Fotovoltaico con accumulo termico integrato, innovazione svedese
Arriva dalla Svezia il nuovo fotovoltaico con sistema di raffreddamento incluso nella struttura. Un gruppo di scienziati della Chalmers University of Technology, a Goteborg, ha realizzato una cella solare con accumulo termico che potrebbe migliorare l’efficienza complessiva della tecnologia. Superando alcuni limiti convenzionali.
Perdita di termalizzazione, come risolvere il problema?
L’innovazione del team affronta un problema preciso del fotovoltaico: la perdita di termalizzazione o di calore. Di cosa si tratta? Di un fenomeno che si verifica quando una cella assorbe fotoni con energia maggiore del band gap del proprio semiconduttore. In questo caso l’energia in eccesso viene convertita in calore e persa. Rappresentando un doppio svantaggio. Da un lato in termini di minore efficienza di conversione. Dall’altro per gli effetti negativi che le temperature elevate possono giocare sulla durata di vita dei pannelli.
Un problema sostanziale che può essere minimizzato con un’architettura tandem multigiunzione. Ma se la giunzione rimane singola? È qui che entra in gioco il lavoro della Chalmers.
MOST: filtro ottico e sistema di raffreddamento per le celle fotovoltaiche
Il dispositivo ibrido realizzato dal gruppo di ingegneri e chimici si compone di una cella fotovoltaica in silicio posizionata sotto un sistema di accumulo di energia solare termica molecolare (MOST– molecular solar thermal). Il MOST contiene una soluzione di molecole organiche fotocommutabili, ossia in grado di modulare le proprietà chimico-fisiche mediante l’illuminazione con luce di specifica lunghezza d’onda. Queste molecole scorrono attraverso un chip microfluidico e assorbono specificatamente i fotoni blu e ultravioletti (tipicamente inferiori a 450 nm), convertendosi in fotoisomeri metastabili ad alta energia. L’energia così immagazzinata può essere utilizzata come fonte di riserva o per la produzione di energia termoelettrica.
Ovviamente il MOST è trasparente a lunghezze d’onda superiori a 450 nm, permettendo quindi alla maggior parte dei fotoni rilevanti di raggiungere la cella solare in silicio sottostante. Nel contempo questo sistema di accumulo “riduce il riscaldamento termico della cella filtrando i fotoni ad alta energia e raffreddando attivamente il chip microfluidico; il che migliora la conversione dell’energia solare in potenza“, spiegano gli scienziati.
Facendo funzionare le celle a temperature più basse, si estende la loro durata di vita. E si determina nel complesso una maggiore sostenibilità della stessa tecnologia fotovoltaica. Pertanto questo miglioramento può influenzare positivamente il ritorno energetico sull’investimento (EROI).
Efficienza al 14,9% per la cella solare con accumulo termico integrato
I test eseguiti dal gruppo di scienziati e scienziate hanno dimostrato che la speciale cella solare con accumulo termico integrato riesce a immagazzinare fino al 2,3% dell’energia solare come energia chimica. Comportando una diminuzione della temperatura superficiale della cella di circa 8 °C in condizioni di irraggiamento solare standard. Non solo. Il sistema ibrido ha dimostrato un’efficienza di utilizzo solare del 14,9%: 0.2 punti percentuali in più rispetto ad un sistema senza MOST. Per gli ingegneri si tratta del primo passo per raggiungere percentuali di conversione ancora maggiori nei futuri dispositivi FV ibridi avanzati.
La ciliegina sulla torta? Il sistema MOST è costituito da elementi come carbonio, idrogeno, ossigeno, fluoro e azoto, evitando pertanto l’impiego di materiali rari e costosi.
I risultati dello studio, dal titolo “Hybrid solar energy device for simultaneous electric power generation and molecular solar thermal energy storage” sono stati pubblicati su Joule.
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