Pannelli fotovoltaici che funzionano di notte

I pannelli fotovoltaici hanno il grande svantaggio che producono energia elettrica solo di giorno, quando il sole splende.  Alcuni ricercatori hanno immaginato un sistema solare in grado di generare energia anche al buio, utilizzando dei pannelli fotovoltaici che funzionano di notte.

Il lavoro è frutto dei ricercatori dell’ Università della California di Davis (Stati Uniti) che affermano di aver progettato una specie di cella solare invertita, in grado di generare fino a 50 watt di energia per metro quadrato in condizioni ideali di notte.

Non è moltissimo, perchè si tratta di un quarto della capacità di produzione diurna di un pannello solare fotovoltaico convenzionale anche meno se si prendono a riferimento i pannelli fotovoltaici ad alto rendimento. Si stanno sviluppando prototipi di queste celle solari notturne in grado di generare piccole quantità di energia. I ricercatori sperano di migliorare la potenza e l’efficienza dei dispositivi.

L’idea alla base , quella che i ricercatori hanno sfruttato, è la propensione degli oggetti caldi rispetto al loro ambiente ad emettere calore sotto forma di radiazione infrarossa . In questo caso, usano la Terra come fonte di calore e il cielo notturno come dissipatore. Perché lo spazio è un luogo particolarmente freddo. E puntando un oggetto verso il cielo, irradierà calore.

Funzionamento teorico 

Una cella solare fotovoltaica convenzionale che funziona di giorno assorbe i fotoni dalla luce solare e genera una corrente elettrica. Una cella termo radioattiva da usare di notte genera una corrente elettrica irradiando luce infrarossa (calore) verso il freddo estremo dello spazio profondo.

ll processo è simile al modo in cui funziona una normale cella solare, ma al contrario. Un oggetto caldo rispetto all’ambiente circostante irradierà calore come luce infrarossa. Una cella solare convenzionale è fredda rispetto al sole, quindi assorbe la luce.

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“Lo spazio è davvero molto freddo, quindi se hai un oggetto caldo e lo punti verso il cielo, irradierà calore verso di esso. Le persone usano questo fenomeno per il raffreddamento notturno da centinaia di anni“. “Negli ultimi cinque anni – ha detto Jeremy Munday, uno dei ricercatori autori dello studio. – c’è stato un grande interesse per i dispositivi che possono farlo durante il giorno (filtrando la luce solare o puntandoli lontano dal sole)”.

Non hanno invece problemi a funzionare di notte gli impianti con mini eolico domestico, a patto che sia presente il vento.

Generare energia irradiando calore

Esiste un altro tipo di dispositivo chiamato cella termo radioattiva che genera energia irradiando calore nell’ambiente circostante. I ricercatori hanno esplorato il loro utilizzo per catturare il calore disperso dai motori.

“Stavamo pensando, e se prendessimo uno di questi dispositivi e lo mettessimo in una zona calda e lo puntassimo verso il cielo“, ha detto Munday.

Questa cella puntata sul cielo notturno emetterebbe luce infrarossa perché è più calda dello spazio.

“Una normale cella solare genera energia assorbendo la luce solare, causando la comparsa di una tensione sul dispositivo e il flusso di corrente. In questi nuovi dispositivi, invece, viene emessa luce e la corrente e la tensione vanno nella direzione opposta, ma si genera ancora energia “, ha detto Munday. “Devi usare materiali diversi, ma la fisica è la stessa.”

Il dispositivo funzionerebbe anche durante il giorno e potrebbe essere tilizzando anche nel fotovoltaico ibrido, se si prendessero provvedimenti per bloccare la luce solare diretta o puntarla lontano dal sole. Poiché questo nuovo tipo di cella solare potrebbe potenzialmente funzionare tutto il giorno, è un’opzione interessante per bilanciare la rete elettrica durante il ciclo giorno-notte.

L ‘ Universo come fonte di energia

Anche un altro studio condotto da Shanhui Fan, un ricercatore della Stanford University (USA) conferma l’idea che l’Universo possa essere una fonte di energia.

“La vastità dell’Universo è una risorsa termodinamica . E’ possibile generare una quantità misurabile di elettricità grazie al freddo che regna nell’Universo. O più esattamente, grazie alla differenza di temperatura che esiste tra la nostra Terra e lo spazio“, sottolinea Shanhui Fan. Una nuova fonte di energia rinnovabile ?

I pannelli solari fotovoltaici generano elettricità dall’energia inviato sulla terra dal sole. L’idea di Shanhui Fan e dei suoi colleghi: catturare energia sotto forma di calore che lascia continuamente la superficie del nostro pianeta usando un fotodiodo a semiconduttore a infrarossi orientato verso il cielo.

“La quantità di energia che possiamo generare con questo esperimento, al momento, è molto al di sotto di quello che è il limite teorico“, ha spiegato Masashi Ono, coautore della ricerca.

Nello studio, gli scienziati spiegano come il loro diodo a illuminazione negativa è stato in grado di generare circa 64 nanowatt per metro quadrato, che è certamente una piccola quantità di elettricità, ma un’importante prova del concetto, che gli autori possono migliorare migliorando le proprietà optoelettroniche quantistiche dei materiali che usano.

Secondo i calcoli effettuati dopo che il diodo ha prodotto l’elettricità ha mostrato che, quando prendiamo in considerazione gli effetti atmosferici, il dispositivo sarebbe in grado di generare teoricamente quasi 4 watt per metro quadrato.

Il cielo ha una finestra di trasparenza atmosferica che varia da 8 a 13  μ m, quando la trasmissività del cielo è alta. I fotoni emessi termicamente dalla superficie terrestre in questo intervallo di lunghezze d’onda possono sfuggire allo spazio. Tale finestra di trasparenza consente quindi di avere accesso alla freddezza dello spazio esterno, che è la base di tutti gli esperimenti di raffreddamento radiativo.