La ricerca di alcuni professori dell’Università di Houston potrebbe rivoluzionare il settore con un nuovo sistema di raccolta dell’energia solare, che oltre a battere tutti i record di efficienza delle attuali tecnologie, apre la strada allo sfruttamento dell’energia solare, h24 e sette giorni su sette.
Per secoli si è riflettuto su come perfezionare il modo di raccogliere l’energia solare. Il grande inventore Thomas Edison una volta disse “finché splende il sole, l’uomo sarà in grado di sviluppare potenza in abbondanza”.
Oggi le celle fotovoltaiche consentono di convertire la luce solare direttamente in energia, un progresso straordinario rispetto al passato. Eppure, tuttora ci sono limiti alla quantità di energia solare che può essere raccolta e utilizzata, in quanto generata soltanto di giorno.
Per passare a una rete elettrica a emissioni zero è dunque necessario trovare modi più efficienti per sfruttare l’energia solare. Tra questi vi sono gli impianti termofotovoltaici, sistemi che, come il fotovoltaico, sfruttano l’irraggiamento solare e dunque il calore per generare energia, ma che a differenza di quest’ultimo sono capaci di integrare energia termica ed elettrica.
Secondo un recente studio dell’Ufficio per le tecnologie dell’energia solare del Dipartimento dell’energia degli Stati Uniti e del National Renewable Energy Laboratory, negli Usa il solare potrebbe rappresentare fino al 40% della fornitura di elettricità della nazione entro il 2035, e il 45% entro il 2050.
Un’architettura innovativa
Una nuova ricerca condotta da alcuni docenti dell’ Università di Houston, dimostra che grazie ad una architettura sperimentale, è possibile ridurre le perdite di energia portando l’efficienza termofotovoltaica fino al limite termodinamico.
Come funziona un impianto termofotovoltaico?
Si tratta di impianti costituiti da un modulo, chiamato strato intermedio, che assorbe la radiazione solare e la irradia nuovamente sotto forma di fotoni ad alte temperature con lunghezze d’onda “personalizzate” verso una cella fotovoltaica.
Nel solare termofotovoltaico tradizionale (STPV) il lato anteriore dello strato intermedio (il lato rivolto verso il sole) è progettato per assorbire tutti i fotoni provenienti dal sole. Tuttavia il limite di efficienza termodinamica degli STPV è ancora molto inferiore al limite di Landsberg (93,3%), ossia il limite di efficienza finale per la raccolta di energia solare.
Secondo gli studiosi il deficit di efficienza è causato dall’inevitabile retroemissione dello strato intermedio verso il sole, derivante dalla reciprocità del sistema. Per cui basterà utilizzare uno strato intermedio con proprietà radiative non reciproche per incanalare più flusso di fotoni verso la cellula.
“In questo lavoro, mostriamo che il gap di efficienza è causato dall’inevitabile retro-emissione dello strato intermedio verso il sole, risultante dalla reciprocità del sistema. Proponiamo sistemi STPV non reciproci che utilizzano uno strato intermedio con proprietà radiative non reciproche. Un tale strato può sostanzialmente sopprimere la sua emissione posteriore al sole e incanalare un flusso di fotoni più grande verso la cella. Dimostriamo che con tale miglioramento, il solare termofotovoltaico non reciproco può raggiungere il limite di Landsberg e i sistemi pratici di STPV con cella fv a giunzione singola possono anche sperimentare un significativo aumento dell’efficienza”
contributo su Physical Review Applied
Elettricità h24 , 7 giorni su 7
Nei possibili scenari futuri, allo scopo di generare elettricità 24 ore su 24, 7 giorni su 7, c’è quindi la possibilità di integrare le unità economiche di accumulo di energia termica con i nuovi STPV.