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Come raddoppiare la potenza dei pannelli solari
Nel tentativo di ridurre ulteriormente il costo dell'energia solare, Ingegneria del gap di banda , una startup di Woburn, nel Massachusetts, sta sviluppando una cella solare basata su nanofili che potrebbe generare il doppio di energia rispetto alle celle solari convenzionali.
È un progetto a lungo termine, ma nel frattempo l'azienda sta per iniziare a vendere una versione più semplice della tecnologia, utilizzando nanofili di silicio che possono migliorare le prestazioni e ridurre il costo delle celle solari al silicio convenzionali. Bandgap afferma che i suoi nanofili, che possono essere costruiti utilizzando gli strumenti di produzione esistenti, aumentano la potenza delle celle solari aumentando la quantità di luce che le celle possono assorbire.
In questo momento la maggior parte dei produttori di pannelli solari non sta costruendo nuove fabbriche perché il mercato per i loro prodotti è saturo. Ma se le condizioni del mercato migliorano e i produttori iniziano a costruire, saranno in grado di introdurre cambiamenti più grandi nelle linee di produzione. In tal caso la tecnologia Bandgap potrebbe consentire di modificare le celle solari in modo più significativo. Ad esempio, aumentando l'assorbimento della luce, potrebbe consentire ai produttori di utilizzare wafer di silicio molto più sottili, riducendo la maggior parte del costo di una cella solare. Potrebbe anche consentire ai produttori di utilizzare fili di rame invece di fili d'argento più costosi per raccogliere la carica dai pannelli solari.
Questi cambiamenti potrebbero portare a pannelli solari che convertono oltre il 20% dell'energia della luce solare in elettricità (rispetto a circa il 15% per la maggior parte delle celle solari ora) ma costano solo $ 1 per watt da produrre e installare, afferma Richard Chleboski, CEO di Bandgap. (Le installazioni solari ora costano pochi dollari per watt, a seconda delle dimensioni e del tipo.) Nel corso della vita operativa del sistema, i costi sarebbero compresi tra i 6 ei 10 centesimi per chilowattora. È ancora più alto del costo attuale dell'energia a gas naturale negli Stati Uniti, che è di circa 4 centesimi per chilowattora. Ma è abbastanza basso da garantire all'energia solare un mercato sostanziale in molte parti del mondo dove i costi energetici possono essere più alti o in alcuni mercati di nicchia negli Stati Uniti.
Nel frattempo, Bandgap sta perseguendo una tecnologia che un giorno potrebbe migliorare l'efficienza abbastanza da consentire all'energia solare di competere ampiamente con i combustibili fossili. Raddoppia l'efficienza delle celle solari senza aumentare notevolmente i costi di produzione e abbassi sostanzialmente il costo per watt dei pannelli solari e dimezzi il costo di installazione, attualmente la più grande spesa per l'energia solare, rendendo possibile ottenere la stessa quantità di energia della metà delle cellule.
Sia le celle che Bandgap sta per introdurre sia le celle che spera di produrre a lungo termine si basano sull'idea di ridurre al minimo la perdita di energia che si verifica tipicamente quando la luce passa attraverso una cella solare non assorbita o quando determinate lunghezze d'onda della luce vengono assorbite ma non non hanno abbastanza energia per rimuovere gli elettroni per creare elettricità. (Questa energia viene sprecata sotto forma di calore.) In una cella solare convenzionale, vengono sprecati almeno due terzi dell'energia della luce solare, di solito molto di più.
La tecnologia esistente dell'azienda sfrutta il fatto che quando la luce incontra i nanofili, viene rifratta in un modo che la fa rimbalzare nella cella solare piuttosto che semplicemente attraversarla o rimbalzare su di essa. Ciò aumenta le sue possibilità di essere assorbito (vedi celle solari in silicio nero per catturare più luce).
Ma ciò che Bandgap alla fine vuole fare è cambiare il modo in cui la luce viene convertita in elettricità all'interno della cellula. Se i nanofili possono essere realizzati in modo abbastanza uniforme e se possono essere formati in modo tale che i loro atomi si allineino lungo determinati piani, le minuscole strutture potrebbero modificare le proprietà elettroniche del silicio. Questi cambiamenti potrebbero consentire alle celle solari di generare elettricità da luce a bassa energia che normalmente produce solo calore, afferma Marcie Black, fondatore e chief technology officer dell'azienda. Lo fa in parte fornendo un modo per combinare l'energia da più di un fotone di luce a bassa energia.
La tecnologia potrebbe richiedere molti anni per svilupparsi. Per prima cosa, richiede un controllo molto preciso sulle proprietà di ciascuno dei milioni di nanofili. Inoltre, le tecniche necessarie per realizzare le celle solari potrebbero non essere abbastanza economiche o affidabili per produrle su larga scala. Ma tali celle solari potrebbero teoricamente convertire il 60 percento dell'energia della luce solare in elettricità. Ciò sarà difficile da ottenere in pratica, quindi l'azienda punta a un'efficienza più modesta del 38%, che è ancora più del doppio di quella delle tipiche celle solari al silicio prodotte ora.
I ricercatori stanno adottando diversi altri approcci per produrre celle solari ad altissima efficienza, come l'utilizzo di punti quantici o la combinazione di diversi tipi di materiali (vedi TR10: Nanocharge Solar and New Materials Make Photovoltaics Better). Tuttavia, la tecnologia dei nanofili potrebbe essere più semplice. In teoria, l'approccio ha molti potenziali vantaggi, ma devi farlo funzionare, afferma Andrew Norman, ricercatore senior presso il National Renewable Energy Laboratory a Golden, in Colorado. Bandgap non ha ancora costruito celle solari utilizzando l'approccio che spera di perseguire a lungo termine, ma ha effettuato misurazioni indirette che dimostrano che i suoi nanofili possono modificare le proprietà elettroniche del silicio. Questo è ancora in fase di ricerca, dice Black. Siamo molto onesti con gli investitori: c'è ancora molto lavoro da fare.