CONCENTRATORI SOLARI LUMINESCENTI LSC

Nuove scoperte e nuove sperimentazioni nel campo dell'energia fotovoltaica. Si tratta di una ricerca condotta dalla Los Alamos National Laboratory in collaborazione con l'Università degli Studi di Milano-Bicocca, condotta da Francesco Meinardi, grazie al quale si potrà rendere fotovoltaica ogni superficie.

Lo studio si basa su due concetti scientifici molto distinti, ovvero i Quantum Dot e i Concentratori Solari Luminescenti (LSC).
Gli LSC sono lastre fotoattive trasparenti che possono essere integrate come finestre o pannelli solari colorati in ambito architettonico. Si tratta di veri e propri convertitori fotonici che sono in grado di incrementare il potenziale luminoso sulla loro superficie e di trasformarlo in energia elettrica. Il materiale, quindi, ha la capacità di riunire tutte le lunghezze d'onda del raggio luminoso incidente per convertirle in radiazione infrarossa o ultravioletta, infatti la lastra emette luce blu o rossa se illuminata.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Concentratori Solari Luminescenti quando vengono illuminati)

Le lastre fotoattive vengono messe in commercio complete di basi in Plexiglass a basso costo e rifinite con coloranti acrilici. La caratteristica principale dei LSC è quella di riuscire a convertire la luce solare in quelle determinate lunghezze d'onda dove il rendimento elettrico è più alto. La radiazione così assorbita viene guidata all'interno dello spessore della lastra fino a concentrarla nei bordi, dove vengono poste le vere e proprie celle fotovoltaiche.

Gli LSC sono quindi composti da una matrice trasparente ad alta qualità ottica (Plexiglass) e dal materiale luminescente (Molecole organiche fluorescenti). I principi fondamentali per il loro funzionamento sono per prima la riflessione interna totale e successivamente l'emissione di fluorescenza. Le caratteristiche che questo genere di materiale ha in prospettiva della tipologia del fotovoltaico integrato sono numerose, ovvero la trasparenza, la possibilità di avere la superficie della lastra colorata o incolore, molte possibilità di applicazione in ambito progettuale, essendo questo materiale molto leggero e flessibile, adattabile a varie situazioni architettoniche.

 

 

 

 

 

 

Come detto, il Concentratore è una lastra fotoattiva trasparente e questo suo essere fotoattivo lo deve alla presenza all'interno della propria struttura di vari punti quantici, ovvero particolari nanostrutture attive dal punto di vista ottico.

Nello specifico, il Quantum Dot è quella sostanza che si trova allo stato colloidale, diversa sia dalle soluzioni che dalle sospensioni, nella quale una sostanza è dispersa in un'altra sostanza, detta mezzo disperdente, in forma generalmente amorfa. Il Quantum Dot è, quindi, quel tipo di nanostruttura che presenta un materiale semiconduttore avente una certa banda proibita incluso in un secondo semiconduttore con banda proibita più grande. Con banda proibita si intende quell'intervallo di energia interdetto agli elettroni, un vero e proprio gap energetico con il quale si definiscono le caratteristiche elettroniche di metalli e altri materiali. Infatti, dove il gap si sovrappone alle bande permesse (di valenza e conduzione) si ha un materiale conduttore, al contrario si tratta di un isolante quando il divario è grande fra la zona interdetta e quella permessa. Il Quantum Dot genera, quindi, una piccola regione tridimensione, detta pozzo di potenziale, dove vengono convogliati i portatori di carica, ovvero elettroni e lacune.

 

 

 

 

 

 

 

 

La relazione che intercorre tra Condensatore Solare Luminescente e Quantum Dot sta proprio nell'inclusione del secondo nel primo, dove il Condensatore riesce a convogliare la radiazione luminosa verso i bordi, e quindi verso le celle fotovoltaiche, grazie alla presenta al suo interno di vari punti quantici. Si viene a creare così una doppia struttura colloidale: il Condensatore assorbe la luce e il Quantum Dot la convoglia e la converte, evitando quindi la riflessione interna alla lastra, ovvero il raggio non viene riassorbito ma direzionato verso le celle fotovoltaiche nei bordi.

 

 

 

 

 

Con questa particolare tecnologia non sarà più necessario avere un impianto fotovoltaico integrato in architettura ma sarà sufficiente inserire in ambito progettuale vetri con questa tecnologia al posto dei classici. Si tratta naturalmente di un processo ancora in fase di sperimentazione ma i vantaggi che apporterà in futuro sono di portata immensa.

Molto spesso gli impianti tradizionali fotovoltaici, che siano essi in struttura cristallina o amorfa quindi a pannelli o pellicole, non trovano facile applicazione. È il caso di edifici con conformazioni organiche o che appartengono al patrimonio artistico o ancora che non hanno spazio sufficiente per ospitare gli impianti, mancano, ad esempio, di tetti o terrazze di dimensione adeguata. Con il vetro, invece, il discorso cambia, perché è impossibile non dotare un edificio di aperture.

 

 

 

 

 

 

 

 

La scelta di utilizzare gli LSC, propriamente detti come "Pannelli polimerici trasparenti contenti specie luminescenti" vanta, quindi, notevoli vantaggi, come l'impiego di materiali economici come il vetro e il Plexiglass e bassi costi potenziali per la produzione, grande flessibilità e leggerezza e applicabilità a richieste e progetti di design e quindi integrazione su larga scala. Ma non solo, perché si potrebbe questa tecnologia è facilmente accoppiabile con la tradizionale tecnologia fotovoltaica oppure consente una minore superficie riservata a quest'ultima, è un sistema che funziona anche in condizioni di cielo molto nuvoloso e quindi con luce diffusa e non presenta i problemi tipici di dissipazione del calore.

Fonte ENI.