Migliorata l’efficenza delle celle fotovoltaiche con un nuovo overlay termico

Le celle solari, man mano che si scaldano, diventano meno efficienti a convertire la luce solare in energia elettrica, un problema di lunga data nel settore. Ora, gli ingegneri di Stanford hanno sviluppato un materiale trasparente che aumenterà l’efficienza raffreddando le cellule anche in piena luce solare diretta.

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Quando posato su una cella fotovoltaica, il materiale può dissipare il calore lontano dalle cellule foto voltaiche, permettendo loro di produrre elettricità più efficientemente.

Ogni volta che si passeggia all’aperto si emette energia nell’universo: il calore dalla parte superiore della testa viene irradiato nell’aria come luce infrarossa.
Ora tre ingegneri di Stanford hanno sviluppato una tecnologia che migliora l’efficienza dei pannelli solari sfruttando questo fenomeno fondamentale. La loro invenzione dissipa il calore generato da una cella fotovoltaica sotto la luce solare e la raffredda consentendole di convertire più fotoni in energia elettrica.

Il lavoro di Shanhui Fan, un professore di ingegneria elettrica presso Stanford, del ricercatore associato Aaswath P. Raman e del dottorando Linxiao Zhu è descritto in questo numero del “Proceedings of National Academy of Sciences”.

La scoperta del gruppo, testato su uno dei tetti di Stanford, risolve il problema che da tempo ha tormentato l’industria solare: più calde sono le cellule foto voltaiche, meno efficienti diventano nel convertire i fotoni in energia elettrica.

La soluzione si basa su un sottile materiale in silice disposto su una cella solare convenzionale. Il materiale è trasparente alla luce visibile che alimenta le celle solari, ma cattura ed emette la radiazione termica, o calore, come raggi infrarossi.

“Gli array fotovoltaici devono guardare il sole per funzionare, nonostante il fatto che il calore è dannoso per l’efficienza,” ha dichiarato Fan. “Il nostro overlay termico permette alla luce solare di passare, mantenendo o addirittura migliorando l’assorbimento della luce solare, ma ne migliora l’efficienza irradiando il calore verso l’esterno così da mantenerla più fredda.”

Nel 2014, lo stesso trio di inventori aveva sviluppato un materiale ultrasottile che respingeva i raggi infrarossi direttamente verso lo spazio senza riscaldare l’atmosfera. Hanno presentato il lavoro su Nature, descrivendolo come “raffreddamento radiativo” perché deviava la potenza termica direttamente nello spazio.

Nel loro nuovo documento, i ricercatori hanno applicato il concetto per migliorare l’efficienza dei pannelli solari quando il sole batte forte.

Il gruppo di Stanford ha testato la tecnologia su un assorbitore solare personalizzato – un dispositivo che imita le proprietà di una cella solare senza produrre elettricità – rivestito con un pattern sulla scala dei micron progettato per massimizzare la capacità di dissipazione del calore, sotto forma di luce infrarossa, nello spazio. I loro esperimenti hanno confermato che la pellicola permette alla luce visibile di passare, ma che ha anche raffreddato l’assorbitore di base di circa 13°C.

Per una tipica cella solare con un’efficienza del 20%, 13°C di raffreddamento potrebbe migliorare l’efficienza della cella di oltre l’1%, una cifra che rappresenta un aumento significativo nella produzione di energia.

I ricercatori hanno detto che il nuovo materiale funziona meglio in ambienti secchi, con cielo limpido, che sono anche quelli preferiti come siti per grandi array fotovoltaici. Credono che scaleranno le cose in modo da permettere applicazioni commerciali e industriali, forse utilizzando la nanostampa litografica, che è un approccio tipico per la produzione di pattern su scala nanometrica.

«Questo non è necessariamente l’unico metodo”, ha detto Raman, un co-autore del documento. “Nuove tecniche e macchine per la produzione di questo tipo di pattern continueranno ad avanzare. Io sono ottimista.”

Altre applicazioni

Zhu ha dichiarato che la tecnologia ha un grande potenziale per qualsiasi dispositivo esterno o un sistema che richiede raffreddamento ma richiede la conservazione dello spettro visibile della luce solare sia per ragioni pratiche o estetiche.

“Diciamo che hai una macchina che è di colore rosso vivo”, ha dichiarato Zhu, co-autore del documento. “Ti piace quel colore, ma vorresti anche beneficiare di tutto ciò che potrebbe aiutare nel raffreddamento dell’auto durante i giorni roventi. Gli overlay termici aiuteranno con il raffreddamento passivo, ma è un problema se non sono assolutamente trasparenti.”

“Il nostro overlay termico ottimizza l’uso delle porzioni termiche dello spettro elettromagnetico senza interessare la luce visibile”, ha detto Zhu, “in modo da dissipare il calore efficacemente senza che influire sul colore.”

Articolo originale: http://gadgtecs.com/index.php/2015/09/25/engineers-invent-clear-coating-that-boost-solar-cell-efficiency-by-cooling-them/

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