×

Blog

Pannelli fotovoltaici trasparenti

Pannelli fotovoltaici trasparenti

Pannelli Fotovoltaici Trasparenti

I pannelli solari trasparenti rappresentano una soluzione innovativa nel campo dell'energia rinnovabile, consentendo la generazione di energia elettrica e, allo stesso tempo, il passaggio della luce visibile, il che apre un ampio spettro di applicazioni nell'edilizia, nell'architettura e nell'elettronica di consumo.

Tecnologia delle celle fotovoltaiche organiche

Celle fotovoltaiche organiche (OPV) sono dispositivi costruiti con composti contenenti atomi di carbonio, che utilizzano polimeri e piccole molecole organiche in grado di assorbire la radiazione solare e condurre energia elettrica. La struttura di una tipica cella organica è costituita da strati posti tra gli elettrodi (incluso uno trasparente), dove lo strato attivo, una miscela di composti donatori e accettori di elettroni, svolge un ruolo chiave. Il processo di produzione comprende la miscelazione di molecole che rilasciano e accettano elettroni con un solvente, la creazione di un sottile strato attivo e l'evaporazione degli elettrodi, di cui il catodo è solitamente uno strato di alluminio.

Le celle OPV si distinguono per numerosi vantaggi: sono flessibili, semitrasparenti, leggere e possono contenere uno strato che assorbe la luce anche 1000 volte più sottile delle celle di silicio. Nonostante questi vantaggi, la tecnologia deve affrontare sfide come la bassa efficienza, la scarsa stabilità operativa e la breve durata, principalmente a causa della suscettibilità alla degradazione dovuta all'umidità, all'ossigeno e alla luce solare. La ricerca si concentra sul miglioramento di questi parametri e i più recenti progressi hanno permesso di ottenere una conversione di energia di quasi 20%. Gli scienziati stanno lavorando per comprendere il trasporto delle cariche in queste celle, scoprendo che la densità degli stati responsabili di questo processo è più complessa di quanto si pensasse in precedenza.

Applicazioni nelle facciate degli edifici

I pannelli solari trasparenti trovano un'applicazione particolarmente promettente nel campo del fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV), dove vengono integrati senza problemi negli elementi strutturali come facciate, tetti o finestre. Questa tecnologia svolge una doppia funzione: è parte integrante del rivestimento dell'edificio e, allo stesso tempo, converte l'energia solare in elettrica. Si stima che solo negli Stati Uniti esista un potenziale di utilizzo di circa 7 miliardi di metri quadrati di superfici vetrate, dalle finestre domestiche alle facciate dei grattacieli, che potrebbero essere sfruttate da celle fotovoltaiche trasparenti.

Le applicazioni pratiche di questa tecnologia includono:

  • Integrazione con le facciate degli edifici senza influire negativamente sulla loro estetica.
  • Utilizzo nelle serre, dove i pannelli non solo forniscono energia per il riscaldamento e l'illuminazione, ma riducono anche i costi energetici (in un progetto tedesco di circa il 20%).
  • Installazione su finestre, tetti di vetro e facciate, dove i tradizionali pannelli opachi non potrebbero essere utilizzati.
  • Implementazione nei lucernari, dove la luce naturale è essenziale, pur mantenendo la funzione di generazione di energia.

Efficienza dei pannelli semitrasparenti

L'efficienza dei pannelli fotovoltaici semitrasparenti è un compromesso tra la trasmissione della luce e l'efficienza energetica. A differenza dei pannelli monocristallini standard, che raggiungono un'efficienza del 19-24%, i moduli semitrasparenti di solito hanno un'efficienza leggermente inferiore a causa della loro capacità di far passare parte della radiazione solare. Il modello svizzero CLI400M10, che utilizza 108 celle monocristalline TOPCon, è un esempio di tecnologia avanzata BIPV (Building Integrated Photovoltaics) che mantiene un'elevata efficienza nonostante la costruzione semitrasparente.

Parametri chiave che influenzano l'efficienza dei pannelli semitrasparenti:

  • Tecnologia di produzione delle celle - le soluzioni monocristalline offrono la massima efficienza.
  • Condizioni atmosferiche - l'irradiazione solare e la temperatura influenzano direttamente la resa energetica.
  • Durata - i pannelli semitrasparenti di alta qualità conservano fino all'88% dell'efficienza originale dopo 30 anni di utilizzo.
  • Orientamento e angolo di inclinazione - un'installazione adeguata può aumentare significativamente l'efficienza, con 1 kWp di potenza nominale correttamente installato che dovrebbe generare circa 1000 kWh all'anno in Italia.

Ottimizzazione della crescita delle piante

I pannelli fotovoltaici semitrasparenti offrono vantaggi unici per le piante negli edifici, soprattutto nelle serre. Studi dell'Università Statale della Carolina del Nord hanno dimostrato che la lattuga coltivata sotto celle solari organiche (ST-OSC) non ha mostrato differenze significative nei parametri chiave, come il livello di antiossidanti, l'assorbimento di CO₂, le dimensioni e il peso rispetto alle piante coltivate in condizioni standard. Questo perché questi pannelli specializzati assorbono principalmente lunghezze d'onda della luce non utilizzate dalle piante nel processo di fotosintesi.

I sistemi agrivoltaici avanzati ottimizzano ulteriormente la crescita delle piante attraverso:

  • Conversione della radiazione UV in uno spettro rosso, più vantaggioso per la fotosintesi grazie all'uso della nanotecnologia.
  • Creazione di un microclima favorevole attraverso un ombreggiamento parziale, che riduce lo stress termico delle piante.
  • Regolazione della temperatura nelle serre, che elimina la necessità di riscaldamento o raffreddamento aggiuntivo.
  • Aumento della produzione di biomassa vegetale anche del 50% con un'adeguata disposizione dei pannelli.

Materiali semiconduttori avanzati

I pannelli fotovoltaici trasparenti utilizzano materiali e tecnologie innovative che consentono loro di assorbire selettivamente lunghezze d'onda della luce invisibili all'occhio umano, pur consentendo il passaggio della luce visibile. I materiali chiave utilizzati in queste costruzioni sono ossido di indio e stagno (ITO), bisolfuro di tungsteno e sali organici, che assorbono le radiazioni ultraviolette e infrarosse. I ricercatori della Michigan State University hanno sviluppato le prime celle completamente trasparenti nel 2014, utilizzando composti organici per assorbire lunghezze d'onda invisibili, consentendo al vetro di funzionare come un tipico vetro pur producendo energia.

Tecnologicamente, i pannelli trasparenti sono suddivisi in diversi tipi:

  • Celle solari in perovskite con un'ampia banda proibita, che agiscono come efficienti assorbitori di UV.
  • Celle solari a colorante che assorbono il vicino infrarosso (NIR).
  • Celle fotovoltaiche organiche (OPV) che utilizzano composti di carbonio, offrendo flessibilità e costi di produzione inferiori.
  • Sistemi tandem che combinano diverse tecnologie, raggiungendo un'efficienza di conversione dell'energia (PCE) fino al 14% con una trasmissione media della luce visibile (AVT) superiore al 55%.

I più recenti progressi in questo campo consentono di creare celle con una trasparenza fino al 80% con un'efficienza fino al 8%, che visivamente ricorda una finestra con doppi vetri. Sebbene l'attuale efficienza dei pannelli trasparenti sia inferiore rispetto alle tradizionali soluzioni in silicio, il loro potenziale applicativo e il lavoro di ricerca in corso suggeriscono un significativo sviluppo di questa tecnologia nei prossimi anni.

0 Commenti

Devi essere connesso per postare commenti

Menu

Il tuo carrello

Non ci sono più prodotti nel carrello.

Accedi