Sviluppato un nuovo materiale composito igroscopico per il raffreddamento evaporativo dei moduli fotovoltaici
Arriva da una ricerca internazionale un nuovo materiale per raffreddare i pannelli solari passivamente. Il lavoro, guidato dalla King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), ha sviluppato un innovativo composito igroscopico – economico e facile da fabbricare – con cui efficientare ulteriormente il raffrescamento tramite evaporazione (una delle strategie più promettenti nel campo).
Messo alla prova sotto il cocente sole del deserto, il nuovo materiale ha dimostrato di poter ridurre la temperatura media di 9,4 °C e aumentare nel contempo del 10,2% la potenza media del pannello fotovoltaico.
Danni del calore sul fotovoltaico
Evitare il surriscaldamento dei moduli fotovoltaici è essenziale per ottenere il massimo delle prestazioni dal proprio impianto. In linea generale i dispositivi in silicio cristallino, oggi in commercio, convertono mediamente il 20% dell’energia solare assorbita in elettricità, dissipando il resto sotto forma di calore e aumentando così la propria temperatura al di sopra di quella ambientale.
In questo contesto esistono dei precisi limiti per un funzionamento perfetto. È stato calcolato, infatti, che per ogni grado di aumento della temperatura sopra i 25°C, i pannelli solari perdano circa lo 0,35% di efficienza. E con le nuove tecnologie fotovoltaiche a base di perovskite, più sensibile al calore, la degradazione termica rappresenta un problema anche più ampio.
Perché succede? Perché l’energia termica influisce sulla potenza massima in uscita e sulla tensione a circuito aperto, che diminuiscono con il calore, mentre la corrente di cortocircuito generalmente aumenta.
In altre parole, nei climi più caldi e soleggiati dove la tecnologia fotovoltaica di norma renderebbe di più, le stesse condizioni ambientali possono rivelarsi un problema. Mantenere i pannelli solari freschi, al contrario, può determinare una differenza significativa sull’elettricità prodotta e avere degli effetti anche sul tempo di ritorno degli investimenti.
Come raffreddare i pannelli solari?
Negli anni sono emerse diverse strategie di raffreddamento per i moduli solari in grado di contrastare lo stress termico attivamente o passivamente.
Il raffreddamento attivo impiega sistemi alimentati elettricamente, come la circolazione dell’acqua o dell’aria, per rimuovere il calore. Sebbene efficace, rappresenta attualmente l’approccio più costoso e complesso da mantenere.
Il raffreddamento passivo si basa invece su processi naturali per la dissipazione del calore, un approccio caratterizzato dalla semplicità d’utilizzo e da esigenze di manutenzione minime. Fanno parte delle tecniche passive la ventilazione naturale, il raffreddamento radiativo e il raffreddamento evaporativo.
Quest’ultimo in particolare sta ottenendo parecchia attenzione grazie allo sviluppo di nuovi compositi idrogel dalle eccezionali proprietà igroscopiche. Tali materiali si distinguono per la loro capacità di assorbire e rilasciare acqua, adattandosi all’umidità ambientale e agli sbalzi di temperatura, facilitando così un raffreddamento superficiale attraverso l’evaporazione. Il loro problema principale? Sono complessi da realizzare e quindi costosi. È a questo livello che si inserisce la nuova ricerca internazionale, guidata dal KAUST.
Un nuovo strato di raffreddamento passivo per i pannelli solari
Per raffreddare i pannelli solari passivamente, il team ha preparato un composito igroscopico a base di cloruro di litio e poliacrilato di sodio, che assorbe l’umidità dell’aria di notte e la rilascia durante il giorno. Il vantaggio di questa ricetta? Il poliacrilato è un polimero economico, fabbricabile senza l’uso di sostanze chimiche aggressive o reagenti specializzati, a differenza di altri compositi igroscopici.
Gli scienziati hanno utilizzato il materiale per realizzare uno strato di raffreddamento evaporativo spesso 10 mm da applicare sulla superficie posteriore dei moduli fotovoltaici.
Durante i test nel deserto saudita, le celle solari con lo strato di composito hanno raggiunto temperature di 9,4 °C più basse rispetto a quelle prive del nuovo materiale. Hanno inoltre mostrato un aumento della potenza erogata di oltre il 12% e una durata di vita superiore al 200%, riducendo al contempo i costi di produzione dell’elettricità (LCOE) di quasi il 20%.
Oltre all’Arabia Saudita, i pannelli solari sono stati testati anche in alcune delle zone più fredde degli Stati Uniti continentali, sotto la pioggia, per dimostrare come la tecnologia di raffreddamento passivo funzioni in qualsiasi ambiente.
Questi risultati aprono nuove prospettive per un’energia solare più efficiente e sostenibile, come dettagliato nell’articolo “Streamlined fabrication of an inexpensive hygroscopic composite for low maintenance evaporative cooling of solar panels“ su Materials Science and Engineering: R: Reports.
