Arrivano i nuovi pannelli solari: antenne nanometriche per un rendimento elettrico fino al 70%

Il progetto di una particolare tipologia di pannello solare caratterizzato da un rendimento pari al 70% nella capacità di conversione dei raggi solari in energia fruibile, sta facendo il giro del mondo: ideato dal professore di ingegneria chimica Brian Willis, dell'Università del Connecticut, il pannello solare con antenna nanometrica è dotato di potenzialità che permettono di funzionare anche in assenza di irraggiamento solare e nella notte, rendono curiosi scienziati e studiosi del fotovoltaico.

La ricerca sul fotovoltaico negli Usa ha prodotto un particolare dispositivo che presenta l'inserimento di particolari antenne di dimensioni nanometriche, le rectenne, le quali hanno la caratteristica intrinseca di lavorare ad una potenza ridotta, producendo energia elettrica sfruttando le lunghezze d'onda e gli infrarossi che la Terra emette durante la notte, e non solo le bande utilizzate dal silicio e dagli altri semiconduttori di cui sono costituiti i tradizionali pannelli solari installati nelle nostre abitazioni.

Come funziona il pannello solare con rendimento fino al 70%: una speciale rectenna

L'antenna nanometrica, segreto dell'elevamento delle prestazioni di conversione della luce solare, è costituita da allineamenti di segmenti di conduttori in grado di accumulare la corrente che riescono a captare: la rectenna, progettata da Brian Willis, permette di far passare la corrente al circuito, distante 1-2 nanometri fra loro, attraverso un elemento triangolare.

Con lo stesso procedimento gli elettroni attraversano lo spazio isolante tra la punta dell'elemento triangolare e l'elettrodo creando l'effetto tunnel, (realizzato con una giunzione di metallo isolatore) per il quale non possono più tornare indietro.  Infatti, il momento precedente all'inversione è troppo breve (alcuni nanosecondi) e l'elettrone è già lontano dalla punta del triangolo, captando fino al 70% dell'energia di ogni onda luminosa, e convertendola automaticamente da energia elettrica alternata a energia elettrica continua.

Il 44% dell' irraggiamento e della radiazione solare ha una lunghezza d' onda compresa fra lo 0,4 e il 0,7 mm, motivo per il quale per assorbirla in maniera ottimale, la rectenna deve funzionare fino a 600 THz, mentre finora le frequenze utilizzate arrivano fino a 150 THz, corrispondendo ad una lunghezza d' onda di 2 mm.

Il principio di base della rectenna: il raddrizzamento ottico

Il principio di base di funzionamento della rectenna è quello meglio conosciuto del "raddrizzamento ottico", un meccanismo in base al quale si utilizza la rectenna per convertire in energia elettrica la radiazione solare.

La rectenna è realizzata con materiali comuni come metalli semiconduttori, in modo tale che il processo di conversione della luce non avvenga per la banda visibile della luce solare, limite massimo delle prestazioni dei materiali semiconduttori, ma attraverso una banda di radiazione più ampia rispetto a quella tradizionale, comprendendo le radiazioni UV e gli infrarosso.

Consideriamo, inoltre che la rectenna presenta un'elevata resistenza alle alte temperature, permettendo di non ridurre la sua efficienza nei periodi più caldi dell'anno.

Il sistema ADL: assorbimento di tutte le radiazioni dagli UV agli infrarossi

Il progetto di questa particolare tipologia di pannello solare si sta adoperando per realizzare degli elementi dell'antenna con un gap di almeno un nanometro, affinché possa passare in maniera ottimale e creare l'effetto tunnel.

La soluzione è il sistema ALD, il quale depone, uno alla volta, degli strati di atomi di rame, per costruire gli elementi triangolari necessari e avvicinare l'antenna e circuito fino a 1,5 nanometri, una sorta di rectenna per infrarossi che cattura tutte le radiazioni solari, con elevate prestazioni di efficienza e sfruttando il rame o l'alluminio.

Avvio della produzione del pannello solare con rectenna: quando?

Al momento sono in fase di verifica i test che confermeranno la riuscita delle rectenne e del sistema ALD per poter realmente dare avvio alla produzione in via industriale di pannelli solari in grado di produrre energia elettrica durante il giorno e durante la notte, grazie allo sfruttamento degli infrarossi e delle radiazioni terrestri.

Schema della nanoantenna e degli elettroni)

                                    (Esempio di processo tra la nanoantenna e gli elettroni)

Autore Maria Francesca Massa

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