Sarà capitato a tutti, prima o poi, di pensare o di sentire una frase più o meno del senso: ah, se si riuscisse a ridurre l'afa estiva conservandone il calore per l'inverno... La reazione è invariabilmente un sorriso ed una scrollata di spalle: eppure mai come adesso l'Umanità è stata vicina a rendere economicamente conveniente e tecnologicamente possibile, anche se non proprio in quei termini, lo sfruttamento sistematico dell'energia del Sole. In Italia dipendiamo per l'82% del nostro fabbisogno energetico dal petrolio: utilizzare le fonti rinnovabili è risparmio di risorse economiche ed ambientali. Una regione montuosa e soleggiata, come la Basilicata, è particolarmente indicata ad ospitare impianti solari domestici per la produzione di elettricità: è provato infatti che le celle fotovoltaiche (in particolare di silicio mono o policristallino) diventano più efficienti quando la temperatura esterna non è alta (come avviene in montagna, anche in piena estate); inoltre, l'orografia accidentata rende costose le infrastrutture.

Nei centri urbani, la cura dell'interfaccia fra i piccoli impianti fotovoltaici e la rete di distribuzione dell'energia elettrica è la frontiera strategicamente più importante, non solo per Paesi fortemente dipendenti dalle importazioni di combustibili fossili (come l'Italia), ma per l'intera economia mondiale, che si trova a dover limitare le emissioni di gas serra ed a dover trovare un utilizzo più razionale per gli idrocarburi, che per alcune lavorazioni sono tuttora insostituibili (ad esempio, alcune materie plastiche e solventi industriali).

Stante la situazione legislativa attuale, che vede l’ENEL costretta a comperare il kWh fotovoltaico ad un prezzo superiore al costo di produzione e quindi non conveniente, il privato difficilmente riesce a vendere il surplus energetico al gestore della rete elettrica.

Si impone quindi la presenza, all’interno o nei pressi dell’edificio (specialmente se isolato), di opportuni sistemi di conservazione dell’energia prodotta in estate, perché sia sfruttata in inverno, quando l’insolazione cala ed il consumo cresce. Questi, a parte gli accumulatori chimici, ancora costosi ed ingombranti, possono essere (per la conservazione a lungo termine) celle a combustibile, che ricavano elettricità e calore dalla combustione elettrochimica di idrogeno o suoi composti, o (per il breve termine) motori che possano aumentare l’inerzia rotazionale di massicci volani a basso attrito.

L'obiettivo di questa tesi è illustrare lo stato dell'arte del risparmio energetico, della bioarchitettura (per la progettazione di edifici energeticamente efficienti ed ecocompatibili) e della conversione dell'energia solare, e quantificare il differenziale economico fra l'approvvigionamento energetico tradizionale e solare, che c'è ma è in continua riduzione, soprattutto sulla grande scala.

Per utenze isolate e mono-bifamiliari il solare è già competitivo per la copertura di tutte le esigenze energetiche della residenza: è questo il caso del progetto proposto in questa tesi. Dovendo utilizzare una sola configurazione impiantistica fra le tante possibili, si è scelto di destinare una parte della copertura meridionale a collettori solari per l'acqua calda sanitaria, e la restante parte a vetrature di materiali isolanti trasparenti e ad elementi di copertura resi fotovoltaici tramite celle sottili a tre strati di silicio amorfo (meno efficienti di quelle al silicio cristallino ma più economiche, lavorabili e versatili). L'inerzia termica della struttura a muratura portante ed il guadagno passivo, ottenuto lasciando entrare nell'edificio i raggi solari, vanno ad abbattere l'energia necessaria al riscaldamento, che è affidato all'acqua calda prodotta dai pannelli e distribuita in serpentine di rame annegate nei pavimenti.

La connessione con la rete di distribuzione dell'energia elettrica è problematica e sconveniente fuori dai centri urbani: si è scelto quindi di stoccare l'energia prodotta in eccesso durante l'estate sotto forma di idrogeno da elettrolisi dell'acqua, che verrà ritrasformato in calore ed energia elettrica durante l'inverno dalle celle a combustibile, o bruciato in un gruppo elettrogeno al posto del gasolio (con rendimenti più bassi).