Fotovoltaico Hcvpt: IBM lancia le celle da 2000 soli
Lo scorso 22 aprile, in occasione della "Giornata della Terra", gli scienziati dell'americana IBM Research hanno annunciato la collaborazione con l'azienda Airlight Energy e con alcune celebri università svizzere finalizzata allo sviluppo del progetto di un avanzatissimo sistema fotovoltaico che sia in grado concentrare la potenza di ben 2000 soli, con la capacità di assorbire almeno fino all'80% delle radiazioni entranti per poi convertirle in energia pulita ad un costo nettamente inferiore rispetto agli altri sistemi di solare a concentrazione presenti sul mercato.
In passato sono state numerose le ricerche finalizzate all'ottimizzazione del funzionamento di questa particolare tipologia di fotovoltaico, ma buona parte di queste sono tutte incappate nelle problematica del surriscaldamento del sistema: far convergere una grande quantità di radiazioni in un hot-spot comporta infatti il raggiungimento di temperature elevatissime, con il conseguente rischio di compromettere l'impianto a causa dello scioglimento di alcune sue parti.
Gli scienziati della IBM hanno pertanto dotato il nuovo collettore di un sofisticato sistema refrigerante, piuttosto simile a quello in dotazione al supercomputer Aquasar, in grado di assorbire il calore quasi dieci volte meglio di qualunque sistema di raffreddamento ad aria: la microstruttura dell'impianto è organizzata come quella di un semplice radiatore, con una serie di microcanali in grado di pompare liquidi refrigeranti nel raggio di pochi decimi di micrometro, salvaguardando l'intero sistema e mantenendolo sempre al di sotto della soglia del pericolo.
Il sistema HCPVT: cos'è?
L'innovativo prototipo HCPVT - High Concentration PhotoVoltaic Thermal - sfrutta una parabola di grandi dimensioni collegata ad una sistema di tracciamento che ne determina l'angolazione migliore sulla base della diversa posizione del sole nel corso del giorno; all'interno del piatto parabolico sono applicati una serie di specchi con chip fotovoltaici a tripla giunzione, ognuno dei quali (1cmx1cm) è in grado di convertire tra i 200 e i 250 watt di media in circa otto ore di una giornata tipo in una zona soleggiata. L'intero ricevitore combina centinaia di questi chip di piccole dimensioni, fino a garantire la produzione giornaliera di 25 kilowatt di energia elettrica.
Il progetto, sviluppato grazie ad una sovvenzione di 2,4 milioni di dollari della "Commissione per la tecnologia e l'innovazione" della Svizzera, è stato tutto finalizzato all'abbattimento dei costi per la produzione di energia pulita. Alla ricerca di un'alta concentrazione di radiazioni solari è stata affiancata una progettazione del sistema a costi assolutamente ridotti: gli scienziati americani hanno optato anzitutto per sostituire gli usuali acciaio e vetro con il più economico calcestruzzo e con una serie di lamine pressurizzate, ma l'idea più generale è quella di produrre i componenti dell'impianto in Svizzera e poi di assemblarli tra loro direttamente sul luogo di installazione in modo tale da garantire la creazione di posti di lavoro in entrambe le regioni e di assicurarsi una serie di vantaggi riguardo ai costi di costruzione.
Sulla base di questi presupposti i ricercatori della IBM sono convinti che il sistema HCPVT possa raggiungere un costo per area di apertura addiritura inferiore ai 250 dollari al metro quadrato, quasi tre volte più conveniente rispetto agli altri impianti analoghi. Questo significa che il prezzo dell'energia prodotta potrebbe scendere al di sotto dei 10 centesimi per kilowattora (kWa), pari più o meno a quello della produzione di energia nelle centrali elettriche a carbone, considerata al momento la più economica tra le fonti fossili.
HCPVT: raffreddamento dell'aria e dissalazione dell'acqua
Quello che distingue il prototipo IBM da tutti gli altri sistemi di solare a concentrazione risiede nella possibilità di essere sfruttato anche per la produzione di acqua dolce e di aria fredda in tutte quelle regioni del mondo caratterizzate sfortunatamente da un'enorme carenza di energia sostenibile.
Per la dissalazione dell'acqua gli scienziati americani hanno fatto ricorso alla sofisticata tecnologia messa a punto in passato per i due supercomputer Aquasar e SuperMUC, entrambi dotati di un sistema in cui l'acqua viene dapprima utlizzata per garantire il raffreddamento dei chip e poi per assicurare il condiziamento ambientale. Differentemente, nel sistema High Concentration PhotoVoltaic Thermal l'acqua ( a 90°C ) viene incanalata in un sistema di distillazione a membrane porose, attraverso il quale viene prima vaporizzata e poi dissalata. Gli studiosi hanno stimato che un impianto di questo tipo è in grado di produrre giornalmente tra i 30 e 40 litri di acqua potabile per ogni metro quadrato della superficie dell'intero ricevitore, una quantità che è pari a poco della metà di quella che l'ONU ha ritenuto necessaria quotidianamente per una persona media.
Lo stesso collettore sembrerebbe essere stato progettato anche per il condizionamento dell'aria, reso possibile da una macchina frigorifera ad assorbimento alimentata dal calore stesso, ossia un dispositivo che non fa altro che sottrarre calore dall'ambiente esterno e raffreddarlo rispetto alla sua temperatura iniziale.
Sistema di dissalazione dell'acqua applicato al sistema HCPVT
Gli scienziati della IBM hanno così previsto che il sistema HCPVT sarà in grado di fornire energia pulita ed acqua potabile in tutte quelle zone del mondo che mancano, del tutto o quasi, di risorse primarie di questo tipo: l'Africa, l'Australia, il Sud America, la penisola arabica e persino alcune note mete turistiche, come le Mauritius e le Maldive, dove costruire un impianto fotovoltaico tradizionale risulterebbe troppo gravoso dal punto di vista economico.
Attualmente un prototipo del collettore è ancora in fase di test nelle sale del laboratorio svizzero della IBM Research, a Zurigo, ma pare che a breve saranno realizzati altri due impianti da testare e perfezionare prima del vero e proprio lancio del sistema sul mercato internazionale.
