Un rivestimento in silice aumenta l’efficienza di poco

Il rivestimento in silice guadagna 1,2 punti di trasmittanza, ma nel deserto saudita il raffreddamento radiativo si ferma a 0,2°C

Il materiale: due strati, due promesse

Il lavoro, pubblicato su Optical Materials con il titolo “Porous Silica Coatings for Radiative Cooling and Anti-Reflection for Enhancing Solar Photovoltaics Performance”, ha coinvolto il Karlsruhe Institute of Technology e l’Università della Namibia. La base di partenza è un vetro di copertura trattato con un coating poroso in silice ottenuto da tetraetil ortosilicato (TEOS) e Pluronic F127. Il rivestimento combina proprietà antiriflesso e raffreddamento radiativo passivo.

In laboratorio, il miglior equilibrio complessivo è stato ottenuto con un rivestimento a due strati contenente 0,40 grammi di Pluronic F127: trasmittanza solare del 91,0% ed emissività nel medio infrarosso del 90%, contro 89,8% e 87% del vetro nudo. Per le applicazioni fotovoltaiche, il guadagno di trasmittanza osservato è di circa 1,2 punti percentuali; il gruppo ha evidenziato che, assumendo una risposta lineare della fotocorrente alla luce trasmessa, un modulo con efficienza del 20% potrebbe salire a circa il 20,25% solo per il guadagno ottico. La versione a due strati, descritta nella pubblicazione del KIT, aumenta la trasmittanza solare tra 300 e 1200 nm di 1,2 punti percentuali in assoluto e porta l’emissività tra 8 e 13 μm dall’87% al 90% rispetto al vetro nudo. La configurazione a tre strati, invece, porta l’emissività al 96%, ma con una riduzione assoluta dell’1,1% della trasmittanza nello stesso intervallo. Ad agosto i ricercatori avevano in programma test all’aperto a livello di modulo e studi su scalabilità su larga area e durabilità.

Ma i numeri da laboratorio bastano? La prova vera arriva dal deserto saudita.

Il deserto smonta la promessa: 15% di efficienza, 0,2°C in meno

I test sul campo a Thuwal, in Arabia Saudita, raccontano una storia diversa da quella attesa. In condizioni calde e umide, i moduli fotovoltaici dotati di raffreddamento radiativo hanno mostrato un aumento dell’efficienza del 15% e un incremento della potenza del 16,8%, mantenendo una temperatura operativa inferiore di appena 0,2°C rispetto ai moduli fotovoltaici orizzontali convenzionali.

Il raffreddamento c’è, ma è quasi irrilevante: due decimi di grado non spiegano un salto del 15%. La spiegazione più plausibile, e coerente con i numeri di laboratorio, è che il vero guadagno venga dall’antiriflesso: far entrare più fotoni, non abbassare la temperatura di qualche decimo di grado. I 1,2 punti percentuali di trasmittanza in più si trasformano, sul campo, in un balzo di efficienza molto più grande di quanto il solo effetto termico potrebbe giustificare. È un paradosso che riscrive le priorità della ricerca sul vetro di copertura: prima di inseguire il freddo, bisogna smettere di perdere luce.

Se il raffreddamento non è il motore, perché le alternative polimeriche continuano a puntare tutto sull’abbassamento della temperatura?

La concorrenza polimerica e il vetro dimenticato

Mentre il rivestimento in silice guadagna l’1,2% di trasmittanza quasi gratis, chi punta sui polimeri raccoglie poco: secondo un articolo di pv magazine dell’aprile 2024, l’adozione di rivestimenti in PDMS e PET migliora leggermente le riduzioni di temperatura, fino a 1,35°C nel caso del PDMS e 1,15°C nel caso del PET. Una strategia concorrente di raffreddamento radiativo con rivestimenti polimerici su moduli fotovoltaici ha prodotto solo modeste riduzioni di temperatura intorno a 1,1–1,35°C.

In altre parole, si insegue il raffreddamento e si ottengono pochi decimi di grado, mentre il vetro di copertura resta il parente povero: il CREST della Loughborough University ricorda che il miglioramento del vetro di copertura solare è stato trascurato per anni, nonostante le perdite per riflessione e sporcizia siano molto significative. Al CREST si lavora per riflettere l’infrarosso e prevenire il riscaldamento dei moduli, ma la lezione del rivestimento in silice è un’altra: prima di raffreddare, bisogna far entrare la luce.

La ricerca ha dimostrato che si può guadagnare efficienza quasi gratis. Resta da capire se l’industria avrà il coraggio di cambiare un componente che per anni ha considerato un semplice coperchio.