An investigation into the spatial perception of integrating solar photovoltaics in architecture

Abstract

Este estudo investiga como a integração de sistemas fotovoltaicos (FV) influencia a percepção espacial da arquitetura, buscando ampliar o diálogo entre estética, tecnologia e sustentabilidade. Enquanto a arquitetura contemporânea costuma camuflar a tecnologia, especialmente no caso dos elementos fotovoltaicos, esta pesquisa adota uma postura contrária: propõe o FV como um componente visível e perceptível da arquitetura. Ao fazer isso, destaca o potencial expressivo e arquitetônico do FV como elemento simultaneamente tecnológico e estético, alinhado ao princípio da honestidade material. O referencial teórico apoia-se em teorias da estética e da percepção espacial, enfatizando a percepção como base da experiência arquitetônica. O estudo de caso do Laboratório de Energia Solar da Universidade Federal de Santa Catarina (Fotovoltaica/UFSC, www.fotovoltaica.ufsc.br) serve como base empírica da pesquisa. Com múltiplas aplicações de FV integrado à edificação (BIPV) e aplicado à edificação (BAPV), além de usinas fotovoltaicas de solo e um sistema agrivoltaico (AVS), o laboratório oferece um campo de experimentação privilegiado para explorar a relação entre tecnologia fotovoltaica e percepção arquitetônica. A partir das análises realizadas nesse contexto, foram estabelecidos os conceitos operacionais de ordem compositiva (OC) e informação visual (IV) como indicadores para avaliar de que forma o FV contribui para estados de caos, monotonia ou beleza no ambiente construído. Nessa perspectiva, os sistemas fotovoltaicos passam a ser compreendidos como parte integrante da expressão arquitetônica, e não apenas como dispositivos de geração de energia. As análises deram origem ao modelo desenvolvido na tese: dois gráficos de avaliação quantificam a ordem compositiva (OC) e a informação visual (IV) em cenas com BIPV, enquanto o BIPV Beauty Graph (Gráfico de Beleza BIPV) representa a interação entre essas dimensões, indicando se um espaço tende a ser percebido como belo, monótono ou caótico. Em conjunto, essas ferramentas fornecem a arquitetos e engenheiros um meio compartilhado e mensurável de antecipar os efeitos perceptivos da integração fotovoltaica e de apoiar o desenvolvimento de espaços que mantenham coerência sem renunciar à riqueza sensorial e à profundidade experiencial. De modo mais amplo, o estudo insere o FV nos debates contemporâneos da arquitetura sobre transparência, autenticidade e consciência tecnológica, incentivando os arquitetos a tratarem-no como parte visível e essencial da linguagem arquitetônica, ao mesmo tempo em que promove uma colaboração mais próxima entre arquitetos e engenheiros na criação de edifícios sustentáveis e esteticamente significativos.

Abstract: This study investigates how the integration of photovoltaic (PV) systems influences the spatial perception of architecture, aiming to expand the dialogue between aesthetics, technology, and sustainability. While contemporary architecture demonstrates a tendency to camouflage technology, particularly in the case of PV elements, this research adopts a contrasting approach: working with PV as a visible and perceptible architectural element. By doing so, it emphasizes the expressive and architectural potential of PV as both a technological and aesthetic element, aligned with the principle of material honesty. The theoretical framework draws on aesthetic theory and spatial perception models, emphasizing perception as the foundation of the architectural experience. The case study of the Solar Energy Research Laboratory at Universidade Federal de Santa Catarina (Fotovoltaica/UFSC, www.fotovoltaica.ufsc.br) serves as the foundation for this work. With multiple Building-Integrated Photovoltaic (BIPV) and Building Applied Photovoltaic (BAPV) applications, ground-mounted PV plants, and an Agrivoltaic System (AVS), the Laboratory provides a testing ground for exploring the relationship between PV technology and architectural perception. Based on the analyses conducted within this context, the operational concepts of Compositional Order (CO) and Visual Information (VI) were established as indicators to evaluate how PV contributes to states of chaos, monotony, or beauty in the built environment. From this perspective, photovoltaic systems are understood as an integral part of architectural expression, rather than merely as energy-generating devices. These analyses gave rise to the model developed in this thesis: two evaluation charts quantify Compositional Order (CO) and Visual Information (VI) in scenes with BIPV, while the BIPV Beauty Graph represents the interaction between these dimensions, indicating whether a space tends to be perceived as beautiful, monotonous, or chaotic. Together, these tools give architects and engineers a shared, measurable way to anticipate the perceptual effects of PV integration and to support the development of spaces that maintain coherence while achieving greater experiential depth. More broadly, the study situates PV within current architectural debates on transparency, authenticity, and technological awareness, encouraging architects to treat PV as a visible, integral part of architectural language and promoting closer collaboration with engineers to deliver sustainable, aesthetically meaningful buildings.