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Dalla California celle solari che si raffreddano da sole e durano più a lungo

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Gli scienziati potrebbero aver trovato una risposta al problema del surriscaldamento delle celle solari, in modo da migliorarne l’efficienza e prolungarne la durata.

La soluzione arriverebbe da un team di ricerca capitanato da Shanhui Fan, un professore di ingegneria elettrica presso la rinomata università di Stanford della California. L’idea, spiegano gli esperti, è quella di aggiungere sulla superficie delle comuni celle solari uno strato di vetro di silice appositamente modellato.

Il progetto è stato descritto sul primo numero della rivista Optical Society.

Le celle solari sono tra le tecnologie rinnovabili più utilizzate attualmente sul mercato. Anche se sono facilmente disponibili, però, questi dispositivi devono far fronte a una serie di problematiche.

Non tutta la luce solare, infatti, riesce a essere convertita in energia elettrica, disperdendosi sotto forma di calore. Sulla rivista, ad esempio, si legge come le classiche celle fotovoltaiche, in condizioni normali, possano raggiungere, e in alcuni casi anche superare, temperature di 55 gradi Celsius.

Condizioni che però possono incidere negativamente sulla durata delle celle. Per ogni grado Celsius di aumento della temperatura, si apprende, l’efficienza di una cella solare diminuisce di circa mezzo punto percentuale e il tasso di invecchiamento raddoppia per ogni aumento di circa 8 gradi di temperatura.

Per ovviare a questo problema e raffreddare la superficie delle celle solari, si può ricorrere a liquidi refrigeranti o sistemi di ventilazione. Soluzioni che, però, fanno lievitare i costi inerenti alla manutenzione della struttura.

pannelli fotovoltaici

I ricercatori hanno così pensato di proporre un nuovo tipo di approccio al problema, pensando a un design che potesse consentire un raffreddamento di tipo passivo.

La soluzione è la creazione di piccole strutture piramidali a forma di cono, costruite su un sottile strato di vetro di silice che hanno il compito di reindirizzare il calore eccessivo, attraverso l’atmosfera, sotto forma di radiazione infrarossa.

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Questo nuovo approccio, secondo i ricercatori, consentirebbe di abbassare passivamente la temperatura di esercizio delle celle solari, migliorando l’efficienza della conversione della luce in energia e allungando il tempo di vita dei pannelli.

Il design più efficiente conosciuto fino ad oggi di semiconduttori in silicio, tengono a precisare gli studiosi, converte meno del 30% dell’energia ricevuta dal sole in corrente elettrica. L’energia solare non convertita genera calore di scarto che incide inesorabilmente sulle prestazioni delle celle fotovoltaiche.

Questo nuovo approccio consentirebbe di risparmiare ingenti somme di denaro utilizzate nel tentativo di ottenere miglioramenti in termini di efficienza.

La soluzione ideata si basa su alcuni principi inerenti le proprietà di base della luce. Diverse lunghezze d’onda rifrangono in maniera diversa, a seconda del tipo e della forma del materiale che attraversano.


I ricercatori hanno sfruttato questi principi di base per permettere alla luce di passare attraverso lo strato di silice aggiunto senza impedimenti, migliorando la quantità di energia catturata dalle celle solari.

Per testare la loro idea, gli studiosi hanno confrontato due diversi modelli di rivestimento di silice: una superficie piana di circa 5 millimetri di spessore e uno strato più sottile coperto con piramidi e micro-coni di pochi micron. Controllando con precisione la larghezza e l’altezza delle piramidi e dei micro-coni, si può rifrangere e reindirizzare lontano dalle celle solari solo le lunghezze d’onda infrarosse indesiderate.

Per adesso, i ricercatori stanno procedendo a fabbricare i dispositivi e ad eseguire prove sperimentali . Il passo successivo sarà quello di dimostrare l’efficacia del raffreddamento radiativo anche negli ambienti esterni.

(Foto in evidenza: engineering.stanford.edu; foto interna: images.gizmag)

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