Maggiore efficienza per le celle solari grazie all’ultima innovazione sviluppata dalla Chalmers University of Technology di Göteborg (Svezia), che, con l’integrazione di un sistema di accumulo termico, riesce addirittura a superare alcuni limiti convenzionali propri del fotovoltaico tradizionale.
Dalla Svezia arriva il MOST, il sistema di accumulo termico fotovoltaico
Come raccontato su pv Magazine, il team della Chalmers ha creato un dispositivo ibrido che combina una cella fotovoltaica in silicio con un sistema di accumulo, il MOST (Molecular Solar Thermal). Esso utilizza molecole organiche fotocommutabili che, grazie all’illuminazione con luce prodotta da specifiche lunghezze d’onda, modulano le loro proprietà chimico-fisiche.
Attraverso un chip microfluidico, queste molecole inoltre assorbono fotoni blu e ultravioletti (tipicamente inferiori a 450 nm), convertendosi in fotoisomeri metastabili ad alta energia. In parole povere, l’energia immagazzinata può così essere utilizzata o come fonte di riserva o per la generazione di energia termoelettrica.
Assorbendo solo i fotoni che appartengono a lunghezze d’onda inferiori a 450 nm, il sistema MOST è di fatto trasparente a quelle superiori a 450 nm. Per quanto possa sembrare un dettaglio da poco, tutto ciò permette alla maggior parte dei fotoni utili di raggiungere la cella solare sottostante, garantendo così il massimo dell’efficienza.
Inoltre, filtrando i fotoni ad alta energia, il sistema riduce il riscaldamento termico della cella e raffredda attivamente il chip sopramenzionato.
Ma oltre a migliorare la conversione dell’energia solare, il MOST prolunga anche la vita utile delle celle, dato che grazie alla sua architettura può operare a temperature più basse, in modo da aumentare così la sostenibilità della tecnologia fotovoltaica. Per finire, un ulteriore vantaggio del sistema è il fatto che vengano usati per il suo sviluppo elementi comuni come carbonio, idrogeno, ossigeno, fluoro e azoto, evitando così materiali rari e costosi.
Risultati promettenti e futuri sviluppi
Si era accennato all’inizio dei “limiti convenzionali propri del fotovoltaico tradizionale”. Uno di questi è la perdita di termalizzazione, ovvero la dispersione di calore che si verifica quando le celle assorbono fotoni con energia superiore al band gap del semiconduttore. Questa energia in eccesso viene trasformata in calore, che va così a ridurre l’efficienza della cella e aumentare le temperature, col rischio di compromettere la durata dei pannelli solari.
Tradizionalmente, questo problema può essere mitigato con architetture tandem multigiunzione, ma le celle solari a giunzione singola non sono abbastanza efficienti. La soluzione invece proposta dalla Chalmers University, stando ad alcuni test, permette alla cella solare ibrida con accumulo termico di immagazzinare fino al 2,3% dell’energia solare, riducendo la temperatura superficiale della cella di circa 8°C in condizioni di irraggiamento solare standard. Il sistema ibrido raggiungerebbe così un’efficienza di utilizzo solare del 14,9%, circa lo 0,2% in più rispetto a un sistema senza MOST.
Per saperne di più sui risultati della ricerca, si consiglia la lettura del paper pubblicato su Joule.
Zhihang Wang, Helen Hölzel, Lorette Fernandez, Adil S. Aslam, Paulius Baronas, Jessica Orrego-Hernández, Shima Ghasemi, Mariano Campoy-Quiles e Kasper Moth-Poulsen, “Hybrid solar energy device for simultaneous electric power generation and molecular solar thermal energy storage”, Joule (2024), DOI: 10.1016/j.joule.2024.06.012
