Batteria termica fotovoltaica, nuovi record nelle prestazioni
Le prestazioni delle celle fotovoltaiche possono essere influenzate negativamente dal calore generato dalla radiazione solare. Portando a perdite d’efficienza anche nell’ordine dell’10%-25%. Un gruppo di ricerca internazionale ha voluto trasformare questo problema in un’occasione di progresso. Come? Creando una speciale batteria termica fotovoltaica, un sistema ibrido in grado di prevenire il surriscaldamento delle celle sfruttando ai fini energetici proprio il “calore in eccesso”.
Non è la prima volta che si sente parlare di batterie solari o sistemi di accumulo in grado produrre elettricità dal sole. Tuttavia rispetto alle ricerche passate, il sistema ideato dagli scienziati della Chalmers University of Technology in Svezia e dell’Universitat Politècnica de Catalunya – Barcelona Tech, in Spagna, si basa su un approccio e un funzionamento nuovi.
Il gruppo, guidato dal professore Kasper Moth-Poulsen, ha creato la propria batteria termica fotovoltaica integrando sopra una cella solare in silicio cristallino un particolare dispositivo d’accumulo chiamato MOST (acronimo di MOlecular Solar Thermal).
Sistema d’accumulo MOST: come funziona?
Il sistema MOST è costituito da chip microfluidico in cui scorre una soluzione di molecole organiche fotocommutabili. Questa molecole riescono a immagazzinare la luce solare come energia chimica tramite un processo di fotoisomerizzazione.
Nel dettaglio, quando fotoni blu e ultravioletti ad alta energia (tipicamente <450 nm) colpiscono la superficie del MOST convertono le molecole madri in altre molecole con la stessa formula chimica ma ad alta energia. Quest’ultima può essere conservata “al loro interno” o impiegata come fonte di riserva, sia direttamente come calore, sia per la produzione termoelettrica. Una delle caratteristiche delle molecole MOST è che non interagiscono con gli altri fotoni, risultando trasparenti a lunghezze d’onda superiori superiori 450 nm.
In altre parole se posto sopra una cella solare, il sistema d’accumulo termico permette alla maggior parte dei fotoni rilevanti di raggiungere il wafer di silicio. E nel frattempo trattiene quelli ad alta energia che rappresentano la causa del surriscaldamento del fotovoltaico.
Accumulo termico a base di norbornadiene
La ricerca internazionale è riuscita non solo a creare una batteria termica fotovoltaica funzionante ma ha anche ottenuto prestazioni degne di nota rispetto allo stato dell’arte. “Studi precedenti su architetture ibride […] hanno mostrato efficienze combinate migliorate”, si legge nella pubblicazione su Joule. “Tuttavia, i dati sull’efficienza di accumulo dell’energia solare termica nei sistemi MOST segnalati risultava, variando solo dallo 0,5% all’1,1%. In questo lavoro, si ottiene […] fino al 2,3%, che è, per quanto ne sappiamo, un nuovo record mondiale”.
Il trucco? Aver impiegato come molecola organica un derivato del norbornadiene, che mostra buone prestazioni in diversi campi, compresa la resa quantica della fotoisomerizzazione.
Batteria termica fotovoltaica, quanto è efficiente?
Il nuovo dispositivo migliora significativamente la resa. I test sperimentali hanno raggiunto un’efficienza di accumulo del 2,3% per l’energia solare termica molecolare. L’integrazione di questo sistema ibrido può abbassare la temperatura delle celle fotovoltaiche di 8 °C, riducendo così le perdite di energia dovute al calore e aumentando l’efficienza del 12,6%. Il dispositivo combinato funziona con un’efficienza di utilizzo solare del 14,9%, che rappresenta un miglioramento rispetto ai due sistemi solari ibridi che operano in modo indipendente .
“Combinare l’energia fotovoltaica con l’accumulo termico molecolare non solo migliorerà l’efficienza energetica, ma contribuirà anche a ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e a minimizzare l’impatto ambientale associato ad altre forme di accumulo di energia, come le batterie basate su materiali rari e inquinanti”, spiega l’ateneo spagnolo. “Si prevede che questo dispositivo ibrido risponderà alla crescente domanda di energia pulita e di stoccaggio efficiente, segnando un ulteriore passo avanti nella transizione energetica”.