Il professore associato del MIT Marc Baldo (a sinistra) e lo studente post-dottorato Shalom Goffri mostrano alcuni concentratori solari organici. © Donna Coveney/MIT Se hai installato pannelli solari sul tetto, è probabile che tu l'abbia fatto più per aiutare l'ambiente che per risparmiare denaro sulla bolletta elettrica. Con l'attuale costo della tecnologia solare, possono volerci molti anni anche solo per iniziare a recuperare il tuo investimento. Una nuova interpretazione di una tecnologia di energia solare esistente potrebbe cambiare le cose.
I pannelli solari utilizzano semiconduttori, solitamente a base di silicio, trasformare la luce del sole in elettricità. Questi semiconduttori funzionano come celle fotovoltaiche:quando la luce solare colpisce la cella, il silicio assorbe l'energia nelle onde luminose. Questa energia eccita gli elettroni nel silicio, che si staccano. Gli elettroni a flusso libero diventano elettricità (vedi Come funzionano le celle solari per saperne di più). Questa configurazione è intrinsecamente costosa perché, primo, i semiconduttori sono costosi, e secondo, perché non è molto efficiente. Parte dell'energia del sole viene persa per il calore, e molto non colpisce affatto le celle solari perché il sole non è stazionario. Ciò significa che sono necessarie molte celle per generare una quantità significativa di elettricità.
Una soluzione a questo problema attualmente in fase di sperimentazione è l'uso di inseguitori solari . Questi sono pannelli mobili di specchi che tracciano il sole nel cielo, proiettando la luce sulle celle solari. Questo ottiene più luce solare nel sistema, ma gli inseguitori solari sono estremamente costosi, e non solo perché si muovono. Questo metodo di dirigere grandi quantità di luce solare tende a surriscaldare le celle di silicio, che richiedono l'installazione di costosi sistemi di raffreddamento.
Un'altra soluzione al problema dell'efficienza nei pannelli solari è il concentratore solare. Questo è un metodo meno costoso, ed è quello che i ricercatori del Massachusetts Institute of Technology hanno recentemente migliorato in un modo che potrebbe rivoluzionare la tecnologia dell'energia solare. Potremmo installare questi nuovi concentratori solari luminescenti come finestre nelle nostre case - finestre che generano l'energia per far funzionare le nostre luci, i nostri condizionatori e i nostri elettrodomestici. E potremmo farlo molto presto.
In questo articolo, scopriremo cosa fa un concentratore solare luminescente (LSC), come funziona e perché è più efficiente e meno costoso delle vecchie tecnologie solari. Vedremo come potrebbero essere utilizzati gli LSC e quando potrebbero arrivare sul mercato commerciale.
Primo, come concentri esattamente la luce del sole?
I concentratori solari possono essere utilizzati per aumentare l'efficienza dei pannelli solari esistenti. Nicolle Rager Fuller/NSF UN concentratore solare fa esattamente quello che suggerisce il suo nome:prende la luce del sole che colpisce un'ampia area e la raggruppa insieme. La parte più interessante del sistema è che non si limita a concentrare la luce solare; dirige anche quella luce solare verso un punto molto specifico, posizione più piccola.
A differenza di un inseguitore solare, un concentratore solare è stazionario. I componenti principali nel design tradizionale sono la plastica, molecole di colorante e celle solari. Una varietà di molecole di colorante viene spruzzata su un foglio di plastica. Ai bordi esterni della plastica ci sono le celle solari.
La combinazione di plastica e coloranti funziona come a guida d'onda . Una guida d'onda è un qualsiasi dispositivo che intrappola la luce e quindi sposta quelle onde luminose lungo un percorso verso una particolare destinazione. In questo caso, quando la luce colpisce la plastica, i coloranti lo assorbono. L'energia del sole viene così trasferita al colorante, facendo sì che gli elettroni in quelle molecole saltino a un livello di energia più elevato. Quando gli elettroni ricadono a un livello energetico inferiore, le molecole di colorante rilasciano quell'energia nel foglio di plastica, dove si incastra. In un processo chiamato riflessione interna totale , la luce può sfuggire alla plastica. Rimbalza semplicemente nel materiale, alla fine si fa strada verso la superficie esterna. Sulla superficie esterna, le celle solari sono in attesa di assorbire la luce e generare elettricità.
Un concentratore solare non richiede un sistema di raffreddamento, e non ci sono parti in movimento, rendendolo meno costoso di un inseguitore solare. C'è uno svantaggio nel design tradizionale, anche se. Mentre l'energia luminosa rimbalza nella plastica, a volte viene riassorbito nelle molecole di colorante e finisce per essere emesso sotto forma di calore. Questa energia, poi, non arriva mai alle celle solari.
I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno apportato alcune modifiche primarie al sistema per renderlo più efficiente e persino meno costoso. Lo chiamano il concentratore solare luminescente (LSC). Primo, scambiavano la plastica con il vetro. Il vetro è più facile da produrre, e apre nuove possibilità in termini di applicazioni, ne parleremo più avanti. Hanno anche aggiunto un nuovo elemento che elimina la perdita di energia per il riassorbimento.
L'LSC è composto da una lastra di vetro rivestita con particelle di colorante. Praticamente funziona come la vecchia versione in plastica tranne che per due aggiunte. Primo, un tipo di alluminio chiamato tris (8-idrossichinolina) viene aggiunto alla miscela di molecole di colorante. Queste molecole di alluminio fanno sì che i coloranti emettano onde luminose a una frequenza che i coloranti non possono assorbire. In questo modo, nessuna luce viene persa per il riassorbimento mentre si dirige verso le celle solari ai bordi del vetro.
In questo sistema, 10 volte più della luce solare che colpisce il pannello viene convertita in elettricità rispetto a un pannello solare tradizionale [Fonte:Economist]. Ogni cella solare è esposta a molta più luce solare, il che significa che sono necessarie meno celle di silicio e il costo si riduce.
Quanto in basso? I ricercatori non stanno mettendo un importo in dollari sul prodotto, ma è sicuramente più economico degli inseguitori solari. Con una maggiore efficienza, sarà anche in grado di generare più elettricità per dollaro rispetto ai pannelli solari che vedi ora sui tetti delle persone. Retrofit sugli attuali sistemi di pannelli solari, i concentratori solari luminescenti potrebbero aumentare l'efficienza del 50 percento [Fonte:ScienceDaily]. Di gran lunga l'aspetto più sorprendente del prodotto, anche se, deriva dall'uso del vetro:realizzando finestre con questi LSC, il vetro che lascia entrare la luce del sole nelle nostre case e negli uffici potrebbe anche generare l'energia di cui abbiamo bisogno per gestire quegli spazi.
Non siamo ancora arrivati, anche se. Il più grande ostacolo all'introduzione di queste finestre a energia solare nelle nostre case è la longevità. Infatti, il prototipo LSC dura solo circa tre mesi [Fonte:TreeHugger]. Il gruppo del MIT sta lavorando per fare in modo che il pannello mantenga la stabilità per i circa 10 anni che le persone si aspettano che questi tipi di dispositivi durino. Ma è abbastanza vicino:possiamo aspettarci che i concentratori solari luminescenti saranno disponibili per la vendita entro tre anni [Fonte:MIT].
Per maggiori informazioni sui concentratori solari luminescenti e sull'energia solare in generale, controlla i link nella pagina successiva.
