Fotovoltaico trasparente: le finestre come fonte di energia

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I pannelli fotovoltaici trasparenti sono una delle più grandi innovazioni nel settore dell’energia rinnovabile. Tutte le finestre del mondo potrebbero diventare fonte di energia e, da sole, alimentare i nostri edifici. 

 

Un pannello fotovoltaico è un dispositivo in grado di convertire l’energia solare in energia elettrica mediante l’effetto fotovoltaico. La qualità di un pannello solare si misura principalmente in relazione alla sua efficienza, ossia al rapporto tra l’energia elettrica che è in grado di produrre e l’energia solare che riceve. I migliori pannelli fotovoltaici sul mercato al giorno d’oggi hanno un’efficienza di circa il 20%. Il materiale più usato per i pannelli fotovoltaici è il silicio cristallino (c-Si), un materiale opaco attraverso il quale non è possibile guardare. Per questo motivo attualmente i pannelli vengono normalmente disposti sui tetti dei palazzi o su ampie superfici.
Immaginiamo, però, pannelli fotovoltaici trasparenti che possano sostituire le finestre dei nostri uffici e delle nostre case, o addirittura gli schermi dei nostri dispositivi elettronici: avremmo una quantità di energia disponibile incredibilmente maggiore.  La difficoltà nel produrre pannelli solari trasparenti è che per generare energia elettrica il materiale deve assorbire la luce, quindi la luce non può passargli attraverso. Un materiale trasparente invece, per definizione, è un materiale che permette alla luce di passare. Tuttavia, i raggi solari non sono tutti visibili. Esistono radiazioni visibili e altre che non lo sono all’occhio umano: si tratta delle radiazioni con frequenza inferiore al rosso o superiore al violetto. Una delle idee per i pannelli fotovoltaici trasparenti è di riuscire ad assorbire soltanto queste frequenze non visibili, ottenendo una buona resa senza rinunciare alla luce. 

La ricerca scientifica in questa direzione sta facendo grandi progressi almeno a partire dal 2013, anno in cui un team di ricercatori del MIT ha realizzato il primo sistema in grado di far filtrare attraverso il modulo più del 70% della luce visibile. Nel 2014 il team della Michigan State University guidato dal professor Richard Lunt ha realizzato il primo pannello completamente trasparente, ma con un’efficienza di solo il 5%. L’idea dei ricercatori della Michigan State University è stata di usare un concentratore solare luminescente trasparente (TLSC) composto da molecole organiche. I concentratori solari luminescenti sono dispositivi che assorbono parte della luce solare e la ri-emettono all’interno della lastra a specifiche lunghezze d’onda. I concentratori sono stati realizzati per assorbire la luce non-visibile, in particolare i raggi ultravioletti e infrarossi, senza assorbire la luce visibile. Gli stessi dispositivi emettono raggi infrarossi che vengono guidati verso il bordo della struttura e convertiti in energia elettrica attraverso sottili strisce di celle fotovoltaiche. 

Richard Lunt è il co-fondatore della startup californiana Ubiquitous Energy, impegnata a portare sul mercato le tecnologie brevettate dai ricercatori delle università del MIT e della Michigan State University. L’efficienza energetica nel corso degli anni ha raggiunto il 10% e le prime finestre solari trasparenti sono state installate all’inizio del 2020 nella sede centrale dell’azienda. La produzione commerciale è prevista nel giro dei prossimi due anni.

In prima linea per il fotovoltaico trasparente c’è anche l’Italia. Un team di ricerca del Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Milano-Bicocca, coordinato da Sergio Brovelli e Francesco Meinardi, ha realizzato concentratori solari luminescenti grazie a speciali nanoparticelle di materiale semiconduttore che catturano e concentrano la luce solare. Da questi studi è nata la società spin-off Glass to Power con la missione di trasformare la famiglia di brevetti in una realtà industriale. Le iniziative della società in corso sono consultabili qui

Recentemente una nuova soluzione è stata proposta da un gruppo di ricercatori in Corea, dell’Istituto nazionale di scienze e tecnologia di Ulsan (UNIST) e della Korea University, che sono riusciti a realizzare celle trasparenti partendo dal silicio cristallino opaco. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Joule nel Dicembre 2019. La trasparenza del silicio cristallino è stata ottenuta praticando fori di circa 100 μm di diametro, che garantiscono il passaggio di luce visibile, pur non essendo rilevabili dall’occhio umano. L’efficienza che ne risulta è del 12.2 %, un ottimo risultato per il fotovoltaico trasparente. 

Le prospettive di queste nuove tecnologie sono incredibili e la realtà applicativa si fa sempre più vicina. Nell’articolo pubblicato su Nature Richard Lunt rende ben chiaro quanto il mondo possa cambiare: al giorno d’oggi solo l’1,5% circa della domanda di elettricità a livello mondiale è prodotta da energia solare, ma si stima che negli Stati Uniti ci siano da 5 a 7 miliardi di metri quadrati di superficie vetrata potenzialmente copribile con celle solari trasparenti. Se tutte le superfici disponibili fossero ricoperte e se si raggiungesse un’efficienza del 16% il fotovoltaico trasparente potrebbe essere sufficiente a coprire il 40% della domanda energetica degli Stati Uniti

 

Fonti: 1,2,3,4.

Arianna Clemente

Arianna Clemente

Laureata in Engineering Sciences con una tesi sulla biofluidodinamica del ventricolo sinistro. Frequenta il corso di laurea magistrale in Ingegneria delle nanotecnologie, alla Sapienza di Roma. Appassionata di medicina e tecnologia.

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