Immaginate, per un istante, un pannello solare: cosa vi viene in mente? Sole, luce, energia prodotta durante il giorno. Cosa accade, però, di notte? Buio, produzione ferma e, quindi, si ricorre a quella accumulata grazie alle batterie. Un limite fisico, un dato di fatto che ha sempre rappresentato la sfida maggiore per l’energia solare, rendendo indispensabili i sistemi di accumulo per garantire continuità o un cambio di abitudini per sfruttare i raggi solari. Sapete, però, che esiste una tecnologia in grado di produrre energia elettrica dal fotovoltaico anche dopo il tramonto?
Non è fantascienza, ma il frutto di ricerche scientifiche all’avanguardia che stanno letteralmente ribaltando il paradigma. Se, fino a ieri, l’idea di un “pannello solare notturno” apparteneva al regno delle utopie, oggi è un campo di studio concreto con prototipi funzionanti. Come è possibile generare energia senza la luce del sole? Scopriamolo insieme, analizzando i principi fisici, le potenzialità e i limiti di questa affascinante innovazione.
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Il principio opposto: il raffreddamento radiativo
Il segreto di questa tecnologia rivoluzionaria non risiede nella cattura della luce, ma nel suo esatto contrario: la dispersione di calore. Il concetto chiave è il cosiddetto raffreddamento (o raffrescamento) radiativo. Durante la notte, la superficie terrestre (e in generale una molteplicità di oggetti che si trovano sopra di essa come gli edifici o le auto parcheggiate), che ha accumulato calore per tutto il giorno, inizia a rilasciarlo verso l’alto sotto forma di radiazione infrarossa.
Chiunque abbia notato la formazione di brina su un’auto in una notte serena, anche quando la temperatura dell’aria è sopra lo zero, ha assistito ad una manifestazione di questo fenomeno: la superficie dell’auto si è raffreddata più velocemente dell’aria circostante proprio perché ha irradiato calore verso il cielo.
I ricercatori hanno iniziato a chiedersi se fosse possibile intercettare questo flusso di energia termica in uscita e convertirlo in elettricità. La risposta è stata positiva grazie ad un dispositivo noto come generatore termoelettrico che produce una differenza di potenziale (e quindi corrente elettrica) quando i suoi due lati si trovano a temperature diverse.
“L’anti-pannello solare” della Stanford University
A dimostrare concretamente questa possibilità è stato un team di ricercatori della Stanford University che, nel 2019, ha sviluppato un prototipo che, posto sotto un cielo notturno sereno, è riuscito a generare elettricità.
Il loro dispositivo è concettualmente semplice ed è composto da:
- una superficie nera, esposta verso il cielo, che agisce da emettitore radiativo. Questa superficie è progettata per disperdere calore sotto forma di infrarossi nel modo più efficiente possibile, diventando così più fredda dell’aria circostante;
- un generatore termoelettrico (TEG) posizionato sotto questa superficie;
- una parte inferiore del generatore, che assorbe calore dall’aria esterna, rimanendo quindi a una temperatura più alta rispetto alla superficie radiante.
Questa differenza di temperatura tra la faccia superiore (fredda) e la faccia inferiore (calda) del generatore termoelettrico è sufficiente per produrre una (per ora) piccola, ma misurabile, quantità di energia elettrica. I risultati, pubblicati sulla rivista Applied Physics Letters, hanno aperto un filone di ricerca affascinante i cui risultati sono stati approfonditi anche da testate specializzate.
Quanta energia si produce? La (dura) realtà dei numeri
A questo punto, la domanda sorge spontanea: questa tecnologia può alimentare le nostre case? La risposta, al momento, è negativa. È fondamentale essere chiari sui numeri per non creare false aspettative: il prototipo della Stanford ha raggiunto una densità di potenza di circa 50 milliwatt per metro quadrato (mW/m²).
Per fare un confronto, un pannello fotovoltaico tradizionale durante il giorno produce tra i 150 e i 200 watt per metro quadrato (W/m²). Parliamo, quindi, di una produzione circa 3.000-4.000 volte inferiore. Con questa potenza, per accendere una singola lampadina a LED da 5 watt, servirebbe una superficie di ben 100 metri quadrati di questi speciali pannelli notturni.
Tuttavia questo non rende la tecnologia inutile, anzi, apre a scenari applicativi di grande interesse, specialmente in contesti off-grid o per alimentare dispositivi a basso consumo. Pensiamo a sensori per il monitoraggio ambientale, sistemi di illuminazione di emergenza, dispositivi IoT (Internet of Things) in aree remote dove la sostituzione delle batterie è complessa e costosa. In questi casi, una fonte di energia continua, anche se minima, può fare un’enorme differenza.
L’evoluzione: il fotovoltaico “ibrido” che funziona 24 ore su 24
La vera svolta potrebbe arrivare dall’integrazione di questa tecnologia con i sistemi fotovoltaici tradizionali. L’idea è quella di creare un pannello “ibrido” ovverosia in grado di funzionare 24 ore su 24: di giorno, sfruttando la luce solare con le celle fotovoltaiche standard e, di notte, convertendo il calore irradiato in elettricità tramite il sistema termoradiativo.
Questo approccio è stato esplorato anche da altri gruppi di ricerca come quello dell’University of New South Wales (UNSW) in Australia. I ricercatori australiani – come raccontato da Rinnovabili – hanno lavorato su un “diodo termoradiativo” in grado di compiere la stessa funzione, convertendo la radiazione infrarossa in energia. Il loro obiettivo è proprio quello di integrare questa capacità all’interno delle celle solari convenzionali.
Il ruolo cruciale dell’accumulo, oggi e domani
Mentre la ricerca sul fotovoltaico notturno prosegue (e va di pari passo con lo sviluppo degli eliostati), è essenziale rimanere con i piedi per terra. Ad oggi, la soluzione più efficace e matura per avere energia solare di notte rimane l’abbinamento di un impianto fotovoltaico tradizionale con un sistema di accumulo a batterie. Questa combinazione permette infatti di immagazzinare l’energia prodotta in eccesso durante il giorno per poi utilizzarla quando il sole non c’è, massimizzando l’autoconsumo e l’indipendenza dalla rete elettrica.
Le tecnologie di accumulo stanno facendo passi da gigante, con batterie al litio sempre più performanti, sicure e con un ciclo di vita più lungo. In un’ottica di economia circolare, la ricerca si sta concentrando anche su batterie realizzate con materiali più sostenibili e su processi di riciclo a fine vita sempre più efficienti. Tutto questo sarà di supporto alle rinnovabili già esistenti e a quelle del futuro.
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