Rinnovabili • Celle solari semitrasparenti

Celle solari semitrasparenti, efficienza record al 21,68%

Create il fotovoltaico semitrasparente in perovskite più efficiente al mondo. Integrato in una cella tandem può portare le architetture bifacciali a nuovi traguardi

Celle solari semitrasparenti
Credits: KIER

Più del 99% dell’efficienza iniziale dopo 240 0re di funzionamento

(Rinnovabili.it) – Economicità, stabilità ed efficienza elevata non solo le sole qualità richieste al fotovoltaico. Per un’integrazione tecnologica perfetta, la ricerca di settore insegue da tempo anche un’altra caratteristica: la trasparenza. Celle solari trasparenti o semitrasparenti, infatti, possono essere impiegate per realizzare vetri e finestre che producano energia senza privare della luce gli ambienti interni. O possono essere impilate su celle tradizionali per regalare il giusto boost all’architettura multigiunzione. A patto ovviamente di non dover rinunciare agli attributi sopracitati.

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L’ultimo grande progresso in tal senso è stato compiuto dal Dipartimento di ricerca sul fotovoltaico del Korea Institute of Energy Research (KIER), in collaborazione con il KIER Energy AI e il Computational Science Lab. Qui un team di scienziati ha realizzato celle solari semitrasparenti in perovskite con un’efficienza di conversione del 21,68%. I dispositivi rappresentano un record mondiale nel campo e nel contempo offrono anche un’invidiabile durata. Oltre il 99% della loro efficienza iniziale, infatti, è stata mantenuta dopo 240 ore di funzionamento.

Celle Solari Semitrasparenti in Perovskite, alla ricerca dell’intoppo

Per raggiungere questo risultato, il gruppo ha dovuto risolvere un ostacolo non da poco. Per ottenere fotovoltaico semitrasparente è necessario sostituire i tradizionali elettrodi metallici delle celle con elettrodi trasparenti che consentono il passaggio della luce. Tuttavia durante processo vengono generate particelle ad alta energia, che portano al degrado delle prestazioni dello strato di trasporto delle lacune.

In realtà una soluzione tecnica esiste (si crea un cuscinetto protettivo tra elettrodo e strato di trasporto) ma le prestazioni finali sono sempre apparse deludenti. Gli scienziati del KIER hanno utilizzato l’analisi elettro-ottica e la scienza computazionale a livello atomico per comprenderne i motivi e di conseguenza risolvere il problema. Come? Aggiungendo ossidi di litio stabili “alla ricetta”.

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Il questo modo il gruppo ha sviluppato celle solari semitrasparenti in perovskite in grado di convertire in elettricità il 21,68% della luce solare, il più alto valore mai raggiunto da questo segmento. Quindi ha applicato le unità come cella superiore di un’architettura tandem, creando le prime celle solari multigiunzione bifacciali della Corea del Sud, che utilizzano la luce riflessa dalla parte posteriore e quella incidente dalla superficie anteriore. Una volta testate hanno mostrato efficienze equivalenti bifacciali del 31,5% per le configurazioni a quattro terminali e del 26,4% per le configurazioni a due terminali. la ricerca è stata pubblicata su Advanced Energy Materials (testo in inglese).

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About Author / Stefania Del Bianco

Giornalista scientifica. Da sempre appassionata di hi-tech e innovazione energetica, ha iniziato a collaborare alla testata fin dalle prime fasi progettuali, profilando le aziende di settore. Nel 2008 è entrata a far parte del team di redattori e nel 2011 è diventata coordinatrice di redazione. Negli anni ha curato anche la comunicazione e l'ufficio stampa di Rinnovabili.it. Oggi è Caporedattrice del quotidiano e, tra le altre cose, si occupa quotidianamente delle novità sulle rinnovabili, delle politiche energetiche e delle tematiche legate a tecnologie e mercato.


Rinnovabili • Turbine eoliche ad asse verticale

Turbine eoliche ad asse verticale, efficienza migliorata del 200%

Dall'EPFL svizzero il primo studio che applica un algoritmo di apprendimento automatico alla progettazione della pale delle turbine VAWT

Turbine eoliche ad asse verticale
via depositphotos

Nuovi progressi per le turbine eoliche ad asse verticale

Un aumento dell’efficienza del 200% e una riduzione delle vibrazioni del 70%. Questi due dei grandi risultati raggiunti nel campo delle turbine eoliche ad asse verticale,  presso l’UNFoLD, il laboratorio di diagnostica del flusso instabile della Scuola Politecnica Federale di Losanna (EPFL). Il merito va a Sébastien Le Fouest e Karen Mulleners che, in un’anteprima mondiale hanno migliorato questa specifica tecnologia impiegando un algoritmo di apprendimento automatico.

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Turbine eoliche VAWT, vantaggi e svantaggi

Si tratta di un progresso a lungo atteso dal comparto. Le turbine eoliche ad asse verticale o VAWT per usare l’acronimo inglese di “Vertical-axis wind turbines” offrono sulla carta diversi vantaggi rispetto ai classici aerogeneratori ad asse orizzontale. Ruotando attorno ad un asse ortogonale al flusso in entrata, il loro lavoro risulta indipendente dalla direzione del vento, permettendogli di funzionare bene anche nei flussi d’aria urbani. Inoltre offrono un design più compatto e operano a frequenze di rotazione più basse, il che riduce significativamente il rumore e il rischio di collisione con uccelli e altri animali volanti. E ancora: le parti meccaniche della trasmissione possono essere posizionate vicino al suolo, facilitando la manutenzione e riducendo i carichi strutturali.

Perché allora non sono la scelta dominante sul mercato eolico? Come spiega lo stesso Le Fouest, si tratta di un problema ingegneristico: le VAWT funzionano bene solo con un flusso d’aria moderato e continuo. “Una forte raffica aumenta l’angolo tra il flusso d’aria e la pala, formando un vortice in un fenomeno chiamato stallo dinamico. Questi vortici creano carichi strutturali transitori che le pale non possono sopportare“, scrive Celia Luterbacher sul sito dell’EPFL.

Energia eolica e algoritmi genetici

Per aumentare la resistenza, i ricercatori hanno cercato di individuare profili di inclinazione ottimali.  Il lavoro è iniziato montando dei sensori, direttamente su una turbina in scala ridotta, a sua volta accoppiata ad un ottimizzatore funzionante con algoritmi genetici di apprendimento. Di cosa si tratta? Di una particolare tipologia di algoritmi euristici basati sul principio della selezione naturale.

Quindi muovendo la pala avanti e indietro con angoli, velocità e ampiezze diverse, hanno generato una serie di profili di inclinazione. “Come in un processo evolutivo, l’algoritmo ha selezionato i profili più efficienti e robusti e ha ricombinato i loro tratti per generare una ‘progenie’ nuova e migliorata”. Questo approccio ha permesso a Le Fouest e Mulleners non solo di identificare due serie di profili di passo che contribuiscono a migliorare significativamente l’efficienza e la robustezza della macchina, ma anche di trasformare la più grande debolezza delle turbine eoliche ad asse verticale in un punto di forza. I risultati sono riportati su un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications.

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