Quando la luce diventa elettricità

Generatori termofotovoltaici efficienti, dai costi contenuti e a ridotto impatto ambientale, da utilizzare non solo nel campo dell'esplorazione spaziale, come già avviene, ma anche in altri settori: per generatori portatili per l'alimentazione di automobili elettriche, ma anche  per abitazioni o per interi condomini. È lo scenario prefigurato da uno studio dell'Istituto dei materiali per l'elettronica e il magnetismo (Imem) del Cnr di Parma pubblicato su 'Solar Energy Materials & Solar Cells', che ha individuato i limiti della maggior parte dei prototipi attualmente in uso, dando una spinta alla realizzazione di una generazione di dispositivi ad alto rendimento.

"I generatori termofotovoltaici consentono di ottenere energia elettrica convertendo l'emissione luminosa prodotta dai corpi ad alta temperatura mediante celle fotovoltaiche", spiega Claudio Ferrari dell'Imem-Cnr, autore dello studio con i colleghi Francesco Melino e Matteo Bosi. "Allo stato attuale, però, tali generatori sono realizzati con efficienze ben al di sotto del 10%, ottenute mediante l'impiego di celle fotovoltaiche specializzate e costose. Questo spiega l'utilizzo limitato a pochi ambiti". Chiave di volta dello studio Imem-Cnr, l'individuazione dell'aspetto più critico del sistema: la dimensione dell'emettitore luminoso, il componente che converte l'energia termica in energia luminosa o radiante.

"Per la prima volta è stato dimostrato che per una data potenza termica in ingresso c'è una dimensione ottimale dell'emettitore luminoso che massimizza l'efficienza di conversione elettrica: questo dato, non considerato precedentemente, spiega perché nei prototipi realizzati l'efficienza di conversione elettrica ottenuta è relativamente bassa", continua il ricercatore dell'Imem-Cnr.

L'uso di emettitori più piccoli influisce anche sul costo del generatore poiché consente di usare meno celle fotovoltaiche, che a oggi costituiscono l'elemento più dispendioso, ottenendo pari efficienza. "Ad esempio da un bruciatore di 10 kW termici, corrispondenti a una piccola caldaia domestica, con circa 500 cm² di celle all'antimoniuro di gallio, si potrebbero produrre 2 kW di potenza elettrica o 1.2 kW elettrici con celle al germanio", conclude Ferrari.

La diffusione di generatori termofotovoltaici può contribuire in modo significativo allo sviluppo della generazione distribuita di energia compiendo un avanzamento fondamentale verso un uso più efficiente, razionale e sostenibile delle risorse energetiche.

Fonte: Claudio Ferrari, Istituto dei materiali per l'elettronica ed il magnetismo, Parma, tel. 0521/269222 , email ferrari@imem.cnr.it