Ilaria Rosella Pagliaro Il "leaf LSC" introduce un design modulare ispirato alla natura, migliorando l'efficienza dei concentratori solari e aprendo nuove possibilità per l'energia sostenibile
©JPE
Fin dalla sua invenzione negli anni ’70, il concentratore solare luminescente (LSC) è stato ideato per migliorare la cattura dell’energia solare, utilizzando materiali luminescenti per convertire e concentrare la luce su celle fotovoltaiche (PV). A differenza dei concentratori tradizionali, che si basano su specchi e lenti, gli LSC possono raccogliere la luce diffusa e sono stati applicati in contesti come i fotovoltaici integrati negli edifici, dove la loro trasparenza e il loro colore offrono vantaggi estetici.
Tuttavia, la scalabilità degli LSC per coprire ampie aree ha sempre presentato difficoltà, soprattutto per via dell’autoassorbimento dei fotoni all’interno della guida d’onda. Ora, i ricercatori dell’Università di Ritsumeikan in Giappone hanno proposto un innovativo modello di “leaf LSC” che potrebbe superare questi limiti, migliorando la raccolta e il trasferimento della luce verso le celle fotovoltaiche.
Un design ispirato alla natura
Il design del concentratore solare “leaf LSC” affronta la sfida della scalabilità utilizzando componenti luminescenti più piccoli e interconnessi, che ricordano le foglie di un albero. Come spiegato nel Journal of Photonics for Energy (JPE), questa configurazione prevede il posizionamento di piastre luminescenti attorno a una fibra centrale, con i lati delle piastre orientati verso la fibra.
Questo schema permette ai fotoni incidenti di essere convertiti in fotoni PL dalle piastre, che poi viaggiano attraverso la fibra per essere raccolti alla sua estremità da una cella fotovoltaica. Inoltre, guide di luce trasparenti collegano più fibre a una singola cella PV, ampliando l’area di raccolta e riducendo le perdite di fotoni dovute all’autoassorbimento e alla dispersione.
Il design modulare degli LSC offre vantaggi importanti. Riducendo la dimensione dei singoli moduli, i ricercatori hanno osservato un aumento dell’efficienza nella raccolta dei fotoni. Ad esempio, riducendo la dimensione laterale di un LSC a forma di foglia quadrata da 50 mm a 10 mm, l’efficienza di raccolta è migliorata notevolmente. Inoltre, il design modulare permette di sostituire facilmente le unità danneggiate e di integrare nuovi materiali luminescenti man mano che diventano disponibili.
Per aumentare ulteriormente l’efficienza del sistema, i ricercatori hanno integrato tecniche tradizionali dei LSC planari, come specchi laterali e strutture tandem, nel design del “leaf LSC”. Gli esperimenti hanno dimostrato che l’efficienza ottica di queste strutture a foglia può essere calcolata in modo analitico, basandosi sullo spettro e sull’intensità della luce incidente.
Sean Shaheen, caporedattore di JPE e professore di ingegneria e fisica all’Università del Colorado Boulder, ha dichiarato:
Questi risultati dimostrano un approccio creativo che avanza il concetto di concentratori solari luminescenti, guidando efficacemente l’energia solare verso dispositivi fotovoltaici adiacenti. Grazie a design scalabili e ispirati alla natura, combinati con miglioramenti nell’ingegneria ottica, gli autori hanno fatto un passo avanti verso un utilizzo pratico.
L’ottimizzazione della raccolta dei fotoni negli LSC potrebbe aprire la strada a soluzioni energetiche più flessibili e scalabili. Questo approccio alla raccolta dell’energia potrebbe rivoluzionare il campo dei concentratori solari, rendendoli più efficienti e adattabili a molteplici utilizzi, dalle grandi installazioni ai sistemi integrati negli edifici. Con il progresso della tecnologia, ci sono buone probabilità che le prestazioni dei sistemi solari migliorino notevolmente, contribuendo a soluzioni energetiche più sostenibili.
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