#cellesolari

[scienza-magia]

Celle fotovoltaiche "quantum dots" ad alto rendimento

Realizzate le celle solari a punti quantici più efficienti al mondo. Gli ingegneri dell’UNIST in Corea del Sud hanno creato celle solari “quantum dot” a base di perovskite in grado di convertire il 18,1% della luce in elettricità. Nuovo record mondiale per il fotovoltaico di ultima generazione Sono state ipotizzate per la prima volta nel 1989 ma prima di ottenere un’unità funzionale sono passati 11 anni, nonostante già nel 2001 fossero viste come la promessa del fotovoltaico di nuova generazione. Parliamo delle celle solari a punti quantici o “quantum dots” (QD), dispositivi che impiegano minuscole sfere di materiale semiconduttore di appena 2-10 miliardesimi di metro di diametro. L’ultimo grande progresso nel campo arriva dall’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia di Ulsan (UNIST), in Corea del Sud. Qui un gruppo di ingegneri, guidati dal Professor Sung-Yeon Jang, ha segnato il record mondiale di efficienza per questa tecnologia. Un 18,1% già segnalato nel 2022 e oggi messo nero su bianco con un dettagliato studio su Nature Energy (testo in inglese). Cosa sono le celle solari a punti quantici?

Campioni di punti quantici di grafene derivati dal carbone che brillano se esposti alla luce. Inoltre: i materiali sono prodotti da NETL. Original public domain image from Flickr Le celle solari a punti quantici impiegano come materiale fotovoltaico nanoparticelle semiconduttrici le cui dimensioni determinano le bande proibite. In altre parole variando la grandezza dei punti quantici è possibile sintonizzarli per rispondere a diverse lunghezze d’onda della luce. Più diventano piccoli, più la loro capacità di assorbimento luminoso si sposterà verso la luce blu, porzione visibile dello spettro ad alta energia. Ma i quantum dots possiedono anche un altro vantaggio: possono aumentare notevolmente l’efficienza di conversione della luce solare in energia – forse addirittura raddoppiandola in alcuni dispositivi – grazie alla loro capacità di generare più di una coppia elettrone-lacuna, o eccitone, per ogni fotone in arrivo. Le attuali celle solari producono solo un eccitone per fotone incidente, nei punti quantici invece si registra un effetto chiamato “generazione di eccitoni multipli” (MEG) che permette di estrarre più energia. Il NREL ha dimostrato che il fotovoltaico quantum dots sotto la luce solare concentrata potrebbe raggiungere efficienze di conversione massime teoriche doppie rispetto a quelle ottenibili dal solare convenzionale: fino al 66%, rispetto al 31% delle celle di prima e seconda generazione. Fotovoltaico QD, le sfide rimaste aperte Di contro si tratta di una tecnologia “nuova”, con pochi anni alle spalle, e i risultati pratici non riescono ancora a competere con quelli del silicio cristallino. Prima che i QD diventino tecnologicamente significativi, gli scienziati devono imparare come dividere gli eccitoni creati e raccogliere i portatori di carica risultanti con alta efficienza. Nonostante le celle solari a punti quantici debbano superare ancora diversi problemi prima di divenire appetibili per il commercio di massa, alcuni piccoli produttori si sono lanciati nell’impresa con prodotti di nicchia, come le finestre fotovoltaiche QD di UbiQD. Celle solari quantum dots in perovskite, efficienza al 18,1% Il lavoro sudcoreano spalanca le porte ad una nuova era di progressi affrontando una delle principali sfide tecniche nel campo. Le celle solari quantum dots offrono la maggiore efficienza teorica quando realizzate con materiali organici. Sfortunatamente tali materiali soffrono di difetti che le rendono meno stabili alla luce solare e agli stress ambientali. Per aggirare il problema, sono impiegati normalmente materiali inorganici, che però ne limitano la resa. Il team dell’UNIST ha realizzato i punti quantici con una perovskite organica e ha sviluppato un nuovo metodo per ancorarli al substrato posizionandoli molto vicini fra loro. Ciò ha aumentato l’efficienza fino al livello record del 18,1% e ha reso le nuove celle molto più stabili. Sottoposte a test hanno mantenuto la loro efficienza di conversione iniziale per 1.200 ore in condizioni normali e per 300 ore a una temperatura di 80°C. “La nostra tecnologia sviluppata ha raggiunto un’impressionante efficienza del 18,1% nelle celle solari QD”, ha affermato il professor Jang. “Questo straordinario risultato rappresenta la più alta efficienza tra le celle solari a punti quantici riconosciuta dal prestigioso National Renewable Energy Laboratory (NREL) negli Stati Uniti”. Read the full article

[orizoncontrols]

SENSORI DI CO2 SMART A CELLE SOLARI

Negli ultimi anni, in particolare dopo la crisi COVID-19, c'è stata una crescente attenzione da parte degli organismi di regolamentazione ambientale sul miglioramento della qualità dell'aria interna e sull'implementazione di standard più elevati.Questa attenzione è diventata cruciale per molte aziende e per il pubblico in generale, considerando che le persone trascorrono circa il 90% del loro tempo al chiuso. Inoltre, la ricerca scientifica ha stabilito una chiara connessione tra livelli elevati di alcuni inquinanti ed effetti negativi sulla salute, in particolare tra le popolazioni vulnerabili come gli anziani, i bambini e le persone con patologie respiratorie o cardiovascolari croniche. Gli indicatori chiave per misurare la qualità dell'aria e valutare i potenziali rischi per la salute includono la concentrazione di anidride carbonica (CO2), insieme ai livelli di temperatura e umidità.Di conseguenza, vi è una crescente domanda di dispositivi intelligenti in grado di monitorare, valutare e gestire le condizioni dell'aria interna. Tuttavia, il mercato attuale offre molteplici soluzioni che si basano su batterie usa e getta con un tempo di utilizzo limitato, che richiedono una manutenzione frequente. Studi recenti prevedono un aumento sostanziale della domanda globale di batterie da 185 GWh nel 2020 a oltre 2.000 GWh entro il 2030. Ciò rappresenta un'ulteriore preoccupazione per quanto riguarda le emissioni di gas serra e i danni ambientali causati dalla crescente domanda di batterie.MClimate CO2 Display LoRaWAN affronta queste sfide sfruttando la tecnologia LoRaWAN dei dispositivi intelligenti e integrando un display alimentato da pannello solare. Questa soluzione innovativa consente una misurazione precisa dei livelli di CO2, offrendo agli utenti informazioni essenziali per garantire un ambiente interno sano e confortevole, ma dà anche la priorità all'efficienza energetica, si allinea alle politiche ecologiche e non richiede manutenzione.Il dispositivo fornisce una soluzione utilizzando un modulo di rilevamento NDIR a bassa potenza con un intervallo di rilevamento di 400-5000 ppm con calibrazione ABC abilitata per impostazione predefinita, misurazione affidabile di temperatura e umidità, sensore di rilevamento del movimento e molte altre tecnologie innovative intelligenti per ottenere risultati eccellenti."In MClimate, ci dedichiamo a soluzioni per edifici intelligenti che siano sostenibili, efficaci e facili da usare, rendendo il CO2 Display LoRaWAN una testimonianza del nostro impegno", ha affermato Violeta Mitsova, co-fondatrice e CCO di MClimate. "Con la riuscita risoluzione dei problemi di connettività degli edifici grazie alla tecnologia LoRaWAN, combinata con l'integrazione delle celle solari di Epishine, abbiamo sviluppato un dispositivo IoT intelligente che non richiede la sostituzione della batteria, può sopravvivere senza luce per 14 giorni e non necessita di nessun altro tipo di manutenzione . Ciò consente agli utenti finali di monitorare la qualità dell'aria e agire in modo tempestivo sulle metriche visualizzate e i proprietari di immobili offrono risorse più rispettose dell'ambiente."Per avere informazioni in merito alla fornitura e installazione di soluzioni per il monitoraggio dell'aria in ambienti chiusi, domestici e professionali, non esitare a contattarci.Orizon S.r.l. - Domotica San Donà di Piave - System Integrators per l'automazione dei sistemi intelligenti domotici, multimediali e professionali come il Building Management System, connessi all'IOT. Fonte: SBM Read the full article

[editorialstaff2020]

LG Electronics porta anche sul mercato italiano l’ultima generazione del solare ad alto rendimento. La società ha lanciato le serie NeON H e NeON R, moduli fotovoltaici caratterizzati da alti livelli di potenza e affidabilità. “I nostri nuovi prodotti sono la soluzione più affidabile ed efficiente che LG abbia mai realizzato”, spiega Kevin Kim, vice presidente e a capo dell’unità Energy Business della LG Electronics Business Solutions Company. Entrambe le serie si affidano alle innovative celle formato M6 con drogaggio di tipo N, capaci di offrire prestazioni migliorate e stabili nel tempo. Anche in caso di basso irraggiamento solare o condizioni meteo avverse. Ideali sia per applicazioni residenziali che commerciali,  nuovi moduli fotovoltaici LG, mantengono alte le prestazioni per tutta la loro vita utile.

Le serie NeON H e NeON R utilizzano sofisticate celle solari con doping tipo N. Una scelta in diretta controtendenza con il trend più diffuso sul mercato (celle di tipo Mono PERC) ma che garantisce ottimi risultati finali.

Nel dettaglio, i moduli fotovoltaici NeON H impiegano 120 Celle Half Cut Formato M6, generando una potenza massima di 390 Watt con un coefficiente di temperatura di -0.33% per grado Celsius. Inoltre, la struttura bifacciale di queste celle permette al pannello di assorbire la luce sia dal lato anteriore che da quello posteriore. La nuova serie NeON R, invece, impiega 60 celle Tipo N formato M6 con struttura a contatto posteriore. Il coefficiente termico è di 0.29% per grado Celsius e il pannello può raggiungere una potenza di picco di 405 Watt.

La società è il primo produttore al mondo a gestire strutture interne di collaudo solare certificate da due importanti organismi internazionali di ispezione e certificazione: UL e TÜV Rhein-land. I test a cui sono stati sottoposti hanno dimostrato che i moduli fotovoltaici NeON H e NeON R soddisfano a pieno gli standard del settore. Entrambe le serie sono garantite 25 anni sul prodotto e 25 sulla resa con un livello finale di potenza al 25° anno fino al 92,5% delle loro prestazioni originali. “Siamo uno dei pochi produttori ad offrire una garanzia di 25 anni sui prodotti fotovoltaici e continueremo a lavorare per fornire soluzioni efficienti ed efficaci che resistano alla prova del tempo”, aggiunge Kim.

L’offerta LG arriva sul mercato italiano forte anche di una rete di installatori presente in modo capillare su tutto il territorio. Un network in continua crescita a cui la società ha dedicato il “LG PRO Partner Program”, programma che fornisce ai partner, formazione tecnica, supporto marketing e convenzioni esclusive.

Rinnovabili.it: https://www.rinnovabili.it/energia/fotovoltaico/moduli-fotovoltaici-ad-alto-rendimento-lg-neon-h-neon-r/

[scienza-magia]

Pannelli solari ad alta efficienza con la perovskite

Superato l'ultimo ostacolo per celle solari di nuova generazione. Ora sono più resistenti, rimpiazzeranno quelle di silicio. È stato superato l’ultimo ostacolo che frenava la commercializzazione delle celle solari di nuova generazione, fatte di un materiale noto come perovskite invece che di silicio: ora, oltre ad essere più economiche e più efficienti nel convertire la luce solare in energia elettrica, sono anche resistenti e durature, l’unica caratteristica che rappresentava ancora un problema. Il risultato, pubblicato sulla rivista Science, è stato ottenuto da un gruppo internazionale di ricercatori guidati dall’Università statunitense di Toledo e apre la strada ad un futuro in cui finestre e facciate di edifici potranno essere integrate con lastre solari sottilissime e flessibili, uno scenario difficile da raggiungere con gli attuali pannelli in silicio.

I ricercatori hanno scoperto l’ingrediente chiave che, aggiunto alle celle solari di perovskite, ne aumenta resistenza e durabilità (free via pixabay) © ANSA/Ansa A partire dalla loro scoperta nel 2009, le perovskiti, e in particolare quelle contenenti composti chimici formati da metalli, hanno attirato l'attenzione per il loro potenziale senza precedenti di convertire la luce solare in elettricità. Inoltre, i loro ingredienti sono abbondanti e si possono combinare facilmente in pellicole sottili con struttura altamente cristallina, la stessa che nel caso del silicio viene ottenuta solo con costose lavorazioni. Sfortunatamente, però, questi materiali si deteriorano rapidamente a causa della loro sensibilità a umidità e calore. Ora, i ricercatori guidati da Chongwen Li hanno scoperto l’ingrediente chiave che, aggiunto alle celle solari di perovskite, ne aumenta resistenza e durabilità: si tratta di una molecola chiamata Dppp, in grado di aderire in maniera molto forte alla superficie delle celle solari rendendole in grado di resistere per decenni alle condizioni ambientali. “Continuare a studiare le potenzialità delle celle solari a perovskite è una priorità cruciale per la decarbonizzazione dell'economia mondiale”, commenta Li. “Adesso stiamo ampliando i test a pannelli solari di grandi dimensioni e ci stiamo preparando alla commercializzazione”. Read the full article

[scienza-magia]

La casa intelligente di domani ha bisogno di pannelli solari da interno

Pannelli solari da interno, la perovskite unisce efficienza e leggerezza. Da un gruppo di ricerca internazionale un nuovo tipo di cella solare in grado di sfruttare la bassa illuminazione e le luci artificiali per alimentare sensori e dispositivi IoT. La rivoluzione delle smart home è iniziata e con essa lo sviluppo di sensori wireless, elettronica di consumo a bassa potenza, impianti demotici e Internet of Things ha preso la rincorsa. Tutti questi elementi richiedono, però, dispositivi di raccolta di energia efficienti e facili da integrare nella loro architettura. Quali? Una delle soluzione più gettonate è rappresenta dai pannelli solari da interno. Per la precisione si tratta di celle fotovoltaiche estremamente sottili e flessibili, in grado di funzionare anche con la bassa illuminazione tipica degli ambienti chiusi. “Il fotovoltaico per interni ha il potenziale per facilitare queste innovazioni tecnologiche fornendo energia sufficiente ai componenti elettronici, ma rimanendo piccolo, conveniente ed economico”, spiega l’Istituto FEP del Fraunhofer. “Questo tipo di fonte energetica eliminerà la necessità di batterie, garantendo una perfetta integrazione”. Gli scienziati del centro tedesco hanno collaborato con i colleghi del CHOSE (Centre for Hybrid and Organic Solar Energy), centro di ricerca dell’Università di Roma Tor Vergata e dal GHIDA, dell’Universidad Surcolombiana, per creare celle in perovskite per nuovi pannelli solari da interno.

Una cella fotovoltaica perovskite su vetro flessibile ultrasottile. Credits: Giulia Lucarelli- CHOSE Come sono fatte le celle solari per interni? Il nuovo design prevede il deposito di perovskite su substrati di vetro ultrasottili, flessibili e rivestiti in ossido di indio-stagno (ITO). Le celle sono state, inoltre, ottimizzate incorporando un’impalcatura mesoporosa su strati compatti diossido di stagno (SnO2). Il risultato? Unità particolarmente efficienti e al tempo stesso ultra flessibili e leggere. “Il progetto nasce dalla necessità di sviluppare dispositivi a basso costo e ridotto impatto ambientale per alimentare la rivoluzione tecnologica dell’Internet of Things”, spiega Giulia Lucarelli, dottoranda in Ingegneria Elettronica presso il CHOSE e autrice del lavoro pubblicato su Cell Reports Physical Science. “Al CHOSE, centro dedicato al fotovoltaico di nuova generazione, abbiamo realizzato celle a perovskite ultra-sottili, spesse circa 100 μm, altamente performanti sotto luce da interni. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con l’istituto Fraunhofer, che si è occupato dello sviluppo dei substrati a base di materiali conduttivi depositati su vetro flessibile. Le celle non solo hanno efficienze di conversione molto alte, ma sono anche realizzate a basso costo e compatibili con processi di stampa, e facilmente integrabili in oggetti dalle forme più disparate, poiché sottili, applicabili a superfici curve ed estremamente leggere. Le potenzialità applicative sono molto ampie, dai dispositivi e sensori biomedicali, fino alla domotica e alle Smart Cities” I test di laboratorio hanno mostrato che il nuovo fotovoltaico può superare 1600 procedure di piegatura con una curvatura di 20,5 mm. Nel contempo offre una efficienza di conversione luminosa del 20,6% (16,7 μW / cm2 di densità di potenza) e del 22,6% (35,0 μW / cm2) sotto Illuminazione a LED, rispettivamente, a 200 e 400 lux. A titolo di confronto, i livelli di illuminazione che si trovano prevalentemente in case, negozi e uffici variano dai 100 ai 500 lux. “Queste cifre – continua il Fraunhofer – sottolineano il potenziale della perfetta integrazione di questi dispositivi ultra-sottili e ultra-leggeri nei componenti elettronici per interni. Tutti gli strati attivi delle celle fotovoltaiche in perovskite sono stati depositati a bassa temperatura e mediante elaborazione della soluzione. Ciò significa che tutti gli elementi possono essere prodotti tramite semplice stampa roll-to-roll”. I risultati del lavoro sono stati pubblicati su Cell Reports Physical Science (testo in inglese). Read the full article

[scienza-magia]

Convertire la luce solare in ossigeno con una foglia artificiale

Ecco la "foglia artificiale": un dispositivo autosufficiente che produce idrogeno e ossigeno assorbendo la luce. Dalla Rice University arriva un dispositivo capace di scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno assorbendo luce solare: è autosufficiente, non ha bisogno di nient'altro per funzionare Da un progetto di ricerca della Rice University è nato un dispositivo a basso costo capace di scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno, sfruttando l'energia della luce solare. Si tratta, in un certo senso, di una "foglia artificiale" che è capace di produrre idrogeno in maniera autosufficiente e con caratteristiche tali da poter essere prodotto in volumi in maniera abbastanza economica. Il dispositivo si compone di celle solari in perovskite e di elettrodi catalitici: quando le celle sono colpite dalla luce del sole producono energia elettrica che viene trasferita agli elettrodi i quali a loro volta scindono l'acqua in idrogeno e ossigeno. L'efficienza della trasformazione da luce solare ad idrogeno è del 6,7%. Il concetto di base non è nulla di inedito, ma i ricercatori della Rice sono qui riusciti ad integrare uno strato di perovskite e gli elettrodi in un singolo modulo che, quando immerso in acqua e collocato alla luce del sole, è in grado di produrre idrogeno senza nessun altro intervento.

La perovskite è un minerale caratterizzato da cristalli di forma cubica le cui proprietà sono particolarmente favorevoli alle applicazioni fotovoltaiche. Le più efficienti celle solari oggi prodotte utilizzando la perovskite sono capaci di sviluppare un'efficienza superiore al 25%, con tuttavia il rovescio della medaglia del costo dei materiali necessari per la loro produzione e dello stress e usura a cui questi materiali sono sottoposti quando esposti a luce, umidità e calore. I ricercatori della Rice University hanno però sostituito i componenti più costosi, come il platino, con alternative come il carbonio riuscendo così ad abbassare le barriere di ingresso per una possibile adozione commerciale. Ma a rappresentare l'elemento chiave di questo sistema non è la perovskite, ma un componente polimerico utilizzato per incapsularla che protegge il modulo e gli permette di essere immerso in acqua anche per lunghi periodi. Si tratta nello specifico di una pellicola di Surlyn che riveste la cella di perovskite, proteggendola e fungendo da isolante tra essa e gli elettrodi. I ricercatori stanno ora lavorando all'ottimizzazione delle tecniche di incapsulamento e a migliorare la costruzione della cella solare, con lo scopo ultimo di innalzare l'efficienza dei moduli. Read the full article