“Troverai più nei boschi che nei libri. Gli alberi e le rocce ti insegneranno cose che nessun maestro ti dirà”, disse San Bernardo di Chiaravalle nel XII secolo. Novecento anni dopo, gli ingegneri hanno fatto tesoro delle parole del monaco cistercense, trovando nelle piante la soluzione per evolvere i pannelli fotovoltaici verso una nuova dimensione. Stiamo parlando degli alberi fotovoltaici: avventuratevi con noi nella foresta del futuro.
I pannelli non crescono sugli alberi! O forse sì…
Gli alberi fotovoltaici sono delle strutture a forma di albero che ospitano sulle loro sommità dei moduli fotovoltaici. L’idea nasce per risolvere uno dei problemi che maggiormente affligge questo tipo di impianti: il consumo di suolo. I pannelli sono delle strutture modulari, ovvero la loro potenza complessiva dipende dalla superficie installata e dunque dal numero di pannelli in campo. Utilizzare i tetti è doveroso ma non sufficiente: è necessario impiegare grandi estensioni di terreno per avere una produzione rilevante nel mix energetico. Una prima soluzione può essere l’agrofotovoltaico (di cui vi abbiamo parlato nell’articolo “Agrofotovoltaico: un fertile connubio”), ma può essere applicata solo in contesti campestri. In ambito urbano, dove ogni metro quadro è preziosissimo, è necessario crescere in altezza.
Ecco dunque che, a pari potenza prodotta, un albero fotovoltaico occupa l’1% del suolo di un impianto fotovoltaico tradizionale. Allargando ancora di più gli orizzonti, la sfera sociale è quella che maggiormente trae beneficio da questa tecnologia. Portare i siti di produzione di potenza nel cuore delle città aumenta la sensibilità dei cittadini sul tema energetico. Inoltre, combatte lo stereotipo, purtroppo ancora molto diffuso, che gli impianti rinnovabili deturpino il paesaggio. Se l’argomento è di vostro interesse vi consigliamo di approfondirlo con la lettura del nostro articolo “Energia e bellezza possono coesistere? Tre esempi di simbiosi vincente”.
Gli alberi fotovoltaici sono delle vere e proprie opere di design, che apportano valore aggiunto ai centri abitati non solo dal punto di vista estetico ma anche funzionale. Infatti, se integrati in parchi e luoghi di pubblica utilità, possono diventare dei veri e propri luoghi di aggregazione sociale, specialmente se corredati di panchine per sfruttare l’ombra generata dalle fronde e di punti di ricarica per dispositivi elettronici. L’urbanistica delle nostre città si sta evolvendo ad un ritmo mai visto prima: riusciremo ad evolverci con essa?
Figura 1: due esempi di alberi fotovoltaici integrati in contesti urbani, rispettivamente a Budapest a sinistra e a Dubai a destra (fonte: articolo di Mensour Almadhhachi)
Design della struttura
Il componente chiave di un albero fotovoltaico è la sua intelaiatura. Realizzata solitamente in acciaio (anche se nuovi modelli stanno sperimentando l’uso di plastica rinforzata con fibre), svolge moltissime funzioni. Deve essere abbastanza robusta da sostenere la struttura anche in caso di forte maltempo, ma allo stesso tempo deve anche avere una disposizione in grado di incrementare l’esposizione solare riducendo il più possibile l’ombreggiatura tra i pannelli, il tutto senza mettere in disparte il lato estetico. Ecco che gran parte della ricerca si concentra dunque sull’ottimizzare il design della struttura, dove minimizzare il peso e massimizzare la produzione di energia sono i due obiettivi da raggiungere. Ad oggi non esiste un’unica disposizione vincente, ma molte proposte si contendono il titolo: facciamone una carrellata insieme.
L’idea più semplice che possa venirci in mente è quella di mettere i moduli tutti sullo stesso piano, ma sopraelevati ed inclinati per efficientare la produzione. I pannelli si dispongono a raggiera, a simulare le fronde che partono dal tronco centrale. Se si vuole si tinge il supporto di verde e il gioco è fatto: semplice, veloce ed economico, ma si può fare di meglio. Lo step successivo consiste nel dividere i moduli in gruppi circolari e di disporli ad altezze diverse, ognuno con il suo tronco dedicato. L’esposizione aumenta, ma insorge il rischio che i vari gruppi di pannelli si ombreggino tra di loro.
Figura 2: due delle strutture più semplici per realizzare un albero fotovoltaico, un buon punto di partenza ma necessitano di essere ancora migliorate (fonte: articolo di Mensour Almadhhachi)
Per compiere il passaggio successivo è necessario iniziare a pensare in tre dimensioni: ogni pannello deve avere la propria inclinazione e posizione nello spazio indipendente da quella dei suoi vicini. Ma come trovare la disposizione vincente diventa il grande dilemma da risolvere. I pannelli possono essere messi in modo emisferico a formare una cupola, in modo da coprire tutto il percorso del sole dall’alba al tramonto. Questa forma deriva dall’osservazione diretta delle fronde arboree, che si dispongono in modo da massimizzare l’esposizione solare. Ma la natura ci insegna molto altro!
Guardando con attenzione la disposizione dei rami sul tronco, si vede che crescono seguendo la celebre sequenza di Fibonacci, la successione infinita di numeri alla base di molti elementi naturali: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, e così via. Disponendo i pannelli con questo ordinamento si è riscontrato un aumento delle prestazioni. Volete sapere il fatto più curioso? Il primo a notarlo e a proporre questo design è stato un ragazzo di 15 anni: un piccolo ricercatore prodigio.
Figura 3: a sinistra comparazione dell’esposizione solare tra una chioma naturale e una artificiale, a destra un albero fotovoltaico con rami disposti secondo la sequenza di Fibonacci (fonti: articolo di Mensour Almadhhachi e BASF)
Due esempi virtuosi: Bristol e Singapore
Per capire il grande impatto sociale che questa nuova tecnologia è in grado di fornire basta recarsi a Bristol, Inghilterra. In piazza Millennium Square ha messo radici un maestoso albero fotovoltaico, parte del progetto comunitario Bristol Drug project: la sua realizzazione ha coinvolto molti ex alcolizzati e tossicodipendenti, aiutandoli nel loro percorso di guarigione. Una volta operativo, l’albero continua ad offrire servizi per la comunità: ai suoi piedi è presente un pannello interattivo che permette a tutti di imparare qualcosa sull’energia solare e l’associazione organizza anche dei workshop con cui le persone possono mettere le mani in pasta, creando il loro personale pannello fotovoltaico. Quando sostenibilità e welfare sociale si incontrano non può che nascere qualcosa di meraviglioso.
Figura 4: immagini della realizzazione del Bristol Solar Tree (fonte: Bristol Green Capital)
Quando si vuole unire fotovoltaico e creatività non si può non citare Singapore, la città-stato che vive nel futuro. Questo luogo è riuscito a combinare l’architettura d’avanguardia con l’integrazione urbana del fotovoltaico. Uno degli esempi più scenografici è il Gardens by the Bay. Si tratta di un immenso giardino da record, che ospita 18 super strutture a forma di albero che accolgono piante verticali, collezionano l’acqua piovana, fungono da torri di scarico dell’aria e alloggiano 498 pannelli fotovoltaici sulla loro sommità. Sono in grado di produrre più di 67 MWh di elettricità all’anno, che viene utilizzata per dare vita a sensazionali spettacoli luminosi che animano il parco al calare del sole. Se passate da quelle parti non potete perderli: sono il cuore pulsante della città e ammirarli vi farà rimanere senza fiato. Il futuro non è mai stato così a portata di mano.
Figura 5: in alto vista della cima dei Supertree del Gardens By the Bay di Singapore con i pannelli fotovoltaici in evidenza, in basso alcuni scatti dello spettacolo luminoso notturno (fonte: The Straits Times)
Gli alberi fotovoltaici sono un’ottima idea per elevare le fonti rinnovabili a veri e propri elementi di arredo urbano, portando le nostre città ad un nuovo traguardo sia dal punto di vista artistico che di sostenibilità. Che siano la chiave per affondare le radici nella transizione ecologica? L’importante è non perdere più tempo, perché come disse Confucio: “Il momento migliore per piantare un albero è vent’anni fa. Il secondo momento migliore è adesso.”
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