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Pannelli solari più efficienti del 66% grazie a cupole in superficie

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La presenza di gusci emisferici sulla superficie dei pannelli solari potrebbe aumentrane la capacità fino al 66%. La nuova ricerca condotta dall’Abdullah Gül University illustra come minuscole cupole, sfruttando una particolare struttura a sandwich, siano in grado di intrappolare maggiori quantitativi di luce e dunque di massimizzare la produzione di energia.

LO STUDIO INTERGRALE

Come incrementare l’efficienza dei pannelli solari?

Efficienza e conversione energetica delle celle solari restano sicuramente due tra i principali ambiti di studio nel settore fotovoltaico. In questa direzione va anche la nuova ricerca realizzata dall’ Abdullah Gül University, e pubblicata sul Journal of Photonics for Energy. L’interessante analisi del professor Dooyoung Hah, vuole dimostrare come la presenza di rilievi sulle celle solari potrebbe aumentarne di gran lunga la capacità. Secondo gli studiosi, la realizzazione di minuscole cupole sulla superficie dei moduli organici potrebbe infatti, incrementarne l’efficienza fino a due terzi. Come? Catturando la luce grazie a un angolo più ampio.

Massimizzare la superficie esposta al sole

Un approccio di gestione della luce oculato è particolarmente cruciale per le celle fotovoltaiche organiche, il cui dilemma – si legge nella pubblicazione – è il conflitto tra l’assorbimento efficiente dei fotoni e la raccolta dei portatori di carica. Un altro importante indicatore di prestazione è poi la copertura angolare. Non è, quindi, un caso se i pannelli solari sono generalmente piatti, scelta motivata dalla possibilità di massimizzare la quantità di superficie esposta alla luce solare in un dato momento. Tale design, tuttavia, funziona meglio quando il sole si trova entro un certo angolo. È proprio per questo motivo che le celle vegono solitamente inclinate tra i 15 e i 40 gradi, in modo da assorbire, e dunque, produrre, quanta più energia possibile.

Gli esperimenti effettuati

Negli anni sono stati effettuati numerosi esperimenti finalizzati ad intrappolare maggiori quantitativi di luce. Gli scienziati hanno tentato in più modi, inclusi l’inserimento di nanogusci sferici in silice, l’incorporazione di diffusori di luce, l’eccitazione di plasmoni di superficie localizzati, e l’impiego di rivestimenti antiriflesso con nanostrutture. Gli stessi ricercatori dell’Università Abdullah Gül di Türkiye, autori del recente studio, hanno eseguito simulazioni complesse prima di concludere che protuberanze a forma di cupola possono effettivamente potenziare le superfici solari organiche. 

La struttura del guscio emisferico

Le nuove cupole, o più propriamente “gusci emisferici”, sfruttano una particolare struttura a “sandwich”. Il team ha, infatti, studiato celle fotovoltaiche realizzate con un polimero organico come strato attivo, chiamato P3HT:ICBA, sopra uno strato di alluminio e un substrato di PMMA (quest’ultimo ricoperto da una pellicola protettiva trasparente di ossido di indio-stagnoITO). L’analisi 3D degli elementi finiti (FEA), simulazione che scompone gli elementi di un sistema complesso in parti gestibili, evidenzia come le suddette protuberanze migliorino le capacità di assorbimento della luce fino al 66% rispetto alle superfici piane. Inoltre, tali cupole consentirebbero alla luce di entrare da una gamma di direzioni più ampia rispetto a una superficie piana, fornendo una copertura angolare fino a 82 gradi. Sebbene non vi siano ancora versioni fisiche di questi pannelli, le caratteristiche descritte potrebbero prestarsi a varie applicazioni, non solo alle installazioni su tetto. 

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