Il fotovoltaico non ha più bisogno del sole per essere efficiente

Fotovoltaico e notturno sono due parole che, accoppiate, possono far sorridere molti. Come noto, infatti, questo diffusissimo sistema per produrre energia in maniera sostenibile, sfrutta la luce del sole che, se pure non sempre totalmente fruibile nelle ore diurne (per esempio, in giornate particolarmente nuvolose), di certo non è presente in quelle notturne. In molti ovviano a questo limite ricorrendo a sistemi di accumulo elettrochimico, che accumulano l'energia in eccesso prodotta durante il giorno per, poi, sfruttarla durante la notte (evitando, così, di ricorrere alla tradizionale rete elettrica per divenire, quindi, del tutto autosufficienti). 

(Grazie agli accumulatori elettrochimici è possibile sfruttare l'energia solare in eccesso pur senza avere la luce solare a disposizione)

In pochi sanno, invece, che già da qualche anno, Steven Novack, ricercatore all'Idaho National Laboratory, ha sviluppato un nuovo concetto di fotovoltaico, dove le parole fotovoltaico e notturno vanno davvero assieme e alla lettera. Va ovviamente da sé che si tratta di una tecnologia diversa rispetto al fotovoltaico che tutti conosciamo: il fotovoltaico notturno sfrutta, infatti, l'energia dei raggi infrarossi provenienti dal terreno e dalle nuvole. 

Com'è possibile? In pratica, circa la metà dell'energia solare arriva sul nostro pianeta sotto forma di raggi infrarossi, i quali sono riemessi dal terreno sotto forma di calore durante la notte. Basta, quindi, raccogliere i fotoni riemessi dal terreno e convertirli in energia elettrica.

(Nelle ore diurne, la terra assorbe i raggi infrarossi. Sotto questa forma arriva al pianeta circa la metà dell'energia solare)

Gli studi di Novack e del suo team hanno dimostrato che l'84 % dei fotoni (pacchetti elementari di energia che costituiscono la radiazione elettromagnetica, inclusa quella riemessa dalla terra) può essere raccolto attraverso un sistema di microantenne della lunghezza d'onda degli infrarossi e, dunque, necessariamente sotto i 700 nanometri. In questo modo, è possibile sfruttare tanto i raggi infrarossi riemessi verso l'alto dal terreno tanto quelli riflessi verso il basso dalle nuvole, ovviando a due limiti del fotovoltaico diurno: le ore notturne e le giornate nuvolose.

Il tutto grazie a una superficie fotovoltaica incredibilmente fine installata su materiali flessibili. In pratica, delle spirali squadrate costituite da metalli conduttori sono installate su fogli di plastica, le cosiddette "nanoantenne", il cui diametro raggiunge solo 1/25 di quello di un capello umano. Le nanoantenne assorbono, poi, i raggi infrarossi tanto durante le ore diurne (direttamente dal sole o, in giornate uggiose, dalle nuvole) quanto durante quelle notturne (dalla terra).

Inoltre, siccome questi studi sfruttano un principio già ampiamente noto nel mondo della scienza, in fondo, non sorprende che anche le ricerche di Mark Knight e del suo laboratorio alla Rice University abbiano ottenuto gli stessi risultati installando le nanoantenne su dispositivi di silicio. 

(Steven Novack, in una foto del 2011, mostra il film sottile del suo fotovoltaico notturno)

Inutile dire che questa tecnologia (dai costi più elevati rispetto al tradizionale fotovoltaico diurno) ne guadagna in efficienza: dell'84 % dei fotoni raccolto dalle microantenne, infatti, ben il 45 % è convertito in energia elettrica (circa il doppio rispetto ai sistemi più tradizionali delle celle al silicio). I limiti? Trovare un modo semplice ed economico per sfruttare la corrente alternata e ad alta frequenza generata dalla lunghezza d'onda degli infrarossi, così da rendere anche questa frontiera del fotovoltaico fruibile su ampia scala.