diversi prototipi con la tecnica della stampa a 3D, in modo da verificare e perfezionare geometrie, spessori e connessioni. I profili, le nervature, la stabilità strutturale, i giunti e i collegamenti del telaio sono quindi stati appositamente progettati e testati per ottenere un prodotto versatile, adatto praticamente a qualsiasi contesto applicativo. Una volta individuata la soluzione ottimale si è poi proceduto alla realizzazione dello stampo industriale.

Una parte consistente del lavoro, ovviamente, è stata poi dedicata alla messa a punto del modulo fotovoltaico, un laminato vetro-celle-tedlar opportunamente studiato e dimensionato per l’integrazione nel sistema e la massimizzazione delle prestazioni, garantita anche dalle alettature del supporto plastico, che consentono la retroventilazione dei componenti. Nella fase di installazione ed assemblaggio finale, il laminato fotovoltaico viene ancorato al supporto con delle speciali clip ad incastro che, pur garantendone il fissaggio, non impediscono i movimenti di assestamento termico.

Per adeguarsi ai vincoli di tutela ed alle esigenze di mercato, il vetro del laminato può essere realizzato in differenti colori, compresi quelli tipici dei manti in tegole tradizionali. Proprio in questa caratteristica risiede uno degli aspetti maggiormente innovativi del progetto.

L’integrazione del fotovoltaico, infatti, comporta generalmente un impatto sull'immagine dell'edificio e sul modo in cui esso si relaziona con il suo contesto. In molti casi, ad esempio, può portare ad un'alterazione dell'identità architettonica, che può essere anche considerata inaccettabile. In generale, le questioni più critiche riguardano le caratteristiche cromatiche. Infatti, il colore svolge un ruolo molteplice nei sistemi BIPV, che comprende sia aspetti estetici (percezione) che tecnici (riflessione di lunghezze d’onda potenzialmente utili per la conversione elettrica).

 La possibilità di personalizzare i colori dei moduli consente di integrare i pannelli solari in diversi stili architettonici, contesti e paesaggi, migliorandone la qualità percettiva. A questo proposito si noti che l’applicazione della soluzione SOTTILE è già stata valutata positivamente in diversi contesti vincolati secondo il Codice dei Beni Culturali e del Paesaggio (D.Lgs. 42/2004).

Nel dettaglio, si tratta di edifici o complessi architettonici di valore storico, artistico o culturale, sui quali la Soprintendenza competente aveva giudicato inammissibile l’installazione di un impianto fotovoltaico convenzionale, realizzato quindi con moduli fotovoltaici standard sovrapposti alla copertura. In tutti i casi SOTTILE è invece stato giudicato perfettamente compatibile con i caratteri distintivi dell’edificio e del contesto di inserimento e ad oggi sono già stati installati con successo centinaia di kW in contesti vincolati.

Per il suo carattere innovativo e le caratteristiche tecnico-funzionali di eccellenza, SOTTILE ha ricevuto diversi riconoscimenti di prestigio. Nel 2023 è stata selezionata tra le migliori start-up del Politecnico di Milano per la partecipazione al programma Switch2Product, iniziativa di innovazione promossa da PoliHub e dal Technology Transfer Office del Politecnico, finalizzata alla valorizzazione dei risultati della ricerca e al supporto alla creazione di nuove imprese deep-tech. Nel 2024 la società è stata accreditata come spin-off del Politecnico di Milano e successivamente è stata selezionata tra le migliori Start-Up partecipanti alla Fiera Key Energy di Rimini ed ha vinto il Premio Lorenzo Cagnoni Innovation Award nella categoria Solar.

A conferma del crescente interesse che sta riscuotendo, quest’anno SOTTILE sarà presente al MADE Expo, padiglione 4, stand Q12.

Per maggiori informazioni

FAQ TECNICHE: Tegola fotovoltaica BIPV per coperture vincolate

• Che cos’è una tegola fotovoltaica BIPV?
  È un componente edilizio integrato che sostituisce la tegola tradizionale svolgendo sia funzione di copertura sia di generazione elettrica. Fa parte dei sistemi BIPV, dove il modulo FV è elemento costruttivo attivo dell’involucro.
• In quali contesti si utilizza?
  È particolarmente adatta per coperture inclinate in edifici residenziali e storici, soprattutto in presenza di vincoli paesaggistici o architettonici dove i moduli standard risultano invasivi.
• Quali vantaggi offre rispetto al fotovoltaico tradizionale?
  Riduce l’impatto visivo, migliora l’integrazione architettonica, elimina strutture sovrapposte e consente una migliore accettazione nei contesti vincolati.
• Come avviene la posa in opera?
  La posa è analoga a quella di una copertura in tegole, con integrazione del telaio e connessioni elettriche. Il sistema modulare consente adattabilità a diverse geometrie di falda.
• Qual è la durabilità del sistema?
  Dipende dai materiali del laminato e del supporto. L’uso di plastiche riciclate resistenti ai raggi UV e sistemi di ventilazione posteriore migliora la vita utile del componente.