Disruptive Frontiers of Solar Energy

Negli scorsi anni sono stati individuati nei laboratori del Centro Ricerche per le Energie non Convenzionali – Istituto Donegani alcuni tipi di materiali capaci di funzionare da convertitori di spettro. Oltre a poter essere utilizzati per meglio adattare lo spettro solare alle caratteristiche delle celle fotovoltaiche, incrementando così l'energia da esse prodotta, questi materiali consentono di realizzare dei dispositivi chiamati concentratori solari luminescenti. Si tratta di sottili lastre di materiale trasparente al cui interno in fase di realizzazione sono incorporate le sostanze convertitrici di spettro. Grazie ad esse, parte della luce incidente sulle lastre può essere convertita e trattenuta al loro interno ed essere raccolta ai loro bordi da celle fotovoltaiche convenzionali, il cui miglior utilizzo consente vantaggi economici. Dato che parte della luce può attraversarli, questo tipo di dispositivi possono essere facilmente integrati in realizzazioni nel capo dell'edilizia, realizzando delle "finestre fotovoltaiche".
I materiali e le relative preparazioni sono originali e su queste basi sono stati depositati una serie di brevetti.

La produzione di idrogeno per mezzo dell'energia solare (o fotoproduzione di idrogeno) è un'altra grande frontiera del solare avanzato, perché consentirebbe di ovviare al principale inconveniente della fonte solare, la sua intermittenza, incrementandone notevolmente le possibilità di sfruttamento e diffusione. Presso il Centro Ricerche per le Energie non Convenzionali – Istituto Donegani sono stati sintetizzati diversi materiali, tra cui biossido di titanio e ossido di tungsteno in forma di nanotubi, per la realizzazione di componenti (fotoanodi) avanzati di celle fotoelettrochimiche, dispositivi capaci di scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno sfruttando la luce.
Partendo dai ritrovati e dagli studi di laboratorio, è stato recentemente realizzato un dimostratore della tecnologia di scala apprezzabile, in grado di funzionare all'aperto con luce del sole. L'originalità delle ricerche effettuate ha potuto portare al deposito di una serie di brevetti.

L'energia solare può anche essere impiegata per alimentare cicli termodinamici convenzionali.
In questo caso si impiegano ampi campi di specchi (che occupano circa 2-5 ettari per ogni MW installato) orientati in modo da focalizzare la luce su opportuni elementi ricevitori in cui è riscaldato un fluido termovettore (tipicamente olio diatermico, ma anche sali fusi, come nel progetto Archimede di Enea). Il fluido cede la sua energia termica producendo vapore acqueo che alimenta un classico ciclo a vapore.
Utilizzando specchi orientabili secondo un asse di rotazione, i raggi solari possono essere concentrati su una linea dove sono posizionati i tubi ricevitori percorsi dal fluido termovettore, mentre specchi mobili attorno a due assi di rotazione possono essere puntati su un punto dove si può istallare direttamente una sorta di caldaia e producono di conseguenza maggiori concentrazioni.
In entrambi i casi l'impiego di specchi consente in definitiva di concentrare notevolmente energia contenuta nella luce solare (da parecchie decine a svariate centinaia di volte) permettendo di raggiungere le temperature richieste in questo tipo di applicazione (diverse centinaia di gradi centigradi).
Questi sistemi presentano elevati costi d'investimento, ma costi operativi relativamente limitati, poiché non implicano consumi di combustibile   e non producono emissioni di gas serra durante il funzionamento.