Facciate colorate che alimentano gli edifici solari del futuro
Gli edifici producono il 36 % delle emissioni di gas serra nell’UE. Fare un uso migliore dell’energia solare sviluppando una tecnologia fotovoltaica più efficiente sarà la chiave per ridurre questo impatto e raggiungere l’obiettivo dell’UE di diventare climaticamente neutrale entro il 2050. Il progetto PEDAL ha compiuto progressi concreti realizzando innovazioni che potrebbero agevolare dispositivi solari non soltanto più efficienti dal punto di vista energetico, ma anche esteticamente gradevoli. Il progetto, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca (CER), si è concentrato su due tipi di dispositivi: i concentratori solari luminescenti e i film sottili a luminescenza in downshifting. Entrambi raccolgono la radiazione solare con l’aiuto di strati sottili di materiale, che possono essere utilizzati per creare elementi vetrati o di facciata per gli edifici. I ricercatori hanno studiato il modo in cui le interazioni plasmoniche tra nanoparticelle e materiali luminescenti, i punti quantici o coloranti, potrebbero aumentare l’efficienza energetica in questi dispositivi.
Sulla scia dell’attuale tecnologia delle celle solari
Nei film sottili a luminescenza in downshifting potenziati plasmonicamente (PLDS, plasmonically enhanced luminescent downshifting thin film), i fotoni ad alta energia che non sono utilizzati in modo efficiente dalla tecnologia esistente sono convertiti in produzione di energia inferiore. Ciò significa che essi possono essere convertiti in elettricità in modo più efficiente, utilizzando varie tecnologie di celle solari. I PLDS sono direttamente abbinati a celle solari fissate dietro i film. Nei concentratori solari luminescenti potenziati plasmonicamente (PLSC, plasmonically enhanced, luminescent solar concentrator) vi è una maggiore concentrazione della radiazione solare diffusa, che non è raccolta in modo efficiente dalla tecnologia esistente. I fotoni si concentrano sul bordo del dispositivo PLSC, dove sono convertiti in elettricità. «Come risultato del nostro lavoro, sono stati prodotti e ampiamente collaudati in condizioni meteorologiche reali e in condizioni di integrazione negli edifici il primo modulo di concentratore solare luminescente plasmonico e di strato in downshifting di sempre», afferma Sarah McCormack, professoressa associata presso il Trinity College di Dublino. «Il modulo di concentratore sviluppato è stato in grado di catturare la radiazione solare diffusa per produrre efficienze 12 volte superiori a quelle raggiunte dalle celle solari che non impiegano il nostro dispositivo.» Il team del progetto PEDAL ha sviluppato una metodologia completa per creare i dispositivi e favorire le interazioni plasmoniche tra le nanoparticelle metalliche e il materiale luminescente e ha creato inoltre un modello matematico per ottimizzare queste interazioni. Entrambi i dispositivi possono essere impiegati come componenti edilizi colorati trasparenti o non trasparenti.
Un elevato potenziale di mercato
La possibilità di abbinare queste tecnologie a tutti i dispositivi di celle solari esistenti aumenta notevolmente il loro potenziale di commercializzazione e diffusione. Per arrivare a questo punto, sarà necessario istituire un processo per la produzione su larga scala, spiega McCormack, che comprenderà la sintesi di nanoparticelle metalliche a livello commerciale utilizzando la metodologia sviluppata dal progetto PEDAL. «Abbiamo intenzione di collaborare con Enterprise Ireland per sviluppare ulteriormente la tecnologia e per richiedere un finanziamento per la prova di concetto al fine di consentire la commercializzazione di questi dispositivi», aggiunge. Inoltre, McCormack e colleghi stanno continuando a sviluppare la tecnologia. Il progetto IDEAS, che riunisce 14 partner che collaborano sull’integrazione delle tecnologie di energia rinnovabile negli edifici, si basa sui risultati del progetto PEDAL. Il progetto UE su larga scala sfrutta la tecnologia PLDS per un componente integrato nell’edificio del quale è in corso la dimostrazione negli edifici in Irlanda e in Italia.
Parole chiave
PEDAL, efficienza energetica, tecnologia fotovoltaica, concentratori solari luminescenti, luminescenza in downshifting, interazioni plasmoniche, punti quantici, PLDS, PLSC, celle solari
