Il sistema di raccolta solare ha il potenziale per generare energia solare 24 ore su 24, 7 giorni su 7

Il grande inventore Thomas Edison una volta disse: "Finché il sole splende, l'uomo sarà in grado di sviluppare energia in abbondanza". La sua non era la prima grande mente a meravigliarsi all'idea di sfruttare il potere del sole; per secoli gli inventori hanno riflettuto e perfezionato il modo di raccogliere l'energia solare.

Hanno fatto un lavoro straordinario con le celle fotovoltaiche che convertono la luce solare direttamente in energia. Eppure, con tutta la ricerca, la storia e la scienza che ci sono dietro, ci sono limiti alla quantità di energia solare che può essere raccolta e utilizzata -- poiché la sua generazione è limitata solo alle ore diurne.

Un professore dell'Università di Houston sta continuando la ricerca storica, riferendo su un nuovo tipo di sistema di raccolta dell'energia solare che batte il record di efficienza di tutte le tecnologie esistenti. E non meno importante, spiana la strada all'utilizzo dell'energia solare 24 ore su 24, 7 giorni su 7.

"Con la nostra architettura, l'efficienza di raccolta dell'energia solare può essere migliorata fino al limite termodinamico", riporta Bo Zhao, professore assistente di ingegneria meccanica di Kalsi e la sua studentessa di dottorato Sina Jafari Ghalekohneh sulla rivistaRevisione fisica applicata. Il limite termodinamico è la massima efficienza di conversione teoricamente possibile assoluta della luce solare in elettricità.

Trovare modi più efficienti per sfruttare l'energia solare è fondamentale per la transizione verso una rete elettrica priva di emissioni di carbonio. Secondo un recente studio dell'US Department of Energy Solar Energy Technologies Office e del National Renewable Energy Laboratory, il solare potrebbe rappresentare fino al 40% della fornitura di elettricità della nazione entro il 2035 e il 45% entro il 2050, in attesa di riduzioni aggressive dei costi, a sostegno politiche ed elettrificazione su larga scala.

Come funziona?

Il tradizionale solare termofotovoltaico (STPV) si basa su uno strato intermedio per adattare la luce solare per una migliore efficienza. Il lato anteriore dello strato intermedio (il lato rivolto verso il sole) è progettato per assorbire tutti i fotoni provenienti dal sole. In questo modo, l'energia solare viene convertita in energia termica dello strato intermedio ed eleva la temperatura dello strato intermedio.

Ma il limite di efficienza termodinamica degli STPV, che è stato a lungo inteso come il limite del corpo nero (85,4 percento), è ancora molto inferiore al limite di Landsberg (93,3 percento), il limite massimo di efficienza per la raccolta di energia solare.

"In questo lavoro, dimostriamo che il deficit di efficienza è causato dall'inevitabile retroemissione 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 Zao. "Un tale strato intermedio non reciproco può sostanzialmente sopprimere la sua emissione posteriore al sole e incanalare più flusso di fotoni verso la cellula.

Dimostriamo che, con tale miglioramento, il sistema STPV non reciproco può raggiungere il limite di Landsberg e anche i sistemi STPV pratici con celle fotovoltaiche a giunzione singola possono sperimentare un significativo aumento dell'efficienza".

Oltre a una maggiore efficienza, gli STPV promettono compattezza e dispacciabilità (elettricità che può essere programmata su richiesta in base alle esigenze del mercato).

In un importante scenario applicativo, gli STPV possono essere abbinati a un'unità di accumulo di energia termica economica per generare elettricità 24 ore su 24, 7 giorni su 7.

"Il nostro lavoro evidenzia il grande potenziale dei componenti fotonici termici non reciproci nelle applicazioni energetiche. Il sistema proposto offre un nuovo percorso per migliorare significativamente le prestazioni dei sistemi STPV. Potrebbe aprire la strada all'implementazione di sistemi non reciproci nei sistemi STPV pratici attualmente utilizzati in centrali elettriche", ha detto Zhao.

Fonte della storia:

Materiali forniti dall'Università di Houston. Originale scritto da Laurie Fickman.Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.