Un team di ricercatori dell’Università Ritsumeikan ha sviluppato un modello innovativo di concentratore solare luminescente (LSC), denominato “leaf LSC”, che potrebbe segnare una svolta significativa nella scalabilità e nell’efficienza delle tecnologie per l’energia solare. Questo modello, ispirato alla forma delle foglie, ha il potenziale di rivoluzionare la cattura e il trasferimento della luce verso le celle fotovoltaiche (PV).
I tradizionali LSC utilizzano materiali luminescenti per convertire la luce solare, sia diretta che diffusa, in fotoni che vengono poi convogliati sulle celle PV. Tuttavia, uno dei principali ostacoli all’espansione su larga scala di questi sistemi è l’autocattura dei fotoni all’interno del guidaluce. Il leaf LSC affronta questa sfida con un design innovativo che prevede l’uso di componenti luminescenti più piccoli e interconnessi, che ricordano la struttura delle foglie di un albero.
Il sistema proposto dai ricercatori giapponesi si basa su piastre luminescenti disposte attorno a una fibra centrale luminosa. Queste piastre catturano i fotoni incidenti e li trasformano in fotoni PL, che vengono poi convogliati attraverso la fibra fino a una cella PV posizionata all’estremità della fibra stessa. Per ottimizzare ulteriormente questo processo, vengono utilizzate guide luminose trasparenti che collegano più fibre a una singola cella PV, aumentando così l’area di raccolta del LSC e riducendo le perdite di fotoni dovute all’autocattura e alla dispersione.
Il design modulare del leaf LSC presenta numerosi vantaggi. Riducendo le dimensioni laterali dei singoli moduli, si ottiene un significativo miglioramento dell’efficienza nella raccolta dei fotoni. Ad esempio, è stato osservato che riducendo il lato di un leaf LSC quadrato da 50 mm a 10 mm, l’efficienza nella raccolta dei fotoni aumenta in modo notevole. Inoltre, questo design modulare facilita la sostituzione delle unità danneggiate e consente l’integrazione di nuovi materiali luminescenti avanzati non appena disponibili.
Per aumentare ulteriormente l’efficienza del sistema, i ricercatori hanno incorporato tecniche derivanti dai tradizionali LSC planari, come gli specchi perimetrali e le strutture tandem, nel design del leaf LSC. Gli esperimenti condotti hanno dimostrato che è possibile calcolare analiticamente l’efficienza ottica delle strutture simili a foglie, basandosi sullo spettro e sull’intensità della luce incidente, utilizzando una tecnica di eccitazione puntiforme.
Sean Shaheen, professore di ingegneria fisica presso l’University of Colorado Boulder e caporedattore della rivista Journal of Photonics for Energy (JPE), ha sottolineato come questi risultati rappresentino un approccio creativo per portare avanti il concetto degli LSC verso applicazioni pratiche, combinando design bio-ispirati con avanzamenti nell’ingegneria ottica.
Ottimizzare la raccolta dei fotoni nei sistemi LSC potrebbe aprire nuove strade per soluzioni energetiche solari più flessibili e scalabili. Questo progresso tecnologico non solo promette miglioramenti significativi nelle prestazioni dei sistemi energetici solari, ma contribuisce anche in modo importante allo sviluppo sostenibile.