Creati mini pannelli solari trasparenti da 16 cm2 dotati di un'efficienza di conversione del 15,8% e in grado di mantenere una trasmittanza visibile media del 20%.
Gli ultimi progressi della ricerca sul fotovoltaico trasparente
Arriva dalla Corea del Sud e più precisamente dall’Ulsan National Institute of Science & Technology (UNIST) l’ultimo progresso in materia di pannelli fotovoltaici trasparenti. Un gruppo di scienziati della Facoltà di Ingegneria Energetica e Chimica ha realizzato un nuovo tipo di cella solare in silicio trasparente e di colore neutro, che promette di divenire una tecnologia chiave per l’industria energetica di domani.
Il mini fotovoltaico trasparente creato a partire da tale cella ha infatti raggiunto un’efficienza di conversione del 15,8% pur mostrando la capacità di lasciarsi attraversare dal 20% della luce incidente.
Celle solari trasparenti: cosa sono e come funzionano?
Le celle solari trasparenti sono dispositivi fotovoltaici che combinano i vantaggi della trasparenza visibile e della conversione della luce in elettricità. Basate perlopiù su materiali organici, coloranti e perovskiti, queste celle stanno emergendo come potenziali elementi per la produzione elettrica integrata negli edifici, nei veicoli o nei dispositivi mobili. Un concetto allettante ma che, fino a ieri, si basava su un preciso compromesso tra l’efficienza di conversione fotovoltaica e la trasparenza visibile. In altre parole più la cella era trasparente, minore era la produzione energetica.
I primi grandi progressi in questo campo si sono ottenuti anche grazie al lavoro svolto dall’UNIST sul silicio cristallino (c-Si), materiale fotovoltaico numero uno, ma naturalmente opaco.
L’assottigliamento del c-Si è stato per lungo tempo considerato un metodo per aumentare la trasparenza dei dispositivi perché l’intensità della luce trasmessa attraverso un materiale è generalmente inversamente proporzionale allo spessore del materiale stesso. Uno degli inconvenienti di questo approccio? Il film sottile di silicio assume una tonalità rossastra (leggi anche Pannelli fotovoltaici colorati, dai moduli rossi a quelli bianchi).
Nel 2020 alcuni ricercatori dell’UNIST, guidati dal professor Kwanyong Seo, hanno tentato un approccio alternativo per raggiungere la trasparenza “neutra”. Nel dettaglio hanno posizionato su un wafer di c -Si spesso 200 μm una speciale microstruttura; quest’ultima era caratterizzata da piccolissimi fori, una sorta di finestre di trasmissione della luce, invisibili all’occhio umano. Con un risultato unico a livello estetico (vedi foto) e un’efficienza di oltre il 12%.
Dalla cella ai pannelli solari trasparenti
Da allora la ricerca sui pannelli solari trasparenti ha accelerato, tentando diversi approccio e mischiando diversi materiali. Ma una delle sfide più grandi è rimasta la capacità di scalare la cella in moduli.
È qui che entra in gioco il nuovo studio dell’UNIST, guidato sempre dal professor Kwanyong Seo. “Le celle solari trasparenti hanno un potenziale sostanziale come generatori di energia continua, consentendone l’uso in situazioni in cui i dispositivi convenzionali potrebbero non essere fattibili”, si legge nella loro pubblicazione su PNAS. “Tuttavia, la ricerca volta a modularizzare le celle trasparenti allo scopo di regolare la tensione e la corrente complessive che producono – un passaggio fondamentale verso l’applicazione pratica – è ancora nelle sue fasi iniziali”.
Il team ha ottenuto un pannello fotovoltaico trasparente ad alta efficienza, incolore e trasparente come il vetro introducendo un design “tutto a contatto posteriore”. In altre parole tutti i componenti della cella – unità in silicio cristallino – sono stati posizionati sul retro.
Pannelli fotovoltaici trasparenti, quanto sono efficienti?
Il risultato? Un pannello fotovoltaico trasparente di 16 cm2, in grado di convertire il 15,8% della luce incidente in elettricità, vantando una trasmittanza del 20%. Il mini modulo è riuscito a caricare uno smartphone utilizzando la luce solare naturale. E ha anche dimostrato la possibilità che uno schermo di un piccolo dispositivo mobile possa essere impiegato come fonte di energia.
“Questo studio ha risolto fondamentalmente il problema estetico dell’attuale metodo di modularizzazione delle celle solari attraverso la progettazione della nuova struttura del dispositivo”, hanno affermato il ricercatore Jeonghwan Park e il professore associato di ricerca Kangmin Lee. “Ha presentato la possibilità che le celle solari in silicio trasparenti possano essere utilizzate in vari settori, come piccoli dispositivi, edifici e vetri per automobili”.
Pannelli fotovoltaici trasparenti: le applicazioni
Il fotovoltaico trasparente gode di un ampio spettro di applicazioni possibili. Uno dei primi campi in cui è stato testato è ovviamente quello edilizio. Pannelli fotovoltaici trasparenti per coperture, pergolati o facciate possono dare una mano alla gestione energetica mantenendo inalterata l’estetica dell’immobile. Secondo studi di settore sostituire con pannelli solari trasparenti da 30 W le finestre di un edificio con un rapporto finestra-parete del 55%, potrebbe permettere all’edificio stesso di soddisfare il 40% dei propri consumi elettrici.
Ma il fotovoltaico trasparente ha anche ottime chance commerciali nel settore dei trasporti. Se applicato ai finestrini dei veicoli, potrebbe regalare una piccola spinta ai mezzi elettrici o aiutare a regolare la temperatura durante le soste nelle giornate più bollenti azionando una ventola elettrica, anche quando il motore del veicolo è spento.
Un altro esempio d’applicazione per i pannelli fotovoltaici trasparenti sono le serre. Moduli che non interferiscono con la fotosintesi vegetale, (ma al contrario la favoriscono) possono dar vita a fattorie intelligenti che controllano e regolano automaticamente le condizioni delle piante, la temperatura e l’umidità tramite un sistema Internet of Things (IoT) autoalimentato.
