MIT: ecco i pannelli solari del futuro

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Trasformare l’energia solare in energia elettrica, con un rendimento otto volte migliore che in passato. È ciò che sono riusciti a realizzare alcuni ricercatori del MIT, che hanno scoperto un modo inusuale, molto efficiente e forse meno caro di trasformare l’energia solare in elettricità. Il loro sistema, descritto in un articolo pubblicato l’1 maggio scorso sulla rivista online Nature Materials, è in grado infatti di produrre energia con un rendimento di circa otto volte più alto mai registrato su dispositivi termoelettrici solari. Il sistema sfrutta la differenza di temperatura di circa 200 gradi tra l'interno del dispositivo e l'aria ambientale.

“Il concetto è molto radicale", ha spiegato Chen Gang, professore di Power Engineering al MIT ‘Carl Richard Soderberg’, direttore dei Pappalardo Micro and Nano Engineering Laboratories e coautore della nuova relazione insieme al dottorando del MIT Daniel Kraemer e ai collaboratori provenienti dal Boston College e dalla GMZ Energy. Il lavoro è finanziato dal Solid-State Solar-Thermal Energy Conversion Center.

L’utilizzo dei sistemi ad elettricità termica solare non è un’idea nuova: essi consistono in genere in una serie di specchi orientabili che seguono il Sole ed indirizzano i suoi raggi su una piccola area. Il nuovo metodo, invece, utilizza dei pannelli piatti fissi simili ai tradizionali pannelli solari, e non necessita di sistemi di localizzazione. Analogamente alle celle fotovoltaiche in silicio che, quando colpite dalla luce solare, producono elettricità, il sistema di Chen è un dispositivo allo stato solido senza parti in movimento.

All'interno di una camera a vuoto di vetro, coperto da una lastra di rame nero, un generatore termoelettrico assorbe la luce solare, ma non la ri-irradia sotto forma di calore, mentre l'altro lato del generatore è a contatto con le temperature ambientali. Posto al sole - anche non direttamente – in poco tempo tutto il gruppo si riscalda. Il dispositivo richiede molto meno materiale rispetto ai comuni pannelli fotovoltaici, risultando così meno costoso da produrre, e può essere integrato anche nei sistemi ad acqua calda.

Gli scaldaacqua solari si vedono raramente negli Stati Uniti, mentre sono diventati in breve tempo un prodotto di grande successo in Cina e in Europa, dove forniscono alle famiglie acqua calda, e in alcuni casi anche il riscaldamento. Per costruire i generatori solari termoelettrici, realizzati mediante un processo nanostrutturato, sono stati utilizzati dei materiali sviluppati pochi anni fa nel laboratorio MIT di Chen ed in quello del coautore Zhifeng Ren, al Boston College.

Chen ha sottolineato che il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha in corso dei progetti per lo sviluppo di sistemi termoelettrici, per lo più orientati allo sfruttamento del calore residuo prodotto dai motori di auto e camion. Secondo il professore di Power Engineering le applicazioni solari per questi dispositivi potranno "svolgere un ruolo importante" anche nella riduzione delle emissioni di carbonio.

Li Shi, professore associato di ingegneria meccanica all'Università di Austin (Texas), ha spiegato invece che questo approccio alla produzione di elettricità è "molto nuovo, semplice e facile per l'implementazione a basso costo, ed il livello di efficienza dimostrato finora - il 4,6% - è già davvero impressionante".

"Con l’utilizzo di altri nuovi materiali termoelettrici che possono agire ad una temperatura più elevata – ha aggiunto Shi - l'efficienza può essere migliorata ulteriormente e competere con quella delle più moderne celle solari in silicio amorfo, e ciò può fornire un approccio diverso al raggiungimento dell’obiettivo di 1 dollaro per watt per la conversione energia solare-energia elettrica".

Antonino Neri

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