Come raffreddare i pannelli solari in modo economico ed efficiente: una nuova frontiera nella tecnologia fotovoltaica
Come raffreddare i pannelli solari in modo economico ed efficiente: una nuova frontiera nella tecnologia fotovoltaica
Il surriscaldamento dei pannelli solari rappresenta da tempo uno dei principali limiti alla loro efficienza. Con l’aumento della temperatura, infatti, le prestazioni dei moduli fotovoltaici tendono a diminuire in modo significativo, con una perdita media dello 0,35% per ogni grado oltre i 25 °C. Questo problema risulta particolarmente evidente nei climi caldi e soleggiati, proprio dove l’energia solare sarebbe più abbondante e conveniente da sfruttare.
Per affrontare questa sfida, una recente ricerca internazionale guidata dalla King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) ha sviluppato un nuovo materiale composito in grado di raffreddare i pannelli solari in modo passivo, economico ed efficiente. Si tratta di un composito igroscopico progettato per il raffreddamento evaporativo, una delle tecniche passive più promettenti nel settore dell’energia solare.
I danni del calore ai pannelli fotovoltaici
La maggior parte dei pannelli fotovoltaici in commercio è realizzata con silicio cristallino e ha un'efficienza di conversione attorno al 20%. Il restante 80% dell’energia solare viene trasformato in calore, facendo salire la temperatura delle celle solari ben oltre quella ambientale. Questo aumento influisce negativamente sulla tensione a circuito aperto e sulla potenza massima in uscita, causando un calo dell’efficienza complessiva dell’impianto. Nel caso delle nuove tecnologie fotovoltaiche, come quelle a base di perovskite, la sensibilità al calore è ancora maggiore, aggravando ulteriormente il problema.
Mantenere bassa la temperatura dei pannelli non solo migliora le prestazioni elettriche, ma può ridurre i tempi di ammortamento degli impianti solari e aumentarne la durata operativa.
Raffreddamento attivo e passivo: due approcci a confronto
Le strategie di raffreddamento si dividono in due grandi categorie: attive e passive. Le prime si basano su sistemi alimentati elettricamente, come la circolazione di aria o acqua, e richiedono investimenti significativi sia in termini economici sia di manutenzione. Le seconde, invece, sfruttano processi naturali, come la ventilazione, il raffreddamento radiativo e il raffreddamento evaporativo, offrendo soluzioni più semplici e a basso costo.
Il raffreddamento evaporativo, in particolare, ha guadagnato attenzione grazie all’uso di materiali idrogeli igroscopici. Questi materiali assorbono acqua in condizioni di alta umidità e la rilasciano quando l’ambiente è più secco, producendo un effetto di raffreddamento attraverso l’evaporazione. Tuttavia, la complessità di fabbricazione e i costi elevati ne hanno finora limitato l’adozione su larga scala.
Il nuovo composito igroscopico: semplice, economico, efficace
La ricerca condotta da KAUST ha portato allo sviluppo di un composito igroscopico a base di cloruro di litio e poliacrilato di sodio, materiali noti per la loro capacità di assorbire umidità. Il poliacrilato, in particolare, è un polimero economico e facilmente lavorabile, privo di reagenti chimici aggressivi, il che lo rende adatto alla produzione su larga scala.
Il materiale viene applicato come strato spesso 10 mm sul retro dei pannelli solari. Durante la notte, assorbe l’umidità presente nell’aria, che viene poi rilasciata nelle ore più calde del giorno sotto forma di vapore, contribuendo a raffreddare la superficie del modulo.
Risultati promettenti nei test sul campo
I test effettuati nel deserto dell’Arabia Saudita hanno mostrato che i pannelli dotati del nuovo composito hanno registrato una riduzione media della temperatura di 9,4 °C e un incremento della potenza del 12% rispetto ai moduli tradizionali. Inoltre, la durata di vita stimata dei pannelli è risultata superiore del 200%, e i costi di produzione dell’energia elettrica (LCOE) sono diminuiti di circa il 20%.
La tecnologia è stata sperimentata con successo anche in contesti climatici molto diversi, come alcune regioni fredde e piovose degli Stati Uniti, dimostrando la sua efficacia in un’ampia varietà di ambienti.
Conclusioni
Il nuovo materiale sviluppato da KAUST rappresenta un passo importante verso l’ottimizzazione delle prestazioni dei pannelli fotovoltaici, offrendo una soluzione semplice, economica e sostenibile per il raffreddamento passivo. L’introduzione di questa tecnologia potrebbe contribuire a rendere l’energia solare ancora più competitiva e accessibile a livello globale, soprattutto in quelle aree del pianeta dove il calore rappresenta oggi una delle principali sfide all’efficienza fotovoltaica.
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