Come funziona, quanto rende e le ipotesi sui costi del materiale che permette di costruire finestre fotovoltaiche senza rinunciare alla trasparenza.
In termini tecnici sono un nuovo tipo di concentratori solari luminescenti (LSC, Luminescent Solar Concentrators): in pratica, sonolastre di vetro o di materiale plastico nelle quali sono incorporatespeciali nanoparticelle che assorbono la luce solare e la trattengono all'interno della lastra. Poi, piccole celle solari lungo il perimetro della finestra - il suo telaio - raccolgono la luce intrappolata convertendola in elettricità.
In questo modo ogni finestra può diventare un generatore di elettricità, nel suo piccolo capace di contribuire all'alimentazione di computer, condizionatori, illuminazione e altri consumi di uffici e abitazioni. A un anno di distanza dai primi test, il sistema è stato sviluppato dall'Università di Milano-Bicocca in collaborazione con il Los Alamos National Laboratory.
IN CONTROTENDENZA. Negli ultimi anni gli studi sul fotovoltaico si sono orientati alla ricerca di soluzioni per alzare il rendimento delle celle, ossia la capacità di convertire la luce del Sole in energia elettrica. Oggi, il rendimento teorico di celle ad alta tecnologia è attorno al 25%, mentre i pannelli fotovoltaici in commercio lavorano in media con rendimenti tra il 9 e il 15%.
Il sistema sviluppato dall'Università Milano/Bicocca ha un rendimento medio del 3,5% per metro quadrato. È basso: più o meno un terzo o un quarto dei pannelli fotovoltaici in commercio. Ma l'idea alla base della ricerca è quella di avere un elemento attivo molto comune da poter usare direttamente in edilizia, che si tratti di una nuova costruzione o di una ristrutturazione, di un capannone, di un grattacielo o di un edificio residenziale: ogni metro quadro di superficie trasparente può diventare generatore di elettricità.
Oltre la tecnogia, la peculiarità di questa soluzione è infatti latrasparenza: non come quella di un vetro comune (incolore), ma abbastanza vicina, simile a quella di lenti grigio-brune per occhiali da sole, con due vantaggi. Il primo è estetico: permette di realizzare "vere finestre", anziché gli iper moderni pannelli a specchio che tappezzano le facciate dei grattacieli. Il secondo vantaggio è termico: la colorazione fa in parte da filtro e permette di ridurre l'energia necessaria al condizionamento estivo.
Schema di funzionamento di un concentratore solare luminescente a base di plexiglass e nanoparticelle. A destra: al centro un campione sotto illuminazione ambientale e in basso sotto illuminazione ultravioletta. L'immagine mostra come la luce sia emessa lungo i bordi del concentratore.
50 WATT AL METRO. La luce solare è catturata all'interno della struttura e convertita in elettricità (v. figura sopra). Da sottolineare è il potenziale di diffusione del sistema, che secondo i ricercatori può facilmente essere portato dal 3,5 al 5% di efficienza con lastre leggermente meno trasparenti e, in condizioni ottimali, generare così fino a 50 Watt per metro quadrato, interamente e subito utilizzabili sulla rete domestica tramite "inverter" o anche accumulatori domestici, quando saranno più pratici ed efficienti.
«È una tecnologia facilmente scalabile per la produzione industriale e potrebbe essere utilizzata fin da subito», commenta Sergio Brovelli (Univ. Milano Bicocca). «Con i nuovi nano-materiali è davvero possibile nel breve periodo realizzare finestre fotovoltaiche o altri elementi architettonici flessibili e semi-trasparenti, per convertire non solo i tetti ma tutte le parti di un edificio in generatori di energia solare.»
QUANTO COSTA. «Non esiste ancora una economia di scala per le nanoparticelle e per i dispositivi finali, e questo rende difficile stimare i costi reali», risponde a Focus.it Sergio Brovelli. «Chiaramente il mercato potenziale è enorme, il che porterà verosimilmente a costi accessibili: il costo aggiuntivo per l'inserimento di una lastra a concentrazione solare nell'intercapedine di una finestra a doppio vetro standard non dovrebbe maggiorare sostanzialmente il costo di fabbricazione del serramento.»
Londra, il grattacielo Shard.
SCENARI URBANI. La maggior parte delle vetrate dei grattacieli con facciate in vetro devono essere ricoperte con pellicole riflettenti per evitare il surriscaldamento degli ambienti interni, che comporterebbe costi di condizionamento elevatissimi sia in termini energetici che di spazio (i locali di condizionamento spesso occupano interi piani). Queste pellicole hanno un costo di svariate decine di euro al metro quadro. «La nostra tecnologia», conclude Brovelli, «permette di tagliare i costi per l'attenuazione passiva della luce solare e, al contempo, determina un risparmio reale grazie alla produzione di elettricità: sostituendo le vetrate di un grattacielo come lo Shard di Londra con questi concentratori si genererebbe l'energia sufficiente alla totale auto-sostenibilità di circa 300 appartamenti. Aggiungete il risparmio energetico derivante dal ridotto ricorso al condizionamento ambientale, e avete una tecnologia potenzialmente rivoluzionaria per le città a "energia zero" del futuro.»
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