Innovative Photovoltaic Translucent Components for the Building Envelope

2014

International directives that regulates buildings energy efficiency and environmental sustainability establish strict parameters for the construction of a new generation of “Zero Energy Buildings” indicating transmittance limits for building envelope components and encouraging the use of renewable sources. In this sense, the PV sector aims at the definition of novel efficient solutions for the integration in the building envelope, standing out for their multifunctional features. After an overview on the main PV technologies and building integrated applications, focusing on semi-transparent envelope solutions, the paper shows the results of a research that is being carried out at the Departm…

DSSC-integrated Glassblocks for the construction of Sustainable Building Envelopes

2014

The paper shows the first results of the optical performance analysis carried out on the DSSC integrated glassblock, an innovative building product developed at the Department of Architecture of the University of Palermo. In the field of a research that is being conducted in order to define innovative solutions for the construction of photovoltaic and energy efficient translucent building envelopes, different hypotheses of integration of DSSC into the glassblock have been foreseen. The integration of glassblock with third generation PV systems allows to define a novel building-PV product that meets the current requirements of the BIPV (Building Integrated Photovoltaics) market. By means of …

Analyses of innovative glass blocks for BIPV: assessment of thermal and optical performance

2015

This paper illustrates the results of the performance analyses conducted on an innovative glass block integrated with thirdgeneration dye-sensitised solar cells (DSCs), designed to enable the construction of translucent and sustainable building envelopes. The analyses include the simulation of both thermal and optical performance with regard to different configurations of the photovoltaic (PV)-integrated glass block, and the results obtained are presented using two different programs: Comsol Multiphysics and WINDOW. The configurations may differ – for example, because of the position of the module inside the glass block, the type of DSC module used (composition, transparency, design) and th…

Performance of the Glass Block in Photovoltaic Generation

2015

In this article is presented the preliminary evaluation of the performance of radiation transmission of glass block, used in support of photovoltaic cells, investigating different internal surface points of the block, which are subject to different shading during daylight hours. The aim is to establish how the edging setting, the only opaque element, can reduce the amount of light radiation during the day, introducing in this way a reduction of efficiency of the entire generation system. The generation system can be based on traditional photovoltaic cells or on the most suitable dye sensitized solar cells. An experimental measurement setup employing a microprocessor-based instrument has bee…

Energy Optimization of BIPV Glass Blocks: a Multi-software Study

2017

Abstract The aim of this paper is to show the results of the performance analyses carried out on four patented glass block configurations integrated with third-generation Dye-sensitized Solar Cell (DSC) modules. The analyses take into account the thermal, optical and electrical performance by using three different software (COMSOL Multiphysics, WINDOW, Zemax), also enabling to take into consideration the peculiar three-dimensional geometry of this innovative glazed product. Starting from these results, new configurations improved as for the thermal insulation, are also introduced and studied, in order to make further considerations about the applicability of this building component for the …

Active Translucent Envelopes in Warm and Hot Areas – An innovative multifunctional, dry-assembled components for BIPV

2014

International directives that regulates buildings energy efficiency and environmental sustainability establish strict parameters for the construction of a new generation of “Zero Energy Buildings” indicating transmittance limits for building envelope components and encouraging the use of renewable sources. In this sense, the PV sector aims at the definition of novel efficient solutions for the integration in the building envelope, standing out for their multifunctional features. After an overview on the main PV technologies and building integrated applications, focusing on semi-transparent envelope solutions, the paper shows the results of a research carried out at the Department of Archite…

Performance Analyses of Innovative Glassblocks for BIPV

2014

The paper illustrates the results of the performance analyses conducted on an innovative glassblock integrated with 3rd generation dye-sensitized solar cells, designed for enabling the construction of translucent and sustainable building envelopes. The analyses encompass the simulation of both thermal and optical performance referring to different configurations of the PV-integrated glassblock, showing the results obtained by using two different software tools: Comsol Multiphysics and WINDOW. The configurations may differ, for example, because of the position of the module inside the glassblock, the type of dye-sensitized solar module used (composition, transparency, design), and glassblock…

Integrazione di celle solari di terza generazione nel vetromattone per la realizzazione di involucri edilizi traslucidi fotovoltaici

2013

L’integrazione di celle solari di terza generazione - Dye-sensitised Solar Cells (DSSC) - nel vetromattone consente di ottenere un prodotto edilizio in grado di generare energia pulita, personalizzabile in termini di colore, livelli di trasparenza e fi niture, adatto alla realizzazione di componenti edilizi fotovoltaici, traslucidi e multifunzionali, facilmente integrabili nelle chiusure degli edifi ci per la costruzione di involucri edilizi energeticamente effi cienti ed attivi anche in contesti climatici avversi, quali possono essere quelli del Mediterraneo e delle aree subtropicali. L’articolo illustra 4 differenti ipotesi di integrazione delle DSSC nel vetromattone fornendo, per ciascun…

“Hypotheses of Integration of DSC into the Glassblock for teh Construction of Translucent Building Envelope”

2012

New configurations of the glassblock have been designed at the Department of Architecture of the University of Palermo in order to reduce its U value responding to the latest national and international regulation limits for the thermal insulation of the buildings with glass façades. One of these new configurations consists in the insertion of a special plastic "belt" between the two glass shells composing the glassblock, which have to be glued to it (cold assembly); the plastic belt effectively interrupts the thermal bridge between the two glass shells. Thanks to the particular design of its shape, the "thermal belt" can be also used for the insertion of one or more additional sheets of dif…

ARCHITETTURA E FOTOVOLTAICO: STRATEGIE E CRITERI D’INTEGRAZIONE. ARCHITECTURE AND PHOTOVOLTAICS: STRATEGIES AND INTEGRATION CRITERIA

2016

Nonostante i numerosi esempi positivi offerti dal panorama architettonico degli ultimi due decenni, alcuni studi hanno dimostrato come esistano ancora delle barriere che limitano l’impiego del fotovoltaico (FV) negli edifici e come spesso queste riguardino aspetti legati all’accettazione delle soluzioni utilizzate, specialmente sul piano della qualità architettonica. Il presente lavoro descrive e analizza alcuni dei numerosi esempi di nuova costruzione o retrofit, nei quali il FV diventa parte integrante del processo progettuale, non solo per gli aspetti concernenti la produzione di energia ma anche per quelli propriamente legati alla funzionalità dell’involucro edilizio, all’efficienza ene…

Integration of Dye-Sensitized Solar Cells with Glassblock

2012

The paper will show the first results of a research (included in a larger work about the Improvement of glassblocks performance in order to use them for the construction of sustainable translucent building envelops even in Mediterranean and Tropical Areas) aimed to the integration of glassblock with the DSC technology. Glassblock is a high-performance type of glass in the field of sustainable architectural claddings: the process of deposition of the cells on the single glassblock, their best position and the performance of this new kind of glassblock, DSC integrated, will be discussed in the paper in terms of transmittance, light transmission and aesthetical effects, together with the probl…

Integrazione di celle fotovoltaiche ibride nel vetromattone

2012

L’invenzione riguarda l’integrazione del vetromattone con celle solari ibride (organiche/inorganiche), conosciute come Dye-sensitized Solar Cell (DSC). La combinazione del vetromattone con le DSC consente di migliorare le prestazioni del prodotto originario rendendolo in grado di produrre energia pulita. Le caratteristiche di trasparenza e isolamento termo-acustico del prodotto possono essere regolate agendo sulla configurazione delle DSC. Il prodotto può essere assemblato a formare pannelli fotovoltaici per la realizzazione di facciate traslucide energeticamente “attive” in varie condizioni luminose (condizioni di luce diffusa o artificiale) e indipendentemente dall’angolo di radiazione so…

SBSKIN SOLAR GB: DURABILITÀ DI UN VETROMATTONE INTEGRATO CON CELLE SOLARI DI TERZA GENERAZIONE - SBSKIN SOLAR GB: THE DURABILITY OF 3RD GENERATION SO…

2016

Il vetromattone è un prodotto da costruzione che ha trovato molteplici applicazioni nel campo della progettazione edilizia per la realizzazione di involucri traslucidi. La necessità di adeguare il prodotto alle sempre più stringenti normative in materia di risparmio energetico e sostenibilità ambientale ha portato alla definizione di configurazioni innovative, tramite integrazione di sub-componenti in grado di migliorarne le prestazioni energetiche: una “cintura termica” e celle solari di terza generazione. Queste innovazioni tecniche, brevettate ed in fase di prototipazione da parte della SBskin. Smart Building Skin s.r.l., spin off accademico dell’Università di Palermo, necessitano di ade…

Strategies, Technologies and Novel Components for the Architectural Integration of Photovoltaics

2015

La ricerca riguarda l'integrazione architettonica del fotovoltaico (FV) per il retrofit energetico del patrimonio edilizio esistente e la costruzione di edifici a energia zero (ZEB). L'obiettivo è lo studio e la successiva definizione di strategie, tecnologie e componenti innovativi per l'involucro edilizio che integrino il fotovoltaico, con particolare attenzione verso le tecnologie fotovoltaiche di nuova generazione. Il lavoro si concentra anche sull'ottimizzazione energetica e sull'analisi delle prestazioni di un componente innovativo per il BIPV (Building Integrated Photovoltaics, letteralmente fotovoltaico integrato negli edifici) utile alla costruzione di involucri edilizi sostenibili…

Moduli DSSC integrati nel vetromattone per la costruzione di pannelli traslucidi fotovoltaici multifunzionali

2012

La proposta illustrerà i primi risultati ottenuti nell’ambito di una ricerca, tutt’ora in corso presso il Dipartimento di Architettura dell’Università degli Studi di Palermo, finalizzata ad indagare le problematiche connesse all’integrazione del vetromattone con sistemi di produzione di energia rinnovabile, in particolare, di terza generazione (DSC-Dye Syntetized solar cell - celle fotovoltaiche organiche/ibride). I principali campi di investigazione che si illustreranno saranno connessi alle: tecniche ed i processi di deposizione delle celle sul vetromattone per la costruzione dei moduli, alla scelta del loro migliore posizionamento ed all’analisi delle ricadute, in termini di valutazione …

MIGLIORAMENTO TECNOLOGICO-PRESTAZIONALE DI UN COMPONENTE INNOVATIVO PER L’INVOLUCRO EDILIZIO - PERFOMANCE IMPROVEMENT OF AN INNOVATIVE BUILDING COMPO…

2016

L’articolo illustra l’attività di ricerca che gli autori, cofounder della SBskin. Smart Building Skin s.r.l., start up innovativa e spin off accademico dell’Università degli Studi di Palermo, stanno conducendo al fine di ottimizzare le performance energetiche di un componente innovativo per facciate e coperture di edifici (dagli stessi brevettato) in grado di ridurre i consumi energetici e di produrre energia pulita dal sole. L’attività che qui si illustra è stata finalizzata all’ottimizzazione del design dei sub-componenti che contribuiscono alla realizzazione dei pannelli traslucidi multifunzionali (realizzati con vetromattoni innovativi, preassemblati a secco e precompressi) ed alla scel…

STRATEGIE, TECNOLOGIE E COMPONENTI INNOVATIVI PER L’INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA DEL FOTOVOLTAICO

2015

La ricerca riguarda l’integrazione del fotovoltaico (PV) per il retrofit energetico del patrimonio edilizio esistente e la costruzione di edifici a energia zero. L’obiettivo è lo studio e la successiva definizione di strategie, tecnologie e componenti innovativi per l’involucro edilizio che integrino il fotovoltaico, con particolare attenzione verso le tecnologie solari di ultima generazione. Il lavoro si concentra anche sull’ottimizzazione energetica e sull’analisi delle prestazioni di un componente innovativo multifunzionale per la realizzazione di involucri edilizi sostenibili: un pannello in vetromattoni integrati con celle solari di terza generazione (Dye-sensitized Solar Cells, DSC).

Vetromattone fotovoltaico. Moduli con celle "dye sensitized" integrati nel vetromattone per la costruzione di pannelli traslucidi fotovoltaici multif…

2013

Nel panorama architettonico contemporaneo l’utilizzo di superfici vetrate per la realizzazione di involucri edilizi trasparenti o traslucidi risulta particolarmente diffuso sia nel caso di edifici costruiti ex novo che di edifici esistenti interessati da operazioni di retrofit, anche laddove gli stessi risultano localizzati in aree geografiche caratterizzate da condizioni climatiche “avverse” a causa degli elevati livelli di irraggiamento. Le normative internazionali in materia di risparmio energetico e di sostenibilità ambientale stabiliscono, poi, parametri precisi da rispettare per la realizzazione di una nuova generazione di edifici ad energia “Zero”, imponendo limiti ai valori di trasm…

Innovative, Translucent and Multi-functional Components for the Building Envelope: technological and performance optimization

2017

The paper describes the actions aimed at the technology and performance optimization of an innovative, multi-functional building component made of precast and pre-stressed glass blocks useful for the construction of sustainable building envelopes able to reduce the energy consumption and to produce clean energy from the sun. The design optimization of different sub-components and the choice of the right materials for guaranteeing their good response in terms of mechanical resistance, thermal and acoustic insulation, light transmission, electricity production, integration with other components, dimensional coordination, are particularly described.

“Building Integrated Photovoltaics and DSSC-Glassblocks"

2012

According to many market analysts, Building Integrated Photovoltaics (BIPV) represents the future of photovoltaic (PV) industry as well as one of the strategies for the achievement of zero-energy building standards and UE goals for the next years. Dye-sensitised solar cell (DSSC) is a low-cost and very versatile solar technology, offering a wide range of possibilities in terms of colour, transparency and design: hence DSSC are particularly suited for BIPV and could give a big contribution in this direction. Starting from those considerations, this paper will show the first results of a research aimed at the integration of DSSC with the glassblock for the construction of multifunctional tran…

Può un’architettura solare fare ri-splendere la Cala? Idee per un progetto di retrofit del mercato ittico

2014

A partire dalla definizione di “Architettura Solare” e dall’analisi dei vantaggi ad essa connessi, si illustreranno alcune ipotesi di intervento sull’edificio del Mercato Ittico alla Cala, passando ad una sua riconfigurazione formale e funzionale, anche in ragione della presenza dei resti della chiesa rinascimentale di Santa Maria di Piedigrotta, su cui lo stesso insiste. Attraverso il ridisegno dell’involucro edilizio e la sua riconfigurazione, tali resti potrebbero essere valorizzati e “messi in luce” entrando a far parte di una vera e propria Architettura Solare, che potrebbe rappresentare il primo esempio di un’architettura di tal fatta a Palermo. Starting from the definition of “Solar …

Optical Performance Evaluation of DSSC-integrated Glassblocks for Active Building Façades

2015

The paper outlines the results of a research, carried out at the University of Palermo, aimed at the assessment of the energy performance of a novel glassblock integrated with 3rd generation Dye-Sensitized Solar Cells (DSSC), which, when installed into panels, allows obtaining translucent building envelopes able to provide high thermal and visual comfort levels while producing clean energy. The paper focuses on the optical analyses of four different configurations of DSSC-integrated glassblocks, carried out by using the optical design software Zemax. The values of optical transmittance, the solar factor and the electric power – calculated for each configuration – are discussed.

A HYBRID SOLAR CELLS INTEGRATED GLASSBLOCK AND PRESTRESSED PANEL MADE OF DRY-ASSEMBLED GLASSBLOCKS FOR THE CONSTRUCTION OF TRASLUCENT BUILDING ENVELO…

2016

A glassblock integrated with hybrid photovoltaic cells (also known as Dye-sensitized Solar Cell - DSC) and a dry-assembled panel made of traditional or DSC-integrated glassblocks are disclosed. The combination of the glassblock and the DSC module, allows the improvement of the glassblock performance in terms of energy saving and production. The final complete product owns the qualities of both the components (glassblock and DSC module) that are optimized to produce clean energy. The transparency and the thermo-acoustic insulation of the glassblock may be modulated according to the specific requirements of each case of installation. Since the DSCs can be printed in different colours and with…

Benefits of a translucent building envelope made of DSC-integrated glass blocks

2015

The aim of this paper is to analyse the benefits deriving from the replacement of the glazed façades of an office building located in Palermo (Sicily) with a new translucent BIPV envelope made of multifunctional glass block panels integrated with Dye-sensitized Solar Cells (DSCs). The analysed 11-storey building is cladded by a curtain wall determining high management costs, especially during summer, in order to maintain indoor comfort. After the design of the building envelope and of the components for the connection of the glass block panels with existing load bearing structure, the energy performance of the building, before and after the replacement of its envelope, were analysed with th…

ARCHITECTURE AND PHOTOVOLTAICS. Strategies, technologies and novel components for the building envelope

Il principale obiettivo della tesi ha riguardato lo studio di strategie e tecnologie per l’integrazione del fotovoltaico negli edifici, con particolare attenzione verso le tecnologie solari di terza generazione, e la successiva definizione di un componente multifunzionale innovativo per l’involucro edilizio integrato con Dye-sensitized Solar Cells (DSC). Nella prima parte del lavoro, la ricerca si è concentrata sull’analisi del mercato del Building Integrated Photovoltaics (BIPV), sottolineando differenze, limiti e potenzialità di ciascuna tecnologia fotovoltaica. Particolare attenzione, inoltre, è stata rivolta a un numero consistente di casi studio, ossia edifici di nuova costruzione o in…

The assessment of the reliability of an innovative 3rd generation solar cell integrated with “thermal belt” glass block

2017

Glass block is a building product widely used for the construction of translucent building façades and roofs. The need to adapt the product to the regulations in the field of energy saving and environmental sustainability has led to the design of innovative configurations, through the integration of different sub-components. These ones are able to improve its energy performance by means of the integration of a“thermal belt”, cold glued to the glass shells, which constitute the traditional glass block, and 3rd generation solar cells. This paper reports the first results of the experimental program designed to assess some durability components: inherent and critical reliability. <div id="g…

Experimental evaluation of the reliability of the adhesive joint in a 3rd-generation-solar-cell-integrated glass block

2017

Glass block is a building product that has been widely used since the mid-1800s for the construction of natural light capturing technical elements and, in the last decades, of translucent building envelopes. In a framework of increased quality requirements in terms of energy saving and environmental sustainability, innovations have been introduced to its standard configuration, including the integration of 3rd generation solar cells within the glass block, in order to improve its performance and make it capable of producing clean energy. Indeed, one of the two constituting glass shells has been integrated with a pre-assembled photovoltaic module and then bonded to a plastic “thermal belt” a…