TimGate
header.weather.state

Oggi 08 agosto 2022 - Aggiornato alle 23:07

 /    /    /  Fotovoltaico, le nuove celle anti solari per produrre di notte
Fotovoltaico, le nuove celle anti solari per produrre di notte

Pannelli solari al tramonto- Credit: iStock

ENERGIE02 maggio 2022

Fotovoltaico, le nuove celle anti solari per produrre di notte

di Maura Corrado

Sembra un paradosso, ma non lo è.

Tutti associamo il fotovoltaico alla luce solare. Ma la tecnologia non finisce mai di stupire, quindi non c’è da meravigliarsi se un team di ingegneri ha messo a punto dei nuovi pannelli che per funzionare non hanno bisogno della luce del sole.

Ma di cosa si tratta esattamente?

 

 

La scoperta degli scienziati di Stanford

Questa tecnologia si basa su delle celle “anti solari” in grado di generare energia dal sole di giorno e “invertire” il funzionamento di notte, per continuare a produrre elettricità.

Può sembrare un’idea curiosa, in realtà numerosi ricercatori nel mondo ci stanno lavorando da tempo. Il termine “anti solar” è stato scherzosamente coniato due anni fa da un gruppo di scienziati di Stanford, ma ben incarna questo nuovo concept tecnologico.

Il principio alla base del funzionamento delle celle solari è l'integrazione della tradizionale tecnologia fotovoltaica a un generatore termoelettrico (TEG), quest’ultimo basato sul raffrescamento radiativo notturno. Nello specifico, le celle fotovoltaiche, durante la notte, irradiano energia termica al cielo raggiungendo temperature più basse di alcuni gradi dell’aria circostante.

Integrando ai pannelli un modulo termoelettrico è possibile generare tensione, e quindi corrente, dal gradiente di temperatura creato tra cella e aria: da qui la produzione di energia notturna.

 

 

Il “segreto” di questa tecnologia

Il segreto di questa nuova tecnologia consisterebbe nella differenza di temperatura che si verifica durante la notte tra il pannello e l’aria circostante. Con il buio, infatti, il pannello perde calore, che viene irradiato verso lo spazio esterno e finisce così per avere una temperatura inferiore rispetto a quella dell’aria. È proprio questo scarto che è stato sfruttato dagli scienziati per produrre energia.

Come già accennato, gli ingegneri dell’università californiana hanno modificato i pannelli solari, inserendo un generatore termoelettrico in grado di produrre corrente dalla differenza di temperatura che si registra tra la cella solare e l'ambiente in cui è installata.

 

 

Teoria e pratica

Secondo le proprietà della fisica, un oggetto caldo rispetto all'ambiente circostante irradia calore come luce infrarossa, mentre una cella fotovoltaica, che è fredda rispetto al Sole, assorbe la luce. In pratica, sappiamo tutti che i pannelli solari sono freddi se paragonati al Sole ed è per questo che assorbono la luce solare, che viene poi trasformata in energia.

Lo spazio, invece, è molto freddo e se si ha un oggetto relativamente caldo e lo si punta verso il cielo, allora irradierà calore verso lo Spazio, come luce infrarossa, consentendo anche in questo caso di produrre energia.

“L'energia termica proveniente dal Sole verso la Terra viene prelevata durante il giorno da un pannello solare, che la converte in elettricità – ha evidenziato il ricercatore Jeremy Munday -. Quello che fa il nuovo dispositivo notturno è molto simile, ma ora il corpo caldo è la Terra e lo Spazio è il corpo freddo”.

 

 

I progressi della ricerca

Nelle scorse settimane è stato pubblicato uno studio (in inglese) su Applied Physics Letters, che racconta gli ultimi passi in avanti compiuti in questo campo, sempre attraverso il lavoro della Stanford University.

Del gruppo di ingegneri fa parte il ricercatore Shanhui Fan, che aveva partecipato alla ricerca del 2020. "L'aspetto positivo di questo approccio – ha dichiarato a New Scientist proprio Shanhui Fan - è che si ha essenzialmente una fonte di energia diretta, di notte, che non richiede alcuna batteria per l'immagazzinamento.

Le batterie possono essere costose e capricciose. Richiedono anche molta energia per essere prodotte e possono contribuire all'inquinamento dell'acqua e dell'aria se smaltite in modo inappropriato”.

 

 

I risultati

Ad oggi l’energia prodotta da questi nuovi pannelli con celle anti solar, nelle ore di buio, non è ancora paragonabile a quella che si può produrre di giorno, ma i risultati restano comunque incoraggianti. Orientando le celle solari verso un cielo limpido, i ricercatori di Stanford sono riusciti a ottenere una potenza di 50 milliwatt per metro quadro.

Questa quantità è pari allo 0,04% della potenza prodotta da una normale cella solare durante il giorno. Va però detto che questi 50 milliwatt per metro quadrato, in ogni caso, consentirebbero solo il funzionamento di dispositivi a bassa potenza, come un caricatore di un telefono o una luce Led a basso consumo. Dunque, c’è ancora molto da lavorare.

L’obiettivo degli ingegneri, ora, è di perfezionare questa tecnologia, realizzando pannelli sempre più efficienti e competitivi, in modo da metterli in commercio su larga scala. Nel dettaglio, puntano a generare almeno 1 watt per metro quadrato, in modo da poterla rendere una tecnologia appetibile.

Le potenzialità delle celle solari notturne, infatti, sono altissime, poiché potrebbero rappresentare una fonte di energia rinnovabile continua sia di giorno che di notte, in luoghi off-grid.

 

 

Lo scenario futuro

Ricerche ed esperimenti continueranno a focalizzarsi sulla cella termoradiativa, che genera energia irradiando calore nell’ambiente circostante, ma non solo.

Come ha ulteriormente evidenziato il ricercatore Munday, “una normale cella solare genera energia assorbendo la luce, generando una tensione e il flusso di corrente. In questi nuovi dispositivi, invece, viene emessa luce e la corrente e la tensione vanno nella direzione opposta, ma si genera comunque energia”.

Le criticità da superare sono diverse. Ad esempio, è necessario risolvere la questione dei materiali da utilizzare. Infatti, se per i pannelli tradizionali normalmente viene usato il silicio, che è un ottimo materiale per assorbire la luce, i ricercatori stanno studiando quale materiale possa essere più utile per catturare la luce a una lunghezza d’onda estremamente lunga.

Più precisamente, stanno pensando ad alcune leghe di mercurio.

 

 

Un indiscutibile progresso

Ad ogni modo, il progetto relativo al fotovoltaico notturno con celle anti solar rappresenta un ulteriore passo in avanti verso una transizione energetica sostenibile. Anche Shanhui Fan ritiene che ci siano ampi margini di miglioramento.

Come lui stesso ha specificato, nessuno dei componenti coinvolti in questa innovazione tecnologica erano stati progettati per questo specifico scopo.

Ciò significa che, se da ora in poi si progettasse ogni singolo componente proprio per il raggiungimento di questa finalità, le prestazioni complessive potrebbero tranquillamente aumentare.