Fotivoltaico

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Antenne di gelatina per raddoppiare l’efficienza del fotovoltaico

Antenne di gelatina per raddoppiare l’efficienza del fotovoltaico

  (Rinnovabili.it) – Proteine del sangue e noci di cocco: è questa la ricetta dell’Università del Connecticut per aumentare l’efficienza del fotovoltaico. A partire da questi atipici ingredienti ed alcuni coloranti organici infatti, il professor Challa V. Kumar ha sviluppato un’antenna di gelatina in grado di aumentare la raccolta dell’energia solare. Non è più raro sentire nominare la parola antenne quando si parla di fotovoltaico: ormai da diversi anni gli scienziati stanno studiano e testano le potenzialità di piccoli fotodiodi o dispositivi simili come sistemi per catturare tutti i fotoni che colpiscono i moduli. A seconda del semiconduttore usato infatti, alcune lunghezze d’onda sono proibite alle celle solari classiche che, di conseguenza, non riescono a sfruttare a pieno l’energia solare.
 
L’antenna costruita da Kumar e dal suo team risolve in parte questo problema, assorbendo una porzione dello spettro luminoso solitamente “ignorato”. Nel dettaglio il dispositivo, costituito da una miscela di materiali biodegradabili tra cui emoproteine vaccine e gli acidi grassi delle noci di cocco, cattura i fotoni blu e, attraverso un processo di “fotosintesi artificiale“, abbassare il loro livello energetico (altrimenti troppo alto) affinché sia “in sintonia” con il silicio e possa produrre elettroni. Le sostanze sopracitate (per lo più scarti dell’industria alimentare) mischiate a dei coloranti di origine vegetale formano un gel che, quando posto sopra una cella Gratzel, un particolare tipo di fotovoltaico organico, aumenta l’assorbimento di fotoni inutilizzati e di conseguenza anche la potenza della cella stessa.
 
I vantaggi delle antenne di gelatina per il fotovoltaico
I pro del nuovo metodo? Il gel è facile da produrre, relativamente poco costoso, e i primi test hanno evidenziato la capacità di raddoppiare letteralmente l’efficienza della cella solare.
Di contro però gli scienziati devono ancora trovar un metodo per stabilizzare questa miscela e renderla abbastanza resistente da essere incorporata con gli attuali processi di fabbricazione del fotovoltaico. “Il nostro obiettivo – spiega Kumar – è quello di integrare questa tecnologia nel processo di produzione dei pannelli solari, che oggi costano migliaia di dollari, in maniera tale da renderli più accessibili ed efficienti per i clienti domestici”. L’Università ha depositato una domanda di brevetto provvisorio, e il team sta già lavorando con una società del Connecticut per capire come applicare il gel alle unità fv in silicio.

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Fotovoltaico: arriva il solare trasparente per schermi e finestre

Schermi e finestre potrebbero presto trasformarsi in pratici generatori di energia solare grazie a una nuova invenzione della Michigan State University. I responsabili del progetto hanno divulgato le loro scoperte in un articolo apparso sul numero di luglio della rivista specializzata Advanced Optical Materials.

La tecnologia rivoluzionaria messa a punto dall’équipe di ricercatori americani ha grandi potenzialità: consentirà, ad esempio, di trasformare un grattacielo in una centrale energetica, rendendolo completamente autosufficiente. Il tutto senza impedire l’afflusso della luce all’interno delle abitazioni o arrecare fastidio alla vista degli inquilini.

Il materiale creato dagli scienziati è in grado di assorbire la luce dallo spettro invisibile, attirando raggi ultravioletti e infrarossi. La luce infrarossa viene poi riemessa e convogliata verso il bordo della superficie trasparente dove si trova un film ultrasottile di celle fotovoltaiche, capace di generare energia rinnovabile.

La vista umana non è in grado di vedere i raggi ultravioletti e infrarossi. Grazie a questo limite fisico il materiale ci appare sempre trasparente anche quando è in corso il processo di produzione dell’energia. I precedenti concentratori, invece, emettevano luce nello spettro visibile, restituendo l’immagine di un vetro colorato. Come ha spiegato Richard Lunt, coordinatore del team di ricerca che ha ideato il generatore solare trasparente:

Nessuno vorrebbe sedersi dietro un vetro colorato. Sembrerebbe quasi di lavorare in una discoteca.

Anche se la nuova tecnologia è molto promettente, bisogna ancora lavorare molto sull’efficienza. Al momento il tasso di conversione è decisamente troppo basso, pari a circa l’1%.

L’efficienza di conversione più alta raggiunta da un concentratore solare luminescente non trasparente è pari al 7%. I ricercatori sperano di raggiungere almeno il 5% mentre un pannello solare convenzionale mediamente ha un rendimento che si aggira intorno al 15%.

Oltre ai vetri delle finestre, il nuovo materiale potrebbe essere utilizzato anche per produrre schermi di telefoni cellulari in grado di generare autonomamente l’energia necessaria al funzionamento del dispositivo, con un gran risparmio di denaro e di emissioni.

Category: Energia

    

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Celle solari a nanotubi di carbonio: efficienza raddoppiata

By Matteo Campofiorito Un team di ricercatori ha realizzato celle fotovoltaiche con nanotubi di carbonio molto più efficienti delle attuali. Leggi tutto

Category: Energia, celle fotovoltaiche

    

fotovoltaico alla perovskite

fotovoltaico alla perovskite

L’Istituto Italiano di Tecnologia pubblica su Science importanti risultati per lo sviluppo di celle solari ad alta efficienza a base di film sottili di perovskite. La strada verso un fotovoltaico di nuova generazione efficiente e a basso costo è ormai tracciata.
Produrre energia fotovoltaica a basso costo e ad alta efficienza sarà possibile grazie a semiconduttori policristallini con struttura di perovskite utilizzati in celle solari di nuova generazione.
E’ ad opera di Annamaria Petrozza, ricercatrice presso il Center for Nano Science and Technology (CNST) dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Milano (http://cnst.iit.it) ed Henry Snaith, ricercatore presso l’Università di Oxford, il primo studio che svela i meccanismi di funzionamento di queste promettenti celle solari. Lo studio intitolato “Electron-Hole Diffusion Lengths Exceeding 1 Micrometer in an Organometal Trihalide Perovskite Absorber” (http://www.sciencemag.org/content/342/6156/341) è stato appena pubblicato sulla rivista internazionale Science.
La perovskite, un cristallo inorganico che prende il nome dal suo scopritore (il mineralogista russo Lev Aleksevich von Perovski), ha conquistato l’attenzione della comunità scientifica nell’ultimo anno perché consente la fabbricazione di celle solari ibride con un rendimento di circa 15% quando usato come semiconduttore. Tali prestazioni sono valutate sorprendenti sulla base del fatto che la generazione di celle solari a base di perovskiti è ancora in germe se confrontata a quella più che cinquantenaria di quella del silicio. Inoltre, le efficienze competitive sono associate a bassi costi di produzione legati all’abbondanza dei materiali attivi e ai semplici metodi di fabbricazione che avvengono a basse temperature e sono estendibili su larga area. Rimangono ancora aperte numerose questioni fondamentali, tra cui quelle relative ai processi di generazione e di trasporto delle cariche elettriche all’interno del cristallo in seguito all’interazione con la luce (processi optoelettronici), che sono alla base del funzionamento di dispositivi realizzati con questo materiale. Il lavoro dei ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia si inserisce in tale contesto.
“Questo lavoro – commenta Annamaria Petrozza – dimostra che nel materiale che abbiamo  ottimizzato nella composizione chimica, le cariche foto-generate possono viaggiare per distanze maggiori di 1 micrometro nel dispositivo, una distanza enorme se la prospettiva è quella del mondo delle nano-tecnologie. Questo porta alla considerazione che con una corretta progettazione dei cristalli di perovskite può essere realizzato un dispositivo solare ad alta efficienza di conversione, semplice e poco costoso allo stesso tempo”.
“A condizione che la stabilità della tecnologia fotovoltaica a base di perovskiti possa essere migliorata – sottolinea Henry Snaith – si assisterà alla nascita di un concorrente per il silicio che porterà in ultima analisi alla produzione a basso costo di energia solare. Ciò demolirà il paradigma, in cui molti attualmente credono, per cui non si possano combinare i parametri di basso costo, lunga durata ed alte efficienze per i dispositivi fotovoltaici di nuova generazione atti a produrre energia solare”.
Fotovoltaico stampabile

Fotovoltaico stampabile

Nasce in Italia il fotovoltaico del domani, ovvero vengono progettate nel Bel Paese le nuove celle fotovoltaiche di plastica, stampabili.

Una cosa un pò particolare infatti hanno le sembianze di lunghi nastri e, si apprende, sarebbero utilizzabili come se fossero fogli di carta.

Attualmente questo genere di celle potrebbero essere sistemate ovunque.

Lo studio e la progettazione è a cura del Lit,Istituto italiano di tecnologia che insieme a Omet, azienda di Lecco che vende macchine da stampa, ha progettato il Solar-Print Project.

Il progetto si popone di realizzare su scala industriale moduli fotovoltaici che vengono impiantati su polimeri colorati, semi-trasparenti questi sarebbero addirittura stampabili in continuo con la tecnologia Roll-to-Roll.

Il nuovo prodotto sarebbe economicamente vantaggioso rispetto a quelli in silicio ma sopratutto sarebbe molto più rispettoso dell’ambiente.

Per ora il prodotto è molto grande ma gli ideatori contano di arrivare a produrre moduli che avrebbero la grandezza di un foglio A4 e , affinando la ricerca il prodotto potrebbe essere molto più piccolo.

Le celle sono basate da nanocomposti ottenuti, si legge, con modificazioni in scala elettronica, sono questi che potranno generare e trasmettere energia.

I moduli creati sono ovviamente più leggeri, meno inquinanti e completamente trasportabili.

Tre piccole isolette del Pacifico prime ad autosostenersi grazie al fotovoltaico

Tre piccole isolette del Pacifico prime ad autosostenersi grazie al fotovoltaico

SolarBannerCi siamo trovati spesso a parlare di fotovoltaico, delle nuove tecnologie pronte ad aumentare l’efficienza delle celle e magari modificarle fisicamente rendendole trasparenti o quasi impiegandole negli edifici, pesando meno sul consumo energetico della struttura.

Il problema attuale deriva da un costo ancora troppo alto ed un efficienza che non permette quel vero salto energetico che servirebbe all’intera umanità. Per dare energia ad una piccola città bisognerebbe coprire di pannelli una zona altrettanto ampia, con evidenti disagi per la comunità ed un impatto ambientale non indifferente. La cosa cambia se ad essere interessata è una piccola comunità come quella che abita in tre piccole isolette del territorio di Tokelau, Nuova Zelanda, primo vero luogo della Terra sgombro dalla preoccupazione dell’energia.

Da queste parti l’approvvigionamento energetico non è più un problema e l’afflusso di gasolio per alimentare le piccole centrali energetiche si è arrestato, 1500 persone (12 km2) e le loro attività posso adesso essere sostenute interamente dagli impianti fotovoltaici costati 7 milioni di dollari australiani (5.7€ milioni). Investimento importante, certo, al quale seguiranno soltanto i costi di manutenzione fino alla loro dismissione dopo anni e anni di servizio continuativo e rispettoso dell’ambiente.

Idea che si spera di ampliare presto ad altre piccole isole del Sud Pacifico, nell’ottica di liberare quantomeno questi luoghi incontaminati dalla schiavitù dei combustibili fossili. Il prossimo Marzo 2013 si terrà proprio in merito a questo argomento un importante incontro che interesserà Tokelau, Tonga e le Isole Cook. Un buon esempio da riproporre anche nelle nostre isole minori, fonte di incredibili guadagni per un turismo sempre fiorente e soggette dunque ad utilizzo ingente di energia elettrica.

Solare low-cost con la telecamera che insegue il sole

Da un’azienda californiana un sistema per correggere l’angolazione degli eliostati nei sistemi a concentrazione solare attraverso una telecamera. Con controllo simultaneo, componenti di dimensioni ridotte e tecnologia wireless, la promessa è di abbassare i costi del 50%. Una soluzione adatta anche ai piccoli impianti.

Abbassare i costi della tecnologia solare è oggi una delle grandi sfide del settore delle rinnovabili. Affinché queste tecnologie possano diventare davvero competitive rispetto ai combustibili fossili e conquistare il mercato, essendo in grado di sopravvivere senza gli incentivi, è necessario che si creino economie di scala e che componenti, impianti e installazioni siano più accessibili. Come tutte le aziende del settore, anche la californiana Thermata si è posta il problema dei costi. La loro soluzione non è stata quella di cercare una nuova tecnologia, bensì di migliorare la tecnologia esistente e renderla più economica.

Thermata lavora nell’ambito dei sistemi a concentrazione solare con torre centrale. La chiave, secondo l’azienda californiana, è puntare sull’eliostato, ovvero il dispositivo che viene installato sui sistemi a concentrazione solare per seguire la luce del sole. Con i dispositivi ingegnerizzati da Thermata, grazie all’uso di telecamere e altre tecnologie digitali, l’inseguimento solare costa la metà, garantiscono dall’azienda. La telecamera rileva l’angolo dell’eliostato mentre una rete di microprocessori posiziona ogni specchio all’inclinazione ideale. Rispetto ai sistemi più diffusi, il vantaggio, in termini di precisione e di capacità di reazione, è notevole.

Spiega Robert P. Musselman, vicepresidente del Business Development per Thermata: “La principale differenza rispetto ai metodi di concentrazione solare maggiormente utilizzati è nel modo in cui gli eliostati sono controllati e puntati verso la torre centrale. Generalmente gli eliostati vengono orientati sulla base di un calcolo matematico che prende in considerazione la posizione della torre e quella del sole. Perché i motori possano variare l’angolazione, servono componenti (sensori) molto costosi. Inoltre è necessario che nel corso del tempo gli eliostati restino rigidi e fermi e per questo servono elementi di metallo e piattaforme che fanno ulteriormente salire i costi. Infine questi sistemi generalmente funzionano meglio su grande scala”. Al contrario, il sistema sviluppato da Thermata ha il vantaggio di poter essere applicato su piccola scala, di non avere bisogno di  una base particolarmente stabile e di essere wireless.

“Quello che noi abbiamo fatto è sostituire un metodo di puntamento degli eliostati basato sul calcolo, con telecamere puntate verso il campo di eliostati per individuarne l’angolazione – riprende Musselman – Essenzialmente abbiamo creato un sistema per il controllo degli eliostati a circuito chiuso, in cui sensori montati vicino al recettore individuano diffusori (ovvero dei piccoli riflettori) sull’eliostato. Il sistema di controllo invia simultaneamente comandi a ogni eliostato imponendo il movimento per bilanciare la luce riflessa dai diffusori”. In questo modo è possibile controllare più di un milione di specchi allo stesso momento, fino a 1.500 metri di distanza dalla torre centrale. Tutti questi specchi non vanno calibrati e posizionati uno a uno, ma possono essere  controllati in maniera centrale e orientati nel modo migliore in meno di due ore: i risparmi in termini di forza lavoro sono evidenti. Inoltre, il fatto che con questo sistema si possano utilizzare specchi di dimensioni più piccole riduce i costi di installazione e rende possibile l’applicazione di tecnologie wireless. Le ridotte dimensioni consentono poi di installare gli specchi più vicini al terreno, eliminando il problema del vento in altezza, il che significa materiali e installazioni più economiche.

“Il nostro obiettivo è di tagliare i costi di sviluppo del progetto di un campo eliostatico del 50%. Se il campo eliostatico generalmente rappresenta il 40% del capitale investito, su un progetto da un milione di dollari, si può arrivare a risparmiare il 20% della somma. Il che significa non soltanto che i progetti a concentrazione solare possono essere più redditizi, ma anche che progetti di piccole dimensioni possono andare avanti. Questa tecnologia è in grado di cambiare le carte in tavola nell’industria del solare a concentrazione” conclude Robert P. Musselman.

Il sistema funziona e Thermata deve ora individuare le migliori ditte per creare la filiera produttiva dei componenti necessari per sviluppare a livello industriale questa tecnologia e cercare il più possibile di contenere i costi. “Dobbiamo riuscire a essere competitivi con le fonti fossili. Per questo al momento, almeno nel Nord America, dove il prezzo del gas è molto basso, è necessario ragionare in termini di impianti su larga scala. Ma teoricamente il sistema potrebbe essere applicato anche in ambito domestico e sicuramente ci interessa guardare ai mercati esteri”.

Energia Solare: Le Celle Solari stampate a getto d’inchiostro. Come stampare un giorno dall’ufficio “pannelli fotovoltaici”. Konarka, il nuovo leader del fotovoltaico stampato

Energia Solare: Le Celle Solari stampate a getto d’inchiostro. Come stampare un giorno dall’ufficio “pannelli fotovoltaici”. Konarka, il nuovo leader del fotovoltaico stampato

Konarka ha spiegato che le celle solari stampate a getto d’inchiostro ad alta efficienza sarà davvero una tecnologia promettente a causa della facilità con cui le sostanze possono essere lavorate e stampate sui vari substrati non richiedendo ulteriori verniciature. Il documento della ricerca è stato pubblicato di recente su Advanced Materials e intitolato “High Photovoltaic Performance of Inkjet Printed Polymer:Fullerene Blends”

“L’uso della tecnologia di stampa a getto d’inchiostro come strumento di fabbricazione di celle solari ad alta efficienza è una tappa importante della ricerca”, ha commentato Rick Hess, presidente e CEO di Konarka. “Questo passo in avanti nel campo delle celle solari stampate, spinge sempre più Konarka a diventare un leader emergente del fotovoltaico stampato”.

La stampa a getto d’inchiostro è una tecnica comunemente utilizzata nello stampaggio controllato di materiali funzionali su determinate superfici e substrati al fine di essere una facile e rapida soluzione di lavorazione per grandi pellicole polimeriche. La ricerca di Konarka infatti conferma che le celle solari organiche possono essere realizzate con tecnologie di stampa come questa senza nessuna perdita di efficienza rispetto a quelle realizzate in “clean room”. Inoltre la stampa a getto d’inchiostro potrebbe rappresentare un intelligente strumento di fabbricazione di celle solari per le aziende in modo tale da poter creare prodotti di diversi colori, modelli e potenza differente a seconda del risultato da ottenere.

Konarka che è finanziata da 3i Group, Chevron, Draper Fisher Jurvetson, Eastman Chemical e News Enterprise Associates ha spiegato che il suo prodotto è stato brevettato come flessibile, leggero, a basso costo ed estremamente versatile. Le celle solari organiche anche se risultano meno efficienti rispetto alle celle in silicio la ricerca sta già lavorando per migliorarne i risultati. Utilizzando così attuali tecnologie molto semplici dalla stampante tuo ufficio a getto d’inchiostro con Konarka, sostanzialmente sostituendone l’inchiostro con uno a celle solari e la carta con un sottile foglio di plastica, potrai stampare pannelli solari.

Purtroppo però probabilmente non potremmo vedere il progetto in commercio ancora per qualche tempo visto che il sistema ora è possibile utilizzarlo solo da grandi produttori di celle solari. Tuttavia, non significa che, se l’adozione di questa tecnologia avvenga in tempi relativamente brevi, sarà possibile avere celle solari a dimensioni e prezzi davvero concorrenziali.

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