Fotovoltaico: la parola chiave è trasparente!

Non sono solo i combustibili fossili e le loro drammatiche conseguenze per l’ambiente e la salute a fare notizia. Non esiste solo chi pensa di rispondere al fabbisogno energetico (in questo caso nazionale) con le trivelle in Adriatico e Ionio grazie al ddl Boschi che modifica anche il Titolo V della Costituzione, assegnando allo Stato e non più alle regioni la competenza in materia di energia. Contro l’ottusità di governi, multinazionali e di alcuni imprenditori esiste la lungimiranza di molti ricercatori come quelli della Michigan State University (Msu) che hanno da poco sviluppato un nuovo tipo di tecnologia: il “transparent luminescent solar concentrator” (lsc) può essere utilizzato su edifici, telefoni cellulari e qualsiasi altro dispositivo che abbia una superficie adatta per convertire i raggi del sole in energia.

Secondo Richard Lunt brillante mente del College of Engineering del Msu  “la parola chiave è trasparente”. Questa nuova tecnologia lsc utilizza piccole molecole organiche sviluppate da Lunt e dal suo team di chimici (Yimu Zhao, Benjamin Levine e Garrett Meek), ed è in grado di assorbire specifiche lunghezze d’onda della luce solare. “Siamo in grado di sintonizzare questi materiali, per raccogliere solo gli ultravioletti e le vicine lunghezze d’onda infrarosse, che poi balenano in un’altra lunghezza d’onda nell’infrarosso”. Il “baleno” della luce infrarossa viene indirizzato al bordo della plastica, dove viene convertito in energia elettrica da sottili strisce di celle solari fotovoltaiche. “Dato che i materiali non assorbono o emettono luce nello spettro visibile, sembrano eccezionalmente trasparenti all’occhio umano” ha spiegato Lunt.

Uno dei vantaggi di questo nuovo processo tecnologico che potrebbe ampliare a dismisura il mercato del fotovoltaico, oltre alla sua trasparenza, è la sua flessibilità e i bassi costi. Anche se la tecnologia è ancora in una fase iniziale, ha il potenziale per essere portata ad applicazioni commerciali o industriali molto diverse con un costo abbordabile. Si apre così una nuova via per distribuire l’energia solare in un modo meno intrusivo. L'lsc può essere utilizzata su edifici con un sacco di finestre o su qualsiasi tipo di dispositivo mobile che richiede alta qualità estetica come un telefono o un e-reader.  Certo per adesso è necessario un ulteriore lavoro per migliorare l’efficienza di produzione di energia visto che i primi prototipi sono in grado di produrre una  conversione solare con efficienza vicino all’1%, ma il team di ricercatori punta a raggiungere efficienze di oltre il 5% quando la fase sperimentale sarà completamente ottimizzata.  “Insomma, vogliamo far creare superfici di raccolta per l’energia solare di cui non ci si accorga neanche” ha concluso Lunt.

Ma la sperimentazione e l’ottimizzazione del transparent luminescent solar concentrator non è una prerogativa solo americana. Lo studio “Highly efficient large-area colourless luminescent solar concentrators using heavy-metal-free colloidal quantum dots” (realizzato grazie a piccoli finanziamenti di Fondazione Cariplo e dell’Unione europea) e appena pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Nanotechnology ha permesso di sviluppare la tecnologia lsc lungo il perimetro di alcune finestre che raccolgono la luce intrappolata, convertendola poi in elettricità. In questo modo, anche una finestra parzialmente trasparente diventa un generatore di elettricità in grado alimentare i computer di un ufficio, il condizionatore d’aria in una giornata afosa o l’illuminazione interna di un’abitazione. 

Protagonista di questo lavoro di ricerca sulla "finestra fotovoltaica" è un team di ricerca italiano, del dipartimento di Scienza dei materiali dell’Università di Milano-Bicocca coordinato dai professori Francesco Meinardi e Sergio Brovelli, in collaborazione con il Los Alamos National Laboratory (Usa) e l’azienda UbiQD. I nuovi vetri fotovoltaici sviluppati dal team Bicocca-Los Alamos hanno diversi vantaggi che li rendono una tecnologia già pronta ad essere usata dalle aziende. Innanzitutto non sono tossici perché in questi dispositivi non vi sono cadmio, né altri metalli, sono molto efficienti perché assorbono la luce da tutto lo spettro solare (non solo dal rosso, come avviene con i dispositivi precedenti) e al tempo stesso non riassorbono la loro stessa luminescenza. E infine come nel caso della tecnologia sviluppata dal team di ricercatori del Msu sono incolori, superando così uno dei limiti più grandi per l’applicazione in edilizia civile, ovvero l’impatto estetico: “Un fattore di fondamentale importanza - ha concluso Meinardi - perché una soluzione tecnologica per essere accettata non può andare a discapito della qualità della vita”.

“Questa tecnologia - ha aggiunto Brovelli - diviene ora una realtà facilmente scalabile per la produzione industriale e potrà essere immediatamente utilizzata nella green architecture e nella building sustainability”. Con questi nuovi materiali altamente performanti, sarà possibile nel breve periodo realizzare finestre fotovoltaiche o altri elementi architettonici flessibili e semi-trasparenti per convertire non solo i tetti, ma tutte le parti di un edificio in generatori di energia solare, un esigenza fondamentale nei contesti ad elevata urbanizzazione. “Le nostre stime indicano che sostituendo le vetrate tradizionali di un grattacielo come lo Shard di Londra con i concentratori che abbiamo brevettato, si genererebbe l’energia necessaria alla totale auto-sostenibilità di circa 300 appartamenti”. Un risultato che va oltre le aspettative  anche dell team della Michigan State University.

Se aggiungiamo a queste cifre il risparmio energetico derivante dal ridotto ricorso al condizionamento ambientale, grazie all’assorbimento della luce solare da parte dei concentratori solari che limita il sovra riscaldamento degli edifici, abbiamo una tecnologia potenzialmente rivoluzionaria per le città a energia zero del futuro. Una rivoluzione insomma, per un futuro energetico più sostenibile che ci pare adesso decisamente più “trasparente”!