A critical review of carbon footprint and life cycle assessment of building integrated photovoltaic (BIPV) panels and systems

Building-integrated photovoltaic systems represent an important strategy for reducing carbon emissions in the built environment by combining renewable electricity generation with building-envelope functions. However, comparing their carbon footprint across studies is difficult because the literature uses different functional units, system boundaries, component scopes, and end-of-life assumptions. This thesis provides a critical review and harmonized comparison of the carbon footprint of BIPV modules and systems. Carbon footprint values reported in different units are converted, where possible, into a common functional unit of kg CO₂-eq/kWp. The results are then organized according to standardized life-cycle stages: A1–A3 production, A4 transport, A5 installation, B use and replacement, C end-of-life, and Module D benefits beyond the system boundary. The studies are also classified according to component inclusion, distinguishing between module-only cases, systems including inverters and cables, systems including mounting structures, and full systems with balance-of-system components. The findings show that the production stage, especially material processing and photovoltaic module manufacturing, is the dominant contributor to the carbon footprint of BIPV systems. Balance-of-system components, inverters, mounting structures, and Module D credits significantly influence total and net results, explaining much of the variability among studies. The analysis confirms that higher carbon footprint values often reflect broader system boundaries rather than poorer environmental performance. Overall, this thesis highlights the importance of harmonized functional units, transparent system boundaries, and clear component reporting for reliable comparison of BIPV carbon footprint results. The proposed framework improves comparability across existing studies and supports a more consistent evaluation of BIPV as a low-carbon solution for sustainable buildings.

I sistemi fotovoltaici integrati negli edifici, noti come Building-Integrated Photovoltaics, rappresentano una strategia importante per ridurre le emissioni di carbonio nel settore edilizio, poiché combinano la produzione di energia rinnovabile con le funzioni dell’involucro edilizio. Tuttavia, il confronto della loro impronta di carbonio tra diversi studi risulta complesso, a causa dell’uso di unità funzionali, confini di sistema, ambiti di componenti e ipotesi di fine vita differenti. Questa tesi propone una revisione critica e un confronto armonizzato dell’impronta di carbonio dei moduli e dei sistemi BIPV. I valori di impronta di carbonio riportati con unità diverse vengono convertiti, quando possibile, in un’unità funzionale comune, kg CO₂-eq/kWp. I risultati sono poi organizzati secondo fasi standardizzate del ciclo di vita: A1–A3 produzione, A4 trasporto, A5 installazione, B uso e sostituzione, C fine vita e Modulo D, relativo ai benefici oltre il confine del sistema. Gli studi vengono inoltre classificati in base ai componenti inclusi, distinguendo tra casi solo modulo, sistemi con inverter e cavi, sistemi con strutture di montaggio e sistemi completi con componenti balance-of-system. I risultati mostrano che la fase di produzione, in particolare la lavorazione dei materiali e la fabbricazione dei moduli fotovoltaici, rappresenta il contributo dominante all’impronta di carbonio dei sistemi BIPV. I componenti balance-of-system, gli inverter, le strutture di montaggio e i crediti del Modulo D influenzano in modo significativo i risultati totali e netti, spiegando gran parte della variabilità tra gli studi. L’analisi conferma che valori più elevati di impronta di carbonio riflettono spesso confini di sistema più ampi, piuttosto che prestazioni ambientali peggiori. Nel complesso, questa tesi evidenzia l’importanza di unità funzionali armonizzate, confini di sistema trasparenti e una chiara descrizione dei componenti inclusi per un confronto affidabile dell’impronta di carbonio dei sistemi BIPV. Il quadro proposto migliora la comparabilità tra gli studi esistenti e supporta una valutazione più coerente dei BIPV come soluzione a basse emissioni di carbonio per edifici sostenibili.