Esiste un potenziale enorme per termofotovoltaico residenziale con accumulo di essere economicamente fattibile, ma molto dipende dal costo dell’energia elettrica. A sostenerlo un nuovo studio redatto da tre ricercatori dell’Iowa State University of Science and Technology. Manish Mosalpuri, Fatima Toor e Mark Mba-Wright hanno per la prima volta condotto un’analisi tecnico-economica approfondita di un sistema termofotovoltaico abbinato a materiali a cambiamento di fase per l’accumulo di energia. Calcolandone la convenienza attraverso la simulazione in un tipico edificio residenziale. Ma prima di affrontare i risultati è necessario fare qualche passo indietro.
Cosa è e come funziona il termofotovoltaico?
Il termofotovoltaico (TFV) è una tecnologia che converte il calore in elettricità utilizzando un assorbitore/emettitore termico e una cella fotovoltaica abbinata. Le celle TFV funzionano sfruttando fonti di calore come l’energia solare, il calore di scarto, ecc.
L’energia termica viene catturata dall’assorbitore/emettitore, dispositivo solitamente a base di carburo di silicio policristallino, tungsteno, ossidi di terre rare oppure cristalli. L’emettitore che agisce come una sorta di filtro: assorbe i fotoni infrarossi come un corpo nero e li riemette corrispondenti al bandgap della cella fotovoltaica. Quest’ultima – a giunzione singola o tandem – è solitamente a base di materiali III–V, ottimizzati per temperature dell’emettitore comprese tra 1.900–2.400 °C. Segue un dispositivo di raffreddamento.
Allo stato attuale, le celle termofotovoltaiche hanno raggiunto un’efficienza di conversione record del 44% a 1.435°C.
Analisi tecnico-economica di un impianto termofotovoltaico residenziale
Lo studio statunitense ha fornito un nuovo spunto per la fattibilità economica del termofotovoltaico integrato con l’energia solare e i sistemi di accumulo, evidenziandone le potenzialità per le future applicazioni energetiche. Nel dettaglio i ricercatori hanno calcolato e ottimizziamo il costo livellato dell’energia consumata (LCOE) e costo livellato dell’elettricità (LCOEel) in scenari diversi per un tipico edificio residenziale a Boone, nell’Iowa. Il loro modello ha incluso tre fonti di energia – fotovoltaico, rete elettrica e gas naturale -, una caldaia a gas, due accumulatori termici: -a bassa ed alta temperatura -, un’unità di generazione di energia (il termofotovoltaico) e una pompa di calore.
Quindi il gruppo ha elaborato quattro scenari caratterizzati da variazioni nei principali fattori finanziari, quali il costo del capitale, i tassi di inflazione del carburante e dell’elettricità e i costi di capitale associati ai sistemi di accumulo di energia ad alta temperatura e di produzione di energia.
“I risultati hanno rivelato una leggera riduzione sia dell’LCOE che dell’LCOEel, rispetto alle stime iniziali, rispettivamente a 0,038 e 0,128 dollari per kilowattora. L’analisi includeva anche una valutazione dell’incertezza di Monte Carlo, che esaminava come diverse variabili possano influenzare questi costi nel tempo. I risultati hanno suggerito che, mentre la tecnologia termofotovoltaica possiede un potenziale economico significativo, l’LCOEel attualmente supera il prezzo medio dell’elettricità”.
Le ricerca è stata pubblicata su Journal of Photonics for Energy (testo in inglese)
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