Produrre energia elettrica con i pannelli solari agli spinaci: il fotovoltaico organico vegetale

Realizzare delle celle solari con una fonte organica è uno dei progetti di maggiore rilevanza nel mercato del fotovoltaico organico ed ecco che nascono i pannelli solari agli spinaci che racchiudono in un solo strato di pannelli fotovoltaici le potenzialità di accumulo del calore del silicio per la produzione di energia elettrica e le prestazioni di basso impatto ambientale, ecosostenibilità e rinnovabilità dello spinacio.

Il progetto dei pannelli solari agli spinaci: la proteina fotosistema 1 (PS1)

Il progetto della costruzione e realizzazione di una tipologia di pannelli fotovoltaici e di celle solari realizzate con un composto organico come gli spinaci è un'idea alquanto strana, ma realmente studiata, progettata e brevettata da un gruppo di ricerca guidato da Kane Jennings della Vanderbilt University di Nashville che ha ideato e sviluppato una metodologia per combinare una proteina foto sintetica dello spinacio, la fotosistema 1 (PS1), con il silicio. Lo studio relativo alla ideazione di una nuova tecnologia organica per la produzione di energia elettrica è stato pubblicato sulla rivista scientifica Advanced Materials, sollevando un enorme successo e curiosità.

La particolare proteina dello spinacio, infatti, ha elevate potenzialità di accumulo e conversione della luce solare in energia elettrochimica, mentre il silicio, che viene sfruttato nella realizzazione delle celle solari, incrementa il fattore di produzione elettrica: la combinazione di silicio e della proteina fotosintetica dello spinacio genera infatti una produzione elettrica circa mille volte superiore a quella generata dalla stessa proteina depositata su altre tipologie di metalli, oltre ad aumentare i livelli di voltaggio.

La tecnologia dei pannelli solari agli spinaci: efficienza termica pari al 100%

L'obiettivo è quello di riuscire a realizzare una pannello fotovoltaico costruito interamente di celle solari agli spinaci con una tecnologia non innovativa, non si è infatti scoperto nulla, ma con una metodologia studiata circa quarant'anni fa, quando alcuni scienziati scoprirono che una delle proteine del processo di fotosintesi clorofilliana, chiamata fotosistema 1 (PS1), aveva la capacità di continuare a funzionare anche in seguito alla sua estrazione. Questo processo era maggiormente osservabile negli spinaci e da qui il progetto della creazione di celle solari che potessero convertire la luce, applicandolo nel settore del fotovoltaico per la generazione di energia elettrica e il conseguente sfruttamento dell'energia nelle abitazioni.

La proteina fotosistema 1 (PS1) viene testata su varie tipologie di metalli generando un incremento della tensione e corrente, ancora molto basso, rispetto al progetto che lo studio di questa tecnologia agli spinaci si propone, ma abbastanza interessante per avanzare le ricerche verso questa proteina vegetale, creando una sorta di cellula formata dalla PS1 e dal silicio e costruendo un prototipo.

Il processo di conversione della proteina fotosistema 1 (PS1) presenta un'efficienza energetica pari al 100% dell'accumulo delle radiazioni solari: si comprende bene come questo processo sia importante per l'innovazione del settore del fotovoltaico dal momento che le celle solari tradizionali presentano delle prestazioni di conversione fino al 40%.

I vantaggi dei pannelli solari agli spinaci

I vantaggi della realizzazione di questa tipologia di cella solare sono numerosi, partendo dalla:

• maggiore produzione di energia elettrica;
• creazione di una nuova sezione e applicazione del fotovoltaico organico e di una nuova frontiera energetica;
• generazione di energia pulita e completamente rinnovabile;
• maggiore reperibilità del materiale organico;
• costo inferiore nella produzione, abbattendo l'impatto ambientale;
• riduzione dei costi dei prezzi di acquisto iniziale.

L'obiettivo finale dei ricercatori nella costruzione del pannello solare agli spinaci: aumentare il ciclo di vita operativo della celle solare

L'obiettivo finale dei ricercatori nella costruzione di un pannello solare agli spinaci realmente commerciabile è quello di realizzare una cella solare funzionante in silicio PS1. L'intera struttura del pannello deve avere le dimensioni di 60 centimetri circa e avere la capacità di produrre energia elettrica sufficiente per alimentare diverse tipologie di piccoli e medi dispositivi elettrici di uso quotidiano e presenti nella nostra abitazione.

Questa tipologia di cellula bioibrida deve essere realizzata con materie prime economiche, in modo da abbattere l'impatto ambientale e il costo iniziale del pannello solare stesso. L'unico svantaggio è la durata del pannello, ancora molto ridotta, similmente alla tecnologia del pannello solare ai mirtilli. Gli studi hanno dimostrato che un pannello fotovoltaico realizzato con celle solari agli spinaci ha un ciclo di vita operativo della durata di un paio di settimane.

Nel 2010 il gruppo di scienziati della Vanderbilt è riuscito a realizzare delle celle solari Ps1 agli spinaci con una durata di vita operativa di nove mesi, senza la riduzione delle prestazioni di conversione della luce solare, e gli studi continuano per aumentare sempre più la durata di vita delle celle solari di questa tipologia di sfruttamento di risorse rinnovabili.