Produrre elettricità ed acqua calda con un rendimento del 90% grazie al solare termofotovoltaico

A metà strada fra un impianto fotovoltaico, che produce energia elettrica, e uno solare, per avere acqua calda sanitaria, il termofotovoltaico (STPV) è un sistema in grado di ottenere da un unico impianto la produzione sia di energia termica sia di elettricità grazie all’utilizzo di pannelli ibridi composti da celle fotovoltaiche nella parte superiore e percorse sul retro da una serpentina entro cui scorre del liquido antigelo.

Dietro a questa invenzione c’è un’attenta osservazione del comportamento delle celle fotovoltaiche: la quota di irradiamento solare che i pannelli non sono in grado di convertire resta intrappolata nella cella e va ad aumentarne la temperatura (con conseguente perdita di efficienza di conversione) da qui l’idea di recuperare questo calore, raffreddando la cella fotovoltaica e producendo al contempo sia energia termica che elettrica.

Grazie a questa natura ibrida l’STPV è in grado, teoricamente, di superare il limite di Shockley-Quisser (ovvero il limite teorico dell’efficienza di una cella fotovoltaica, che si attesta al 33%) arrivando a quello di un corpo nero (un oggetto ideale che assorbe tutta la radiazione elettromagnetica incidente senza rifletterla) pari all’85,4% , ma oggi c’è chi sostiene che questa tecnologia possa puntare molto oltre, ovvero al 90%.

Il professore Bo Zhao e la ricercatrice Sina Jafari Ghalekohneh, co-autori di un paper che integra un articolo pubblicato sulla rivista Physical Review Applied lo scorso anno, hanno realizzato una nuova architettura per lo strato intermedio dell’STPV in grado di ridurre le perdite di energia e di rendere l’impianto molto più efficiente "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", ha affermato Zhao. "Un tale strato può sostanzialmente sopprimere la sua emissione posteriore al sole e incanalare un flusso di fotoni più grande verso la cella. Intendiamo pertanto dimostrare che con tale miglioramento, il solare termofotovoltaico non reciproco può raggiungere il limite di Landsberg e i sistemi pratici di STPV con cella fotovoltaica a giunzione singola possono anche sperimentare un significativo aumento dell’efficienza".

Ma non solo: questa tecnologia porta come ulteriori vantaggi come la possibilità, qualora venisse collegata a un’unità di accumulo termico di generare elettricità h24.

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