Qual è l’efficienza dei pannelli solari trasparenti?
Immagina un mondo in cui potremmo generare elettricità utilizzando la superficie dei nostri finestrini, smartphone, il tettuccio della nostra auto o il tetto di vetro del nostro edificio per uffici. Quello che suona come un sogno lontano, sta per diventare realtà grazie ai pannelli solari trasparenti. I pannelli solari convenzionali, più specificamente i pannelli solari fotovoltaici, assorbono la luce solare e convertono i fotoni (particelle di luce solare) in energia utilizzabile. La difficoltà con la realizzazione di pannelli solari trasparenti è che la luce solare passa attraverso il materiale trasparente. Ciò significa che il processo che genera l’elettricità nella cella solare non può essere avviato perché non viene assorbita luce.
Questo articolo presenta due interessanti tentativi per superare questo ostacolo: pannelli parzialmente trasparenti e pannelli completamente trasparenti che impiegano sali organici, descrivendo in dettaglio i vantaggi e gli svantaggi di pannelli solari di questo tipo.
Il solare trasparente in teoria
Per chi ha anche una vaga conoscenza di come funzionano i pannelli solari, il concetto di pannello solare trasparente potrebbe sembrare assurdo. I pannelli solari assorbono l’energia solare e la convertono in elettricità. Come può un pannello assorbire contemporaneamente l’energia solare consentendone il passaggio?
Il concetto è semplice: catturare lo spettro UV invisibile lasciando passare lo spettro visibile.
Sebbene sarebbe impossibile che tali pannelli siano efficienti quanto i pannelli opachi, i ricercatori sostengono che poiché i pannelli trasparenti potrebbero sostituire le finestre esistenti, potrebbero compensare l’inefficienza con il volume.
Pannelli solari parzialmente trasparenti
Heliatek GmbH, un’azienda tedesca, ha sviluppato pannelli solari parzialmente trasparenti, che assorbono il 60% della luce solare che ricevono. L’efficienza di questi pannelli è del 7,2%, rispetto a un’efficienza del 12% per i tradizionali pannelli solari fotovoltaici di questo produttore.
L’efficienza è ridotta perché solo il 60% della luce viene assorbita dal pannello mentre il restante 40% viene trasmesso attraverso il pannello. Heliatek mostra qui come la produzione di energia solare può essere regolata regolando l’equilibrio tra luce trasmessa e assorbita.
Gli edifici per uffici con ampie superfici vetrate esposte a sud utilizzano già il vetro colorato per ridurre la luce solare trasmessa. I pannelli solari parzialmente trasparenti hanno un alto potenziale commerciale per situazioni come queste.
Pannelli solari completamente trasparenti
Una svolta raggiunta dalla Michigan State University, dove gli scienziati hanno prodotto un pannello solare completamente trasparente che ricorda il vetro normale, potrebbe tuttavia soddisfare questa esigenza.
Il pannello solare completamente trasparente potrebbe per definizione non assorbire la luce solare visibile. Tuttavia, i ricercatori della Michigan State University hanno utilizzato sali organici che assorbono specifiche lunghezze d’onda invisibili della luce, come la luce ultravioletta. Questa luce viene quindi trasformata e il materiale del pannello la sposta ai suoi bordi, dove strisce di celle solari fotovoltaiche la convertono in elettricità.
La versione neutra del dispositivo è stata realizzata con un elettrodo di ossido di indio e stagno. Un elettrodo d’argento ha migliorato l’efficienza al 10,8%, con una trasparenza del 45,8%. Tuttavia, la tinta leggermente verdastra di quella versione potrebbe non essere accettabile in alcune applicazioni per finestre.
Entrambe le versioni possono essere prodotte su larga scala, utilizzando materiali meno tossici di altre celle solari trasparenti.
Le celle solari organiche trasparenti possono anche essere personalizzate per le latitudini locali, sfruttando il fatto che sono più efficienti quando i raggi del sole le colpiscono ad angolo perpendicolare. Possono anche essere posizionati tra i vetri delle finestre con doppi vetri.
Qual è l’efficienza dei pannelli solari trasparenti?
L’efficienza dei pannelli solari completamente trasparenti è attualmente di circa l’1% con un potenziale stimato del 5%. Rispetto all’efficienza media del 15% per i pannelli solari convenzionali, le efficienze rispettivamente del 5% e del 7,2% per i pannelli completamente e parzialmente trasparenti sono ancora piuttosto basse.
Tuttavia, l’efficienza dei pannelli solari non significa tutto. In pratica significa solo che il pannello meno efficiente deve essere più grande di quello più efficiente per produrre la stessa quantità di elettricità. Poiché i pannelli solari trasparenti possono essere integrati nelle finestre degli edifici, significa che la minore efficienza è sovracompensata dalle potenziali aree di impiego.
Questi pannelli solari trasparenti possono essere facilmente installati in una varietà di ambienti, dai grattacieli con grandi finestre a un dispositivo mobile come un telefono, un laptop o un e-reader. Poiché queste finestre a energia solare possono semplicemente sostituire le tradizionali finestre di vetro negli uffici e nelle case, la tecnologia ha il potenziale per trasformare virtualmente ogni edificio in Italia e nel mondo in un produttore di energia solare.
C’è ancora molta strada da fare prima che i pannelli solari trasparenti diventino realtà, ma se le innovazioni introdotte in questo articolo possono essere ridimensionate e prodotte in modo più economico, allora il sogno apparentemente lontano di un “futuro a energia solare” non è così lontano lontano.
Come funzionano le finestre che fungono da pannelli solari?
Un pannello solare trasparente è essenzialmente un’idea controintuitiva perché le celle solari devono assorbire la luce solare (fotoni) e convertirli in energia (elettroni). Quando un vetro solare è trasparente, la luce solare passerà attraverso il mezzo e vanificherà lo scopo di utilizzare la luce solare. Tuttavia, questa nuova tecnologia dei pannelli solari sta cambiando il modo in cui le celle solari assorbono la luce.
La cellula sfrutta selettivamente una porzione dello spettro solare invisibile ad occhio nudo, consentendo il passaggio della normale luce visibile. Per raggiungere questa meraviglia tecnologica, i ricercatori hanno sviluppato il concentratore solare luminescente trasparente (TLSC) invece di cercare di fare l’impossibile creando una cella di vetro fotovoltaica trasparente.
Il TLSC è composto da sali organici progettati per assorbire specifiche lunghezze d’onda della luce UV e infrarossa invisibili, che poi si illuminano (luminescono) come un’altra lunghezza d’onda invisibile. Questa nuova lunghezza d’onda viene quindi guidata fino al bordo della plastica della finestra, dove sottili strisce di celle solari fotovoltaiche la convertono in elettricità.
Una volta iniziata la produzione in serie di pannelli solari trasparenti, i ricercatori stimano che il TLSC dovrebbe essere in grado di fornire un’efficienza di circa il 10%. Questo potrebbe non sembrare un numero sconvolgente, ma su scala nazionale o globale, quando quasi tutte le finestre di una casa o di un edificio per uffici sono costituite da pannelli solari trasparenti, i risultati possono essere trasformativi.
