Fotovoltaico trasparente: l’upgrade delle rinnovabili

14/09/2022 - L’associazione Solar Power Europe nel suo ultimo Global Market Outlook, un report annuale che analizza le installazioni fotovoltaiche a livello globale, ha riportato un nuovo record per questa tecnologia. Nel 2020 sono stati installati 167,8 GW di solare nel mondo, una crescita di oltre il 21% rispetto all’anno precedente.
 
Le previsioni del report per il quadriennio 2022-2026 sono fortemente ottimistiche. Secondo lo scenario prospettato, nonostante le evidenti sfide socio-politiche tutt’ora in corso, il solare vedrà una crescita impressionante, circa il 36% in più rispetto ai 167,8 GW.

 Annual solar PV installed capacity 2000-2021 ©Solarpower Europe 2022


Una crescita eccezionale che ha aiutato il fotovoltaico a mantenere la propria leadership rispetto alle altre tecnologie per la generazione di energia, come si evince dal seguente grafico.

 Solar electricity generation cost in comparison with conventional power sources 2021 ©Solarpower Europe 2022

Questo fenomeno attira e coinvolge la ricerca, che è sempre in prima linea per cercare soluzioni innovative. Come quella sui pannelli solari trasparenti condotta, a partire dal 2014, da Richard Lunt, scienziato e professore alla Michigan State University.
 
Osservando le nostre città si può dedurre facilmente quanto enorme sia la superficie vetrata che le caratterizza; solo negli Stati Uniti si stima che attualmente ci siano circa sette miliardi di metri quadrati di superficie in vetro.
 
È da questi numeri eccezionali che prende ispirazione l’idea del professor Lunt. In una sua dichiarazione ha affermato: “dato l’enorme quantitativo di superficie vetrata esistente, la tecnologia dei pannelli solari trasparenti ha il potenziale di soddisfare circa il 40% della domanda annuale di energia degli Stati Uniti. Questo potenziale è quasi simile a quello ottenibile installando il fotovoltaico solo sui tetti. Quando entrambe queste tecnologie verranno implementate in modo complementare, saranno in grado di soddisfare quasi il 100% del fabbisogno di elettricità degli Stati Uniti, se migliorassimo anche l'accumulo di energia".
 
Alla base di questa tecnologia innovativa c’è tutto lo studio legato all’architettura solare. In focus precedenti abbiamo parlato di soluzioni già esistenti ed operative come le VEPA, le vetrate panoramiche amovibili, oppure i BIPV ovvero il fotovoltaico architettonicamente integrato.
 
I pannelli solari trasparenti sono un’evoluzione dei vetri fotovoltaici (VFV) semitrasparenti. Ma vediamo meglio di cosa si tratta.
 

Pannelli solari trasparenti: funzionamento

Alla base del funzionamento di un pannello fotovoltaico c'è la capacità di questo di assorbire l'energia solare e di convertirla in elettricità, trasformando fotoni in elettroni.
 
Per definizione un materiale trasparente non è in grado di assorbire. Come, dunque, questa nuova tecnologia è in grado non solo di assorbire l’energia solare ma anche di trasformarla in energia elettrica?
 
Il fenomeno è molto simile a quello che caratterizza i vetri selettivi, usati nelle facciate continue o negli infissi con la finalità di ridurre la dispersione termica. I vetri selettivi respingono le radiazioni termiche provenienti dall'esterno senza ridurre la trasparenza ed il passaggio della luce, grazie a degli specifici trattamenti superficiali.
 
Un vetro selettivo è in grado di far passare una grande quantità di luce naturale e di avere una discreta azione schermante  nei confronti dei raggi ultravioletti e dei raggi infrarossi. In questo modo viene migliorata la capacità isolante.
 
Nel caso dei pannelli fotovoltaici trasparenti è usato concentratore solare luminescente trasparente (TLSC), che da una parte permette di rendere questi pannelli completamente trasparenti come il vetro, dall’altra parte permette di assorbire lunghezze d’onda della luce non visibili all’occhio umano, come la luce infrarossa e ultravioletta. Questa luminescenza “catturata” viene poi indirizzata verso il bordo del pannello per essere trasformata in energia elettrica da strisce sottilissime di celle fotovoltaiche convenzionali.
 

Dai limiti alle opportunità del fotovoltaico trasparente

Secondo questa tecnologia tutto ciò che è vetro potrebbe generare elettricità: dalle finestre di qualsiasi edificio fino ai display degli smartphone. Un potenziale tecnologico rivoluzionario, verrebbe da pensare, se non per il fatto che questa tecnologia ha un limite.
 
Rispetto ai pannelli solari tradizionali il fotovoltaico trasparente ha una resa nettamente inferiore: riesce a convertire meno del 10% dell’energia ricevuta in energia elettrica utilizzabile. Tuttavia, guardando questo esito da un altro punto di vista il risultato potrebbe essere ribaltato.
 
Minore efficienza ma maggiore sviluppo superficiale: quando questa tecnologia sarà diffusa e utilizzata su larga scala, ad esempio per rivestire intere facciate di edifici, la sua minore efficienza è destinata a essere sovracompensata dalla sua potenziale scala di implementazione.
 

Pannelli solari trasparenti: usi attuali ed evoluzioni future

Ad oggi le applicazioni del fotovoltaico trasparente nel settore delle costruzioni è ancora in via di sperimentazione, ma i risultati che si stanno ottenendo sono sempre positivi e in costante crescita. Come il case study proprio della Michigan State University. Sull'ingresso dell'edificio della facoltà di scienze biomediche e fisiche, nell'ambito di un restyling della facciata, sono stati installati dei pannelli solari in vetro trasparente che genereranno elettricità sufficiente per alimentare l'illuminazione dell’atrio. "Se visti dalla strada, i pannelli solari trasparenti in vetro sono quasi indistinguibili dal resto delle finestre dell'edificio", si legge in un articolo pubblicato sul sito della Michigan State University.

  Photo credit ©Nick Schrader

Ma è nel settore agroalimentare che questa tecnologia sta trovando attualemte largo impiego, in particolare nella realizzazione di serre. Grazie al fotovoltaico trasparente è possibile garantire il passaggio della luce solare, fondamentale per le colture, e allo stesso tempo produrre energia per le attività correlate. 
 
L’evoluzione della tecnologia sta portando ricerca e produzione a sviluppare anche le tende a pannelli solari da utilizzare assieme ai pannelli solari trasparenti per le finestre. Le tende solari potranno essere installate all'interno o all'esterno e controllate (angolazione e posizionamento) da un'app per ottimizzare le prestazioni.