La collaborazione con il Centro di Eccellenza N.I.S. dell’Università di Torino ha consentito di affrontare nella fase di progettazione tutta una serie di aspetti relativi ai materiali e al “pay-back” energetico del sistema.

Come supporto al lavoro di ideazione e progettazione del layout della struttura è stato fondamentale un lavoro di screening sui materiali attualmente in uso e sui possibili materiali innovativi.
In particolare è stato importante cercare il giusto punto di incontro tra le caratteristiche tecniche del materiale, il processo che dovrà subire, le richieste di design e il costo relativo al prodotto finito.
Per poter confrontare aspetti così diversi in modo da poter offrire una gamma di materiali consoni a quanto richiesto in fase di ideazione è stato utilizzato CES Selector materials selection software.

Partendo dalle richieste ingegneristiche si è proceduto con la selezione dei materiali: polimeri, metalli, ceramici, vetrosi e ibridi, considerando che ciascun materiale è caratterizzato da proprietà meccaniche, termiche, elettriche, ottiche, chimiche.

Una particolare attenzione è stata dedicata all’analisi dell’energia intrinseca dei materiali utilizzati. Questa è definita come l’energia necessaria alla produzione di 1 kg di materiale a partire dalle materie prime naturali (considerate come zero energetico).

Un esempio del ruolo giocato dalla valutazione dell’energia intrinseca è dato dall’analisi dell’opzione progettuale basata su movimentazione a fune e contrappeso. Una funzione semplice quale quella svolta dal contrappeso si presta a numerose scelte di materiali. Nella pratica comune, i principali parametri del materiale da considerare sono la densità gravimetrica ed il costo.

La ricerca in corso ha permesso di inserire la valutazione energetica nella progettazione complessiva del sistema fotovoltaico attraverso un primo confronto tra energia prodotta ed energia intrinseca dei materiali, che costituisce il contributo principale alla determinazione del “pay-back” time energetico del sistema.

L’analisi statica e dinamica dei carichi ha mostrato che il dimensionamento della zavorra è legato non tanto ai carichi nel normale utilizzo della struttura, quanto piuttosto agli elevati carichi che quella soluzione progettuale comporta in caso di vento. E’ stato stimata la necessità di alloggiare una zavorra del peso variabile da 200 a 500 kg a seconda delle dimensioni dei pannelli ospitati.

Se si assume un peso di 250kg, e si considera la configurazione di pannelli intermedia (2.5 kWp) è possibile valutare il tempo di funzionamento alla potenza di picco necessario per il solo ammortamento energetico della zavorra.

Questa semplice analisi mostra come anche un componente semplice del sistema possa influenzare grandemente il bilancio energetico globale. In particolare, i costi energetici delle soluzioni basate su materiali metallici sono chiaramente inaccettabili in una prospettiva di sostenibilità energetica complessiva del sistema.