(Phys.org) —I pannelli solari termici sviluppati all'EPFL sono rivestiti con nuovi materiali unici e brevettati. I ricercatori hanno creato un rivestimento nero più forte che mantiene il suo colore originale e quindi le sue proprietà di assorbimento molto più a lungo rispetto ai pannelli tradizionali.

Come la maggior parte degli elementi di un edificio, la durata di vita di un pannello solare termico è compresa tra 25 e 30 anni. Per rallentare il processo di invecchiamento e mantenere le loro prestazioni, un team di ricercatori dell'EPFL ha, in rapida successione, migliorato il rivestimento nero utilizzato per i sensori termici e sviluppato un metodo originale e brevettato per depositare il rivestimento.

Il colore nero è l'elemento chiave dei pannelli termici perché può assorbire fino al 90% dell'energia che riceve. Però, col tempo, gli effetti della luce e del calore deteriorano il nero, e il pannello diventa meno efficiente. Gli ingegneri hanno sviluppato un processo innovativo che deposita strati sottili di 3 materiali diversi che sono più resistenti, più selettivo e meno tossico del cromo finora utilizzato. In quanto tale, questo nuovo materiale offre un'elevata durata all'aria aperta a temperature da 300° C a 400° C, evitando così l'uso di tubi sottovuoto in vetro, che sono costosi.

Un nuovo rivestimento nero

Martin Joly, del Laboratorio di Energia Solare e Fisica delle Costruzioni, ricercato un nuovo processo per la conversione dell'energia solare termica. Ha sviluppato un rivestimento nanocristallino che mostra un'eccezionale resistenza alle alte temperature. Abbandona il cromo nero che veniva utilizzato per i pannelli attualmente in commercio a favore di un composito multistrato di cobalto – per la sua resistenza alla corrosione, manganese – per il nero, e rame – per la sua conduttività termica.

"Volevamo sviluppare strati selettivi che assorbono bene la luce e che sono meno tossici del cromo. Ecco perché abbiamo seguito la scia di questi materiali". Gli strati depositati mediante un processo chimico vantano un'eccezionale resistenza al calore mai raggiunta con le tradizionali cromature. Infatti, possono resistere a temperature di 360 gradi Celsius senza deteriorarsi a contatto con l'aria.

Per un sensore piatto, la temperatura media effettiva è di circa 80° C, e in estate la temperatura può raggiungere i 200° C. Regolarmente esposti all'aria e all'umidità, il sensore deve durare 25 anni su un edificio, che non è così facile.

"La durabilità dei nostri materiali a temperature superiori a 360°C potrebbe interessare anche alle centrali termiche, " dice Andreas Schuler, che guida il gruppo di ricerca.

Dalle nanoparticelle ai prototipi in scala reale

Per colare i 3 diversi elementi in strati sottili ed omogenei, i ricercatori non hanno esitato a lavorare su vasta scala:"Durante la ricerca sulle nanoparticelle, normalmente usi i campioni. Per noi, abbiamo lanciato la sfida per rivestire tubi in acciaio inossidabile lunghi 2 metri, " spiega il ricercatore. Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati hanno dovuto costruire macchine adatte al loro progetto.

I materiali vengono depositati per immersione successiva, e ogni strato viene riscaldato per induzione che fa evaporare il carbonio e fissa gli elementi. "Abbiamo iniziato acquistando semplici resistori poi abbiamo provato l'induzione e ottenuto risultati che hanno superato di gran lunga le nostre aspettative, "dice il ricercatore.

Questo metodo ha il vantaggio di essere rapido, con un'efficienza energetica impressionante e una migliore qualità dei risultati. E gli strati sono perfettamente depositati e omogenei. Cosa c'è di più, è stato depositato un brevetto su questo nuovo metodo. Il lavoro condotto da Martin Joly è sfociato in due pubblicazioni. Uno in Energia solare , sui componenti neri privi di cromo e sulle loro proprietà ottiche, ha vinto il premio per la migliore carta dal 2012 al 2013.