Le nanotecnologie per catturare tutti i raggi del sole

Le nuove nano-tecnologie mirano ad aumentare l'efficienza dei pannelli solari fino all'80 %. E' questa, al momento, la fase della ricerca più moderna sul fotovoltaico che si sta realizzando all'estero. Il punto di partenza degli scienziati è che le celle solari convenzionali basate sulla tecnologia fotovoltaica hanno avuto una evoluzione molto veloce negli ultimi anni, ma possono ancora ulteriormente crescere in efficienza.

Perché? I semiconduttori di silicio in una cella solare sono orientati verso la fonte di provenienza del calore prendendo la luce infrarossa e convertendola direttamente in elettricità. Non riescono però a cogliere tutte le luci presenti nello spettro elettromagnetico. Usando nano-materiali, invece, sarebbe possibile farlo. O almeno è quanto stanno cercando di dimostrare gli scienziati che all'estero sono all'opera analizzando quale possa essere il miglio nano-materiale da usare come "emettitore termico ", rendendo gli impianti solari molti più efficienti perché in grado di raccogliere tutta l'energia che ora viene sprecata.



Guardando l'intero spettro elettromagnetico, la parte infrarossa della luce è relativamente facile da catturare per le celle solari convenzionali ad alta efficienza, che poi la convertono in energia elettrica. Un "emettitore termico" come quello che è allo studio, non sarebbe un sistema parallelo per ricavare elettricità direttamente dai raggi del sole. Invece, si tratterebbe di un'applicazione costituita da due parti. La prima parte è un assorbitore a base di tungsteno che si riscalda quando viene esposto alla luce. C'è poi un emettitore per l'energia termica, che la utilizza per emettere luce infrarossa, che le celle di silicio sono già in grado di assorbire. Facendo qualcosa con tutte le altre lunghezze d'onda della luce, a cascata verso i pannelli solari, i ricercatori hanno stimato un teorico 80% in più di efficienza rispetto ai normali pannelli solari a base di silicio.

Tutto semplice e ovvio? Non tanto. Perché le potenzialità dei nano-materiali sono note da tempo, e da tempo si realizzano sperimentazioni legate agli impianti per catturare l'energia del sole. Ma quello che appare vero ed efficiente in laboratorio, poi non si rivela tale nella realtà.
Gli esperimenti realizzati in passato legati agli emettitori termici hanno rivelato che sì, un aumento delle prestazioni c'è: ma se in laboratorio questo aumento è dell'80%, nel mondo reale questo aumento era un mero 8%. Troppo poco per giustificare l'aumento dei costi e la manutenzione che l'impiego di nano-materiali inevitabilmente richiedono.

Lo scoglio da superare è questo: gli impianti che usano le nano-tecnologie sono al massimo dell'efficienza in un ambiente caldo, molto caldo, come quello che si può garantire con costanza in un laboratorio. Fuori, nel mondo reale non è così. Caldo, umidità, ventilazione, ombre cambiano costantemente nell'arco di una giornata. Quindi occorre trovare uno strumento efficace sì, ma anche flessibile.

La soluzione, a quanto pare, sembra essere l'impiego del tungsteno. Negli Stati Uniti si sta sviluppando un nuovo modo di utilizzare questo elemento come un emettitore termico. Le strutture di tungsteno sono state rivestite con un nanostrato di biossido di afnio, una ceramica che ha aggiunto un aumento significativo della resistenza strutturale alle alte temperature.
Questo tipo di superficie resiste alle altissime temperature fino a 12 ore di seguito, funzionando senza problemi. Un buon primo passo per arrivare a vedere la massima efficienza possibile non solo in laboratorio, ma anche nelle realtà.

Questa sperimentazione per migliorare le celle solari è interessante per tanti motivi. Sia il tungsteno che il biossido di afnio sono estremamente abbondanti, e si possono manipolare in modo sicuro. Emettitori termici costruiti in questo modo funzionano anche con la tecnologia delle celle solari attuali, rendendo più semplice aggiungerli ai sistemi esistenti. I ricercatori continueranno a valutare altri tipi di ceramica per migliorare ulteriormente la tolleranza al calore di questi emettitori termici.
E presto, la migliore efficienza sarà realtà.