Una nuova ricerca ha studiato la fattibilità di un sistema agrivoltaico su un immobile residenziale da integrare con un elettrolizzatore PEM per la generazione di idrogeno e il suo utilizzo nelle finestre intelligenti
Agrivoltaico sul tetto, è davvero fattibile?
E se riuscissimo a conciliare l’esigenza di rendere gli edifici energeticamente autonomi con il rinnovato trend degli orti domestici? Un tentativo degno di nota lo hanno compiuto gli ingegneri Shanza Neda Hussain e Aritra Ghosh dell’Università di Exeter, nel Regno Unito, testando (virtualmente) un originale impianto agrivoltaico sul tetto.
Il sistema è al centro di una nuova ricerca finalizzata alla progettazione di un edificio sostenibile, in cui l’energia solare si integri con la produzione di idrogeno verde e innovative finestre ad alta efficienza.
Lo studio di fattibilità
Lo studio è partito con un obiettivo ben preciso: trovare un modo per affrontare la crescente competizione tra agricoltura, sicurezza energetica e sviluppo edilizio, tenendo conto, al contempo, degli impatti economici e della sostenibilità.
La soluzione finale è ricaduta su un mix di tecnologie e approcci interconnessi fra loro: dai pannelli solari bifacciali agli elettrolizzatori con membrane a scambio protonico (PEM), per arrivare ai vetri cromogenici. Un vero e proprio ecosistema hi-tech che ha preso vita “digitalmente” su un immobile residenziale a Birmingham.
Diverse configurazioni per l’agrivoltaico sul tetto
Utilizzando software di simulazione, il team ha modellato un sistema agrivoltaico sul tetto dell’edificio in questione. Nel dettaglio, per l’impianto solare, la ricerca ha testato due diverse configurazioni di moduli — monofacciali e bifacciali — e tre orientamenti:
- verticale a 90°;
- con inclinazione ottimale a 30°;
- a cupola.
L’altezza dei pannelli è stata mantenuta a 3 metri per le configurazioni a cupola e inclinata, e a 1 metro per quella verticale, in maniera da assicurare una quantità sufficiente di luce alle sottostanti colture di pomodori. Il risultato? Nonostante i diversi livelli di ombreggiamento, in tutti i casi la resa agricola dovrebbe mantenersi costante con una produzione di circa 0,31 kg di pomodori per m2.
A cambiare, invece, sarebbe la resa energetica. Nelle simulazioni il sistema con pannelli bifacciali installati con un’inclinazione di 30° ha ottenuto la produzione massima, pari a 7.919 kWh annui. Il costo livellato dell’elettricità (LCOE) è invece risultato più basso nel sistema con moduli monofacciali a 30° (0,061 sterline/kWh).
Le finestre gasocromiche
La simulazione dell’agrivoltaico sul tetto ha costituito solo una parte della ricerca. Lo studio ha focalizzato la propria attenzione anche sulle vetrate gasocromiche sottovuoto (VGC — Vacuum Gasochromic Glazing), una tecnologia di finestre intelligenti che sfrutta l’uso di un gas per alterare la trasparenza della vetrata stessa.
In questo caso, quando l’idrogeno viene introdotto nell’intercapedine della vetrata, uno strato sottile di triossido di tungsteno si colora, riducendo la trasmissione della luce e del calore; per tornare alla normale trasparenza, basta introdurre una piccola quantità di aria. La modellazione ha mostrato come non solo la VGC riesca a garantire il valore U più basso (1,32 W/m²K), ma sia anche in grado di migliorare le prestazioni energetiche dell’edificio di oltre 8.186 kWh rispetto alle vetrate elettrocromiche.
La produzione di idrogeno
L’idrogeno necessario al funzionamento potrebbe essere prodotto direttamente dall’agrivoltaico sul tetto impiegando un elettrolizzatore PEM. Il sistema richiederebbe circa 52,56 g di idrogeno all’anno per gestire il cambio di trasparenza delle 16 finestre dell’edificio, e l’H2 residuo potrebbe rifornire un veicolo a celle di combustibile.
Nota bene: gli autori hanno specificato nelle conclusioni di aver incontrato delle limitazioni dovute all’impossibilità di monitorare le condizioni microclimatiche reali sul campo. Un fattore essenziale che rappresenta una sfida per l’effettiva implementazione del sistema nel mondo reale.
Per saperne di più leggi la ricerca “Rooftop agrivoltaic powered onsite hydrogen production for insulated gasochromic smart glazing and hydrogen vehicles: A holistic approach to sustainable residential building”, pubblicata su Energy and Buildings.
