Fotovoltaico “ibrido”: sole e pioggia per produrre energia con la pellicola in perovskite

Pannelli che producono energia dal sole, ma allo stesso tempo dalla pioggia. Un sistema ibrido che potrebbe accelerare il destino delle energie rinnovabili perché capace di generare elettricità sia dalla luce solare sia dall’impatto delle gocce di pioggia. Al centro dell'innovazione un team di ricerca dell’Institute of Materials Science of Seville che ha sviluppato un film protettivo sottilissimo di circa 100 nanometri progettato per svolgere questa doppia funzione.

Da un lato, proteggere e migliorare le prestazioni ottiche delle celle solari in perovskite, materiale sintetico con struttura cristallina con eccellenti proprietà di assorbimento della luce solare che sta alzando il livello di efficienza dei pannelli solari con costi ridotti rispetto al silicio; dall’altro tramite la superficie triboelettrica del film protettivo che genera carica elettrica quando è sollecitata da contatto e converte l'energia cinetica delle gocce di pioggia in elettricità.

Il risultato è davvero molto interessante. Infatti, secondo i ricercatori ogni singola goccia può produrre oltre 100 volt di energia elettrica, una quantità sufficiente ad alimentare piccoli dispositivi portatili o circuiti semplici come i LED. E non si tratta solo di un esperimento di laboratorio. I test hanno dimostrato che il rivestimento è stabile anche in condizioni ambientali estreme, inclusa l’immersione in acqua e diversi cicli di stress dovuti a umidità e variazioni di temperatura. Che dalla pioggia possa nascere elettricità, in realtà, non è una novità, infatti, già una ricerca coreana della Ulsan National Institute of Science and Technology aveva sviluppato un generatore che trasforma l'impatto delle gocce piovane in segnali elettrici. Ma questa è un'altra tecnologia.

Tornando alle celle solari in perovskite che, come dicevamo, sono considerate una delle tecnologie più promettenti nel campo del fotovoltaico, anche se soffrono di una criticità: l'instabilità in condizioni ambientali difficili. Ebbene questo nuovo rivestimento in pellicola agisce come un incapsulante, proteggendo chimicamente il materiale e migliorandone al tempo stesso la capacità di assorbire la luce. "Il nostro lavoro propone una soluzione avanzata che combina la tecnologia fotovoltaica delle celle solari a perovskite con nanogeneratori triboelettrici in una configurazione a film sottile, dimostrando così la fattibilità dell'implementazione di entrambi i sistemi di raccolta di energia", spiega Carmen López, ricercatrice presso l'ICMS.

Il vero salto di qualità, dunque, sta nell’integrazione con nanogeneratori triboelettrici. Quando la luce diminuisce — ad esempio durante giornate nuvolose o addirittura piovose — il sistema continuerebbe a produrre energia sfruttando la pioggia. Per questo, le possibili applicazioni sono ampie. Il dispositivo potrebbe alimentare sensori ambientali per il monitoraggio di umidità, qualità dell’aria o precipitazioni, ma anche sensori strutturali per infrastrutture come ponti ed edifici. Un campo particolarmente promettente è quello di Internet of Things, dove l’autonomia energetica rappresenta uno dei principali ostacoli.

Nelle smart city che stanno nascendo ovunque nel mondo questa tecnologia potrebbe trovare spazio nella segnaletica intelligente, nell'illuminazione autonoma o nei sistemi di monitoraggio. “È una soluzione adatta anche ad ambienti difficili, dove pioggia, umidità e variazioni termiche sono la norma”, sottolinea il ricercatore Fernando Núñez. “Pensiamo, ad esempio, a installazioni in aree remote o isolate, come stazioni marine o sistemi energetici distribuiti”.

Il lavoro apre la strada a una nuova generazione di dispositivi energetici ibridi, in grado di adattarsi alle condizioni ambientali invece di subirle. I cosiddetti “rain panels”, pannelli solari capaci di sfruttare anche la pioggia, che potrebbero diventare un elemento nuovo e chiave nella transizione verso sistemi energetici più resilienti e diffusi.