Grattacieli solari grazie alle nanoparticelle di silicio

Una ricerca italo-americana che vede in prima linea l’Università di Milano-Bicocca sulle finestre fotovoltaiche di nuova generazione. Con micro-particelle di silicio e polimeri trasparenti si può raggiungere un’efficienza intorno al 5% a costi competitivi. E le vetrate rimangono trasparenti.

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Una finestra fotovoltaica trasparente, fabbricata senza materiali tossici e che non modifica la qualità della luce che filtra negli ambienti?

Sembra impossibile ma questo sogno tecnologico si sta avvicinando alla realtà grazie alla collaborazione tra l’Università del Minnesota e l’Università di Milano-Bicocca.

Su QualEnergia.it avevamo anticipato i contenuti di questa ricerca scientifica (Finestre fotovoltaiche, nuove soluzioni architettoniche per produrre elettricità), che ora è stata pubblicata sulla rivista specializzata Nature Photonics (link in basso) e promette interessanti sviluppi per le metropoli del futuro.

I vetri solari sono una “scommessa” dell’edilizia verde: costruire grattacieli eco-sostenibili è una sfida particolarmente difficile per qualunque architetto, accentuata dalla vastità delle superfici verticali che assorbono o emettono calore, richiedendo così una grande quantità di energia per la climatizzazione di uffici e appartamenti.

L’idea allora è sfruttare le enormi vetrate per produrre elettricità, ma qui il progettista incontra un altro problema, dato dalle caratteristiche delle finestre fotovoltaiche realizzate finora. Queste ultime, infatti, riducono eccessivamente la luminosità degli spazi interni, per consentire alle celle solari di “catturare” abbastanza luce; inoltre sono considerate antiestetiche dalla maggior parte degli architetti.

Senza contare che le celle a film sottile al telloruro di cadmio contengono composti tossici, mentre quelle di silicio amorfo tendono un po’ a colorare la luce che filtra.

La soluzione a questi inconvenienti è stata trovata nei concentratori luminescenti (LSC, luminescent solar concentrator), che in sintesi permettono di trasmettere diverse frequenze luminose verso i bordi della finestra, dove si trovano le celle solari.

Il segreto è nell’utilizzo di nanoparticelle di silicio, un materiale abbondante in natura, non tossico e molto efficiente nell’assorbire la luce a differenti lunghezze d’onda.

Una volta che il silicio è stato ridotto a micro-cristalli di pochi nanometri (molto meno dello spessore di un capello umano, per intenderci) le sue proprietà cambiano: oltre ad assorbire l’intero spettro della luce solare, lo riemette sotto forma di raggi infrarossi, liberi di raggiungere le estremità della vetrata, nel cui telaio sono nascoste le celle fotovoltaiche.

Il processo produttivo ideato dai ricercatori italo-americani trasforma la polvere di nanoparticelle in una sorta di soluzione-inchiostro poi inclusa in un polimero. Il risultato finale è un foglio di materiale plastico (plexiglass), sottile e flessibile, da inserire tra i doppi vetri.

Secondo i ricercatori, con questa tecnologia è possibile produrre finestre fotovoltaiche con una capacità di conversione della luce solare incidente pari al 5% circa, con un costo molto competitivo rispetto a quelle convenzionali a triplo vetro (10-15% in più in base alle prime stime).

L’obiettivo, insomma, è arrivare al lancio commerciale del prodotto, che potrebbe davvero cambiare il modo di progettare i grattacieli delle metropoli in tutto il mondo, grazie alla sua totale integrazione architettonica.

Il punto forte del vetro solare con queste nanoparticelle, è di essere quasi indistinguibile da un vetro comune: la lastra di plexiglass rimane trasparente a sufficienza da non disturbare la visibilità interna, anzi è possibile bilanciare il grado di trasparenza in base al numero di nano particelle inserite nella lastra, e di conseguenza la quantità di energia producibile dalle celle solari perimetrali.

La ricerca (estratto)

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