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Celle solari più efficienti e durature sono possibili grazie al vetro

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Le celle solari auto-raffreddanti, più durature e più efficienti sono a portata di mano semplicemente aggiungendo un sottile strato di vetro.

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Un documento pubblicato oggi sulla rivista online Optica delinea una possibile soluzione per un migliore accesso all'energia solare.

Le celle solari funzionano convertendo la radiazione solare in energia. Attraverso questo processo, ci si aspetta una certa quantità di perdita di energia.

Ma una quantità sorprendente di energia viene persa a causa del surriscaldamento delle celle solari. Questo limita la capacità della cella di produrre elettricità e ne riduce la durata di vita.

Battere il calore

Il team di ricerca della Stanford University in California ha scoperto che quando un sottile strato di vetro di silice incorporato con minuscole strutture a cono e piramide è posto sopra le celle solari di silicio, la temperatura di funzionamento delle celle è scesa drasticamente.

Guidati dal Professore di Ingegneria Elettrica Shanhui Fan, i ricercatori hanno scoperto che questo strato di vetro reindirizza il calore indesiderato attraverso l'atmosfera e nello spazio.

Eliminando la radiazione infrarossa in eccesso, le celle solari rimangono fresche e sono più efficienti nel convertire i raggi solari in energia.

L'autore principale sulla carta, il candidato di dottorato in fisica Linxiao Zhu, ha detto che la scoperta potrebbe portare allo sviluppo di pannelli solari più convenienti, rendendoli una migliore alternativa di energia rinnovabile.

"Abbassare la temperatura delle celle solari porta ad una maggiore efficienza operativa", ha detto Zhu.

"Inoltre, una temperatura di esercizio più bassa per le celle solari porta ad una durata di vita significativamente più lunga, riducendo così il costo dell'energia di un sistema

Ridurre lo spreco di energia

Secondo la carta, il limite massimo di efficienza di conversione di potenza per una singola cella di silicio è di circa il 33,7%. Man mano che la cella si riscalda, l'efficienza diminuisce - circa mezzo punto percentuale per ogni grado di aumento della temperatura.

I costi dei metodi attivi per il raffreddamento delle celle solari - come la ventilazione o i liquidi refrigeranti - superano i benefici. Finora, quindi, la perdita di efficienza dovuta al surriscaldamento non è stata ancora risolta.

Questo metodo passivo funziona utilizzando le diverse lunghezze d'onda della radiazione solare. La luce visibile nello spettro è la migliore per trasportare energia, mentre l'infrarosso porta più calore.

I ricercatori hanno calcolato che "allontanando" la radiazione infrarossa usando il vetro di silice, il calore si abbassa senza influire negativamente sulla quantità di luce visibile che la cella solare può assorbire.

"Abbiamo ideato un design ottimale costituito da piramidi di silice in microscala", ha detto il professor Fan.

"Questo permette di massimizzare la potenza di raffreddamento tramite il meccanismo di raffreddamento radiativo, pur rimanendo trasparente alle lunghezze d'onda della radiazione solare"

Andrew Blakers dell'Australian National University ha detto che, mentre gli autori di questo studio hanno una solida base teorica, è improbabile che questo modello sia fattibile nel mondo reale.

"Purtroppo, i confronti nel documento sono tra strutture speciali e celle solari nude, piuttosto che con celle incapsulate [e] celle solari nude non vengono mai utilizzate sul campo", ha detto Bakers, che è il direttore del Centre for Sustainable Energy Systems (CECS) dell'ANU.

"Il superstrato di vetro standard ha molte funzioni tra cui tenacità, resistenza ai graffi, resistenza strutturale, resistenza all'ingresso dell'umidità, adesione all'EVA/silicone.

"Il superstrato di vetro deve essere evitato perché causa un eccessivo assorbimento parassitario della radiazione termica - dovrebbe essere sostituito da un substrato per rendere il modulo autoportante"

Il professore associato Ben Powell dell'Università del Queensland ha detto che, sebbene questo approccio sia una possibilità entusiasmante, il costo potrebbe superare i benefici.

"Se non può essere fatto abbastanza a buon mercato, allora l'energia elettrica extra guadagnata dai guadagni di efficienza e il risparmio dei costi di sostituzione delle celle solari non pagherà per il rivestimento - nel qual caso nessuno sarà interessato ad usarlo", ha detto il fisico.

"E' un'idea molto elegante e promettente, ma c'e' molta strada da fare prima di trovarla sul tetto."

Ciononostante, gli autori dell'articolo sono fiduciosi che lo sviluppo futuro è possibile. Secondo Linxiao Zhu, il passo successivo è applicare questa ricerca alle applicazioni pratiche.

"Abbiamo convalidato questo progetto con metodi numerici estremamente accurati e ora stiamo lavorando per dimostrare sperimentalmente i primi prototipi", ha detto.

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