Solare termoelettrico, la terza via per l’elettricità dal sole

Un collettore solare che produce sia calore che elettricità, convertendo la differenza di temperatura direttamente, senza turbine o parti meccaniche. Al MIT, grazie alle nanotecnologie, migliorata di 8 volte l'efficienza dei generatori termoelettrici che sfruttano l'effetto Seebeck. Integrati al solare termico promettono molto.

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Semplice come un pannello solare termico, ma capace di produrre anche elettricità oltre ad acqua calda. Un generatore di elettricità che sfrutta il calore del sole senza usare turbine o parti mobili, come invece avviene nel solare termodinamico, ma convertendo la differenza termica direttamente in elettricità. Il solare termoelettrico, finora messo in ombra dai più convenienti sistemi fotovoltaici e termodinamici, potrebbe essere la promettente terza via per l’elettricità e il calore dal sole. Una innovazione del Massachussets Institute of Technology promettere infatti di rimettere in corsa questa tecnologia. Nei laboratori del MIT, grazie alle nanotecnologie, è nato un generatore solare termoelettrico con un efficienza circa 8 volte superiore rispetto ai dispositivi dello stesso tipo esistenti (nella foto, cortesia MIT, nelle mani del professor Gang Chen, affiancato dal ricercatore Daniel Kraemer).

Il sistema termoelettrico del MIT, descritto in uno studio pubblicato da Nature Materials, a differenza di altre tecnologie che sfruttano il calore del sole, come i vari tipi di impianti di solare termodinamico, non ha parti in movimento, né turbine, né tanto meno sistemi a specchi o inseguitori. Si tratta di un collettore simile a quelli solari termici. Come questi può produrre acqua calda, ma converte anche la differenza di temperatura in elettricità.

Cuore della tecnologia è infatti un generatore termoelettrico che funziona secondo l’effetto Seebeck, per il quale una differenza di temperatura tra due diversi conduttori crea una corrente elettrica quando due giunzioni sono tenute a temperature diverse. Il generatore termoelettrico nel collettore dell’MIT è realizzato con l’ausilio delle nanotecnologie e posto in una camera di vetro sottovuoto. Una parte è ricoperta da una piastra di rame nera che assorbe calore, ma non lo disperde per irradiazione; l’altra parte del generatore è invece a contatto con l’aria a temperatura ambiente. Riesce così a sviluppare differenze di temperature tra i due conduttori di circa 200 °C e a produrre elettricità.

L’efficienza che raggiunge nella produzione elettrica – del 4,6% – è piuttosto bassa se paragonata a quelle del fotovoltaico, in media 15-20% (le celle FV da record vanno oltre il 40%). Ma la tecnologia in questione ha caratteristiche che la potrebbero rendere molto interessante: richiede molti meno materiali per essere costruita e potrebbe dunque diventare molto più economica una volta diffusa. E poi funziona bene anche senza irradiazione diretta e, come detto, può produrre assieme acqua calda, calore ed elettricità, dimezzando così i costi.

Quella dei nanomateriali applicati ai generatori termoelettrici come questo, spiegano dal MIT, è uno dei filoni di ricerca promossi dal Department of Energy Usa (Doe). Una delle applicazioni principali per cui si stanno sviluppando questi generatori è recuperare il calore sprecato dai motori a combustione di automobili e camion, ma anche nel solare questa tecnologia “ha un ruolo importante da giocare”.

Un approccio, spiega il professor Li Shi, della University of Texas di Austin, “molto nuovo, semplice e che si presta a uno sviluppo low-cost”. L’efficienza del 4,6% raggiunta, spiega Shi, è “già impressionante”, ma “con l’uso di nuovi materiali termoelettrici che possono operare a temperature più alte, può essere ulteriormente migliorata fino ad arrivare ad essere competitivi con le celle fotovoltaiche al silicio amorfo di ultima generazione. Questo potrebbe delineare una via diversa per arrivare ad avere elettricità dal sole ad un dollaro per watt”.

La nuova tecnologia, commenta il professor Gand Cheng, uno degli sviluppatori, non sarebbe un sostituto del fotovoltaico, ma offre “un’altra via” per sfruttare la immensa quantità di energia che il sole offre. Visto che il generatore termoelettrico può essere integrato in collettori solari termici potrebbe essere messo in campo molto facilmente, “senza bisogno di incentivi”: un’innovazione che “potrebbe cambiare la partita”. Staremo a vedere.

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