Sulle finestre fotovoltaiche si stanno concentrando diversi studi accademici: università e laboratori cercano di realizzare vetri “intelligenti” a basso costo, capaci non solo di produrre energia, ma anche di regolare automaticamente la trasmissione di luce e calore negli ambienti interni (articolo di QualEnergia.it sui grattacieli solari).
La Princeton University ha appena presentato i risultati delle sue sperimentazioni su una smart window che potrebbe essere installata facilmente anche sulle facciate esistenti e promette di ridurre fino al 40% i costi energetici medi di un edificio per la climatizzazione estiva-invernale.
Il segreto di questa finestra è la combinazione di celle solari selettive e polimeri elettro-cromatici che variano colore e, quindi, consentono alla superficie vetrata di bloccare una parte della luce solare.
Vediamo più in dettaglio come funziona, partendo con una premessa: la luce solare è un mix di radiazioni elettromagnetiche, spiegano gli autori della ricerca, costituito da raggi quasi-ultravioletti (near-UV), luminosità visibile e raggi infrarossi.
La sfida che si sono posti gli scienziati è duplice: da un lato, controllare la quantità di luce naturale e calore infrarosso che entra nell’edificio, dall’altro, autoprodurre l’energia elettrica necessaria a far funzionare il sistema.
La tecnologia sviluppata a Princeton permette così di gestire la scala cromatica della finestra in tempo reale, secondo le proprie esigenze. È una sorta di smart management dell’intero spettro solare, come si legge nella sintesi del documento.
Il team ha costruito una cella solare a film-sottile composta di semiconduttori organici, la cui struttura chimica è stata modificata per assorbire soltanto la luce quasi-ultravioletta, che è invisibile all’occhio umano. Ecco perché le nuove celle sono del tutto trasparenti, a differenza di quelle tradizionali di silicio che sono scure e assorbono tutta la luce visibile e una percentuale dei raggi infrarossi.
Quando i raggi quasi-UV generano una carica elettrica nelle celle fotovoltaiche, i polimeri elettro-cromatici della finestra reagiscono e cambiano gradazione, passando dalla completa trasparenza a un blu intenso che permette di bloccare fino all’80% della luminosità naturale.
Celle trasparenti erano già state concepite da altri ricercatori, si legge nello studio, ma assorbivano l’energia infrarossa per produrre elettricità e quindi entravano in conflitto con una delle funzioni della smart window, che è regolare il flusso di calore in entrata/uscita dall’edificio.
Il prossimo passo, spiega il team di Princeton, è creare una pellicola da applicare direttamente sulla superficie interna dei vetri esistenti, trasformandoli così in finestre intelligenti wireless, senza alcuna necessità di collegamenti elettrici né opere murarie per sostituire gli infissi. E dal proprio divano, tramite un’applicazione sul telefonino, l’utente potrebbe gestire in autonomia il comportamento delle finestre: quanta luce devono assorbire, quanto devono scurirsi e così via.
Le celle quasi-UV, evidenziano infine gli autori dello studio, potrebbero essere impiegate anche per alimentare altri dispositivi a basso consumo energetico, ad esempio i sensori che compongono la domotica dell’Internet of Things (IoT).
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