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Una finestra, un pannello (solare)

 By Luca Longo

I tradizionali pannelli solari al silicio potrebbero andare in soffitta, o meglio essere confinati poco più in alto: solo sul tetto delle case. Ma potremo catturare il sole e produrre energia elettrica sfruttando tutte le altre superfici di casa nostra, incluse le finestre…

Forse gli unici posti in cui non penseremmo mai di piazzare dei pannelli solari sono proprio le finestre di casa.  Ma le celle solari al Silicio non sono l’unico modo per trasformare la luce del Sole in energia elettrica.

Abbiamo già parlato proprio qui dei moduli solari organici: gli Organic PhotoVoltaics (OPV) che grazie alla loro leggerezza e flessibilità possono essere installati in posti in cui non potremmo mai piazzare un pannello tradizionale. Ma gli OPV non rappresentano l’unica soluzione alternativa al Silicio.

In diversi centri ricerche all’avanguardia si sta perfezionando un’altra tecnologia completamente diversa dalle precedenti: i Concentratori Solari Luminescenti, che in inglese si chiamano Luminescent Solar Concentrators o più semplicemente LSC.

La sfida è realizzare superfici che siano contemporaneamente in grado di produrre energia dal Sole ma che rimangano trasparenti.

Le finestre di casa sono, forse, gli ultimi posti in cui penseremmo di installare dei pannelli solari

Sono stati così inventati degli speciali coloranti luminescenti in grado di catturare i fotoni emessi dal Sole e di riemetterli ad una diversa lunghezza d’onda (quindi con un colore diverso). Questi coloranti sono stati dispersi all’interno di lastre di vetro o, meglio ancora, di materiali plastici altamente trasparenti come il policarbonato o il polimetilmetacrilato che già si usano per gli occhiali o per le visiere dei caschi da motociclista.

In questo modo si ottengono lastre trasparenti di diversi colori ciascuna in grado di assorbire la luce del Sole in un certo intervallo di lunghezze d’onda (e risultando, quindi, del colore complementare). Il trucco sta nel fatto che la luce riemessa da questi coloranti dispersi dentro la lastra viene per la maggior parte intrappolata dentro lo spessore di questa e convogliata sui sottili bordi della lastra stessa.

E’ lo stesso trucco che si usa per le guide d’onda come le fibre ottiche. Ma in quel caso si trasporta un segnale lungo una guida lineare. Nel nostro caso, invece, si trasporta l’energia del Sole all’interno delle due dimensioni della lastra LSC.

Quando la luce arriva sui bordi della lastra, viene intercettata da una serie di sottili celle solari incollate proprio sulla sua cornice. In questo modo la finestra rimane trasparente ma le celle solari lungo la cornice ricevono la luce concentrata e possono trasformarla in energia elettrica.

Da diversi anni al Centro Ricerche Eni per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente di Novara si studiano gli LSC e sono già stati inventati un centinaio di nuovi coloranti luminescenti. Qui già nel 2012 è stata realizzata la prima pensilina fotovoltaica. La pensilina, installata a Roma in Via Laurentina, è costituita da 192 pannelli quadrati di 50 cm di lato e permette la ricarica delle biciclette elettriche parcheggiate nella stazione di ricarica sottostante.  La pensilina oggi rappresenta un vero laboratorio a cielo aperto dove vengono testati i nuovi materiali e le nuove soluzioni ingegneristiche sviluppate da Eni a Novara.

La prima pensilina fotovoltaica installata a Roma, in Via Laurentina

Il passo successivo è stata l’ideazione e lo sviluppo di vere e proprie Smart Windows: finestre fotovoltaiche in grado di sostituire le finestre tradizionali. Nelle sedi Eni di Novara e di San Donato Milanese sono già state installate alcune finestre fotovoltaiche basate sugli LSC. L’energia prodotta dalle lastre poste sulla parte alta della finestra serve per alimentare una batteria di sensori che registrano la temperatura e la luminosità interna ed esterna ed altri parametri ambientali per poi comandare una serie di tende veneziane elettriche – ovviamente alimentate dagli stessi LSC – in modo da ottimizzare la luce e la temperatura della stanza in cui si trovano. E lì accanto c’è pure una presa USB se hai bisogno di ricaricare il tuo smartphone con la luce del Sole!

Ma le applicazioni sono moltissime. Sempre al Centro Ricerche Eni per le Energie Rinnovabili e l’Ambiente, in collaborazione con aziende di cartellonistica stradale, sono stati ideati cartelloni pubblicitari in grado di autoalimentarsi e di illuminarsi di notte con l’energia raccolta degli LSC. Si stanno studiando anche applicazioni degli LSC alle barriere antirumore che separano le ferrovie e le strade ad alto scorrimento dagli edifici che si trovano nelle vicinanze. I primi studi permettono di calcolare che una striscia di finestre LSC posizionata al posto delle vetrate che attualmente ricoprono molte barriere, potrebbe da sola essere in grado – con l’aiuto di batterie, magari proprio le batterie a flusso che sta studiando Eni – di illuminare di notte lo stesso tratto di strada in cui è installata.

In questo video i ricercatori di Eni spiegano cosa sono i concentratori solari luminescenti

Ma il bello deve ancora venire: nel centro ricerche Eni di Novara è in funzione un primo prototipo di serra fotovoltaica LSC. Pochi ci pensano, ma le piante non utilizzano tutta la luce del Sole per fare la fotosintesi clorofilliana. Infatti, le piante assorbono solo quelle parti dello spettro solare che corrispondono alla luce rossa e alla luce blu-violetta, mentre il resto della luce (le radiazioni nella zona del giallo e del verde, per capirci) viene riflessa. Ecco perché le foglie sono verdi!

Sempre a Novara sono stati inventati coloranti fluorescenti in grado di catturare la luce nella regione dello spettro corrispondente al giallo e di riemetterla nel rosso proprio in corrispondenza con il colore ideale per le piante. I primi studi preliminari confermano che la presenza di LSC protegge le piante dalle radiazioni solari che non sono in grado di utilizzare e favorisce la loro crescita.

Intanto, la ricerca Eni continua. Speriamo che, grazie a questi studi, vivremo presto in un mondo non solo più efficiente e pulito ma anche più colorato!

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informazioni sull'autore
Luca Longo
Chimico industriale specializzato in chimica teorica. Si occupa di calcolo scientifico da 30 anni. Lavora nella ricerca di nuove tecnologie per l’energia. In tutto quello che fa, ama andare fino in fondo.