Energia termofotovoltaica: quanto sono efficienti gli impianti

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27/11/2022

Grazie ad una nuova architettura in grado di ridurre le perdite di energia, alcuni scienziati dell’Università di Houston promettono di portare l’efficienza della tecnologia solare termofotovoltaica fino al limite termodinamico. Andiamo a scoprire a quanto ammonta l’efficienza dei nuovi impianti termofotovoltaici.

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Potrebbe essere meno conosciuto della tradizionale tecnologia fotovoltaica, ma anche il solare termofotovoltaico (STPV) si è ritagliato una nicchia nella moderna ricerca verde.

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Di sistemi che sfruttano la conversione del calore in elettricità. Questi impianti sono costituiti da un modulo, chiamato strato intermedio, che assorbe la radiazione solare e la irradia nuovamente sotto forma di fotoni ad alte temperature con lunghezze d’onda “personalizzate” verso una cella fotovoltaica.

Convertendo i raggi solari incidenti in un’emissione a banda abbinata alla risposta spettrale della cella fotovoltaica, l’STPV ha avuto da sempre il potenziale di superare il limite di Shockley-Quisser per l’efficienza fotovoltaica, ossia il 33% sotto la luce di un sole. Per la precisione per molto tempo, il limite di efficienza termodinamica del solare termofotovoltaico è stato considerato quello del corpo nero (85,4%), ma oggi c’è chi sostiene che questa tecnologia possa puntare molto oltre, superano addirittura il 90%.

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Il come lo spiegano il professore Bo Zhao e la ricercatrice Sina Jafari Ghalekohneh sulla rivista Physical Review Applied (testo in inglese). Gli scienziati hanno realizzato una nuova architettura per lo strato intermedio dell’STPV in grado di aprire le porte ad importanti miglioramenti.

Zhao ha affermato:

“In questo lavoro, mostriamo che il gap di efficienza è causato dall’inevitabile retro-emissione dello strato intermedio verso il sole, risultante dalla reciprocità del sistema. Proponiamo sistemi STPV non reciproci che utilizzano uno strato intermedio con proprietà radiative non reciproche”

“Un tale strato può sostanzialmente sopprimere la sua emissione posteriore al sole e incanalare un flusso di fotoni più grande verso la cella. Dimostriamo che con tale miglioramento, il solare termofotovoltaico non reciproco può raggiungere il limite di Landsberg e i sistemi pratici di STPV con cella fv a giunzione singola possono anche sperimentare un significativo aumento dell’efficienza”.

Oltre a una maggiore efficienza, questa tecnologia promette compattezza e dispacciabilità: se accoppiata ad un’unità di accumulo termico potrebbero generare elettricità 24 ore su 24, 7 giorni su 7.