Celle solari potenziate da questo strano trucco (avviso spoiler: olio di pesce)

I ricercatori hanno escogitato ogni sorta di nuove sostanze chimiche innovative per aumentare l’efficienza delle celle solari, ma sembra che il vecchio olio di pesce possa risolvere il problema. La soluzione basata sulla natura si applica ai sistemi solari che producono calore ed elettricità. In questa combinazione, un gruppo di ricerca coreano ha valutato un’efficienza di conversione solare dell’84,4% con l’aggiunta di olio di pesce.

Celle solari e calore

Una maggiore quantità di luce solare è positiva per l’efficienza delle celle solari, ma non quando è coinvolto il calore in eccesso. Le celle solari funzionano in modo più efficiente a temperature più fredde.

Una soluzione alternativa è emersa sotto forma di sistemi termici fotovoltaici disaccoppiati. Questi sistemi utilizzano un liquido per filtrare la luce inefficiente dallo spettro, contribuendo a mantenere le celle solari più fresche. Il calore del liquido viene dissipato da uno scambiatore di calore. Può essere applicato ad altri usi, come riscaldare una stanza in inverno.

Sembra abbastanza semplice, ma il diavolo è nei dettagli. L’acqua non è particolarmente efficace nel filtrare i raggi ultravioletti.

“I sistemi fotovoltaici-termici disaccoppiati utilizzano filtri liquidi per assorbire lunghezze d’onda non efficaci, come l’ultravioletto, la luce visibile e il vicino infrarosso. Tuttavia, l’acqua, un filtro popolare, non può assorbire efficacemente i raggi ultravioletti, il che limita le prestazioni del sistema”, spiega un gruppo di ricerca della Korea Maritime & Ocean University.

Il team KOUM si è concentrato sull’olio di pesce come alternativa più efficace ad altre soluzioni alternative. Come notato dal leader del team, il professore assistente Jae Won Lee, alcuni filtri a base d’acqua utilizzano una soluzione di nanoparticelle per assorbire parti inefficienti dello spettro. Tuttavia, le nanoparticelle tendono a depositarsi nel tempo, riducendone l’efficienza.

“Al contrario, la proposta [fish oil] l’emulsione rimane stabile alle alte temperature fino a 70 °C. Inoltre, le goccioline di olio all’interno dell’emulsione sono efficaci nell’assorbire la luce UV con lunghezze d’onda inferiori a 500 nm», osserva KOUM.

Una soluzione a base di olio di pesce per i sistemi solari

Il team KMOU ha pubblicato i risultati sull’olio di pesce sulla rivista Conversione e gestione dell’energia lo scorso luglio con il titolo “Sviluppo di un filtro in emulsione controllata dallo spettro della radiazione solare per un sistema fotovoltaico-termico (PVT)..”

“Il filtro dell’emulsione assorbe efficacemente le lunghezze d’onda ultraviolette, visibili e del vicino infrarosso, che non contribuiscono alla generazione di elettricità nei moduli fotovoltaici, e le converte in energia termica”, hanno riferito. “Il filtro dell’emulsione ha mostrato una stabilità termica fino a 70 °C e ha abbassato la temperatura del modulo fotovoltaico da 46,7 °C a 33,1 °C.”

L’efficienza combinata dell’84,4% riportata dal team rappresenta un miglioramento rispetto ad altri sistemi disaccoppiati a base acqua, che il team ha valutato al 79,3%

A titolo di confronto, il team ha valutato anche le celle solari autonome al 18,0% e i sistemi solari termici autonomi al 70,9%.

Oltre le celle solari

Rispetto alla tecnologia solare termica, le celle solari in genere attirano maggiormente l’attenzione dei media. Ciò è comprensibile dal punto di vista della corsa di cavalli che si concentra sull’aumento dell’efficienza della conversione solare insieme alla riduzione dei costi.

Con la maturazione del campo della ricerca e sviluppo sulle celle solari, tuttavia, l’attenzione si sta concentrando meno sui miglioramenti incrementali e più sui casi d’uso. Ciò offre più spazio per mettere in mostra i sistemi solari termici.

Ciò solleva il tema dei sistemi di energia solare a concentrazione. Invece di utilizzare celle solari per raccogliere energia dalla luce, questi sistemi utilizzano vasche o campi di specchi per deviare la luce da molti punti su una stazione centrale, per riscaldare un liquido. Il liquido può quindi essere utilizzato per generare elettricità o fornire calore per altri processi.

Se sembra costoso e complicato, lo è. I sistemi di energia solare a concentrazione hanno preso piede in altre parti del mondo, ma finora hanno languito negli Stati Uniti.

Tuttavia, i recenti sviluppi indicano che la concentrazione dell’energia solare potrebbe trovare posto nel panorama energetico statunitense. I ricercatori stanno esplorando l’anidride carbonica liquida (nota anche come CO2 supercritica) come riduttore dei costi, e il campo emergente dell’idrogeno verde potrebbe migliorare la base economica per investire in sistemi di concentrazione (vedi altro CleanTechnica copertura qui).

Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, per esempio, sta ancora cercando di concentrare il solare. Lo scorso febbraio, l’agenzia ha inaugurato un nuovo impianto nel Nuovo Messico come parte di un progetto multinazionale da 100 milioni di dollari per dimostrare l’uso di sistemi solari a concentrazione per l’immagazzinamento di energia, oltre a produrre elettricità, combustibili solari e calore per usi industriali. processi, il tutto con un occhio alla promozione della sostenibilità economica.

I combustibili solari si riferiscono al nuovo campo degli elettrocarburanti, che sfrutta l’energia solare (o altre fonti rinnovabili) per sintetizzare sostituti liquidi dei combustibili fossili di idrocarburi. Anche la questione dei combustibili elettronici è emersa all’inizio di questa settimana, quando il Dipartimento dell’Energia ha annunciato un nuovo round di finanziamenti da 30 milioni di dollari per progetti che implementano sistemi solari termici a concentrazione al servizio dei combustibili solari e dello stoccaggio dell’energia.

Che fine hanno fatto le celle solari alla perovskite?

Tornando alla soluzione dell’olio di pesce, il team KMOU costruisce un caso economico a favore dei sistemi disaccoppiati.

“I ricercatori hanno scoperto che, con un’irradiazione solare standard di 1000 W/m², il sistema PVT disaccoppiato con filtro ad emulsione produce energie elettriche e termiche pari rispettivamente a 72,2 Wh e 1176,7 Wh al giorno”, ha riferito KMOU. “Ciò si è rivelato economicamente vantaggioso, con un tempo di ammortamento dei costi inferiore rispetto sia ai sistemi PVT che ai sistemi PVT disaccoppiati con filtro dell’acqua.”

Il team KMOU suggerisce inoltre che i sistemi disaccoppiati possano essere utilizzati in modo flessibile in condizioni stagionali.

“Il sistema proposto può essere utilizzato anche in base a requisiti e condizioni ambientali specifici. Ad esempio, durante l’estate, il fluido nel filtro a liquido potrebbe essere bypassato per massimizzare la produzione di elettricità, mentre in inverno il filtro a liquido potrebbe catturare energia termica per applicazioni di riscaldamento”, spiega KMOU.

Una nuova generazione di celle solari efficienti ma meno costose potrebbe anche contribuire a creare ragioni economiche per i sistemi disaccoppiati.

Le celle solari in perovskite sono state un’area di interesse, grazie al loro basso costo e alle efficienti proprietà ottiche. I materiali sintetici di perovskite sono relativamente facili da creare, in base alla struttura della perovskite minerale presente in natura (vedi altro CleanTechnica copertura qui).

La sfida è inventare una formula che offra stabilità e longevità alla cella solare, poiché le perovskiti autonome tendono a sfaldarsi in condizioni ambientali.

Stanno emergendo varie soluzioni, incluso un nuovo rivestimento di ossido di alluminio recentemente segnalato dall’Università del Surrey.

“Con la maturazione dei moduli solari in perovskite, il costo livellato dell’elettricità diminuirà ulteriormente in modo significativo, ed è per questo che questo è un settore così interessante in cui lavorare”, osserva l’autore corrispondente, il professor Ravi Silva, dell’Istituto di tecnologia avanzata della scuola.

Con le celle solari a basso costo a portata di mano e i nuovi progressi nella tecnologia solare termica, la transizione energetica continua a prendere piede anche mentre i nemici della scienza del clima radunano le loro forze. Tenete duro i vostri cappelli…

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Immagine: “Il filtro proposto basato su una miscela di acqua e olio di pesce facilita la conversione della luce solare in elettricità ed energia termica con una notevole efficienza dell’84,4%” per gentile concessione di KMOU. Credito: Dr. Jae Won Lee della Korea Maritime & Ocean University (KMOU).