SLICE - Solar Lightweight Intelligent Component for EnvelopesINTEGRAZIONE DI CELLE FOTOVOLTAICHE SU SUBSTRATO FLESSIBILE IN FOGLI DI MATERIALE COMPOSITO, PER LA REALIZZAZIONE DI INVOLUCRI ARCHITETTONICI SMART

The research concerns the development of a lightweight and stand-alone component for dynamic envelopes, characterized by a flexible composite material integrated with high-efficiency photovoltaic cells, called SLICE, which is the acronym for Solar Lightweight Intelligent Component for Envelopes. The research work was developed by a multidisciplinary research group lead by the University of Catania (UNICT), with the partnership of the “Ion Mincu” University of Architecture and Urban Planning (UAUIM) and the Meridionale Impianti Group (MI), a leading local company operating in markets with a high technological content. The definition of the production method of the composite material and the experiments on the integration of a high efficiency photovoltaic system, were carried out. The composite material was made of a thermoplastic matrix and a reinforcement in natural or glass fiber fabric. Its mechanical characterization and the improvement of a secondary production process to generate the tessellation geometry were carried out. The multidisciplinary design process led to the realization of a first prototype of this energy self-sufficient kinetic component called SLICE for testing the movement system and defining the control system. Its management system is based on the Arduino platform. In order to check the effectiveness of the control code developed for the component, the realization of the second prototype, the laboratory simulations, as well as the tests of the preliminary experiments under real environmental conditions were carried out. The rapid prototyping process involved the analysis of the efficiency of the changing system to evaluate the use of the system as an element of BIPV, allowing to exploit the surplus of energy produced to power the technological components of the environment served by the component itself. A workflow in a parametric environment has been defined for the implementation of the component on existing buildings, investigating different geometric configuration on virtual models.

La ricerca riguarda lo sviluppo di un componente leggero e stand-alone per involucri adattivi, caratterizzato da un materiale composito flessibile con celle fotovoltaiche ad alta efficienza integrate, denominato SLICE, acronimo di Solar Lightweight Intelligent Component for Envelopes. Il lavoro è frutto di un gruppo di ricerca multidisciplinare guidato dall'Università di Catania (UNICT), con la partnership dell'Università di Architettura e Urbanistica “Ion Mincu” (UAUIM) e della Meridionale Impianti SpA (MI), azienda leader locale operante in settori ad alto contenuto tecnologico. È stato definito il processo di produzione del materiale base e sono state condotte le sperimentazioni sull'integrazione di un sistema fotovoltaico ad alta efficienza. Il materiale composito è costituito da una matrice termoplastica e da un rinforzo in tessuto naturale o in fibra di vetro. Sono state portate avanti la sua caratterizzazione meccanica e perfezionato il processo di post-produzione per generare la geometria di piega. L’attività di ricerca multidisciplinare ha consentito di realizzazione di un primo prototipo del componente per testare il cinematismo e definire il sistema di controllo. L’apparato di gestione intelligente è basato sulla piattaforma Arduino. Al fine di validare l'efficacia del codice di controllo sviluppato, è stato realizzato un secondo prototipo, per l’avvio di una campagna di simulazioni in laboratorio, nonché test in condizioni ambientali reali. Il processo di prototipazione rapida ha permesso di analizzare l’efficacia del sistema di movimentazione e per valutare l’impiego del componente come elemento di BIPV, consentendo di sfruttare il surplus di energia prodotta per alimentare i servizi tecnologici dell'ambiente protetto dal componente stesso. È stato definito un workflow in ambiente parametrico per l’integrazione del sistema adattivo su edifici esistenti, indagando diverse configurazioni geometriche su modelli virtuali.