Nuovi rivestimenti selettivi migliorano l’efficienza della tecnologia solare a concentrazione
L’uso di collettori di energia solare per sfruttare la potenza del Sole risale a più di 2 000 anni fa, quando lo scienziato greco Archimede usò la luce solare riflessa per incendiare le navi romane. I moderni sistemi di energia solare a concentrazione generano calore utilizzando specchi per concentrare la luce solare da una vasta area a una molto più piccola. Il calore viene utilizzato per generare elettricità. Con l’implementazione di serbatoi di stoccaggio, la produzione di energia può essere mantenuta stabile per tutto il giorno. Torri contro concentratori a cilindro parabolico Le tecnologie di energia solare a concentrazione esistono in diverse forme, tra cui concentratori a cilindro parabolico e torri centrali. I concentratori a cilindro parabolico sono sistemi di concentrazione 1D: la radiazione solare in arrivo è concentrata su una piccola linea focale da specchi a inseguimento monoassiale. Le torri solari sono fondamentalmente concentratori 3D: il loro sistema di inseguimento biassale con riflettori consente di ottenere livelli di energia solare ottimali in quanto possono seguire il Sole verticalmente e orizzontalmente. Di conseguenza, «le torri sono molto più efficienti dei concentratori a cilindro parabolico, perché i loro rapporti di concentrazione possono essere 10 volte più alti». Con i sistemi a torre, sono possibili temperature di lavoro molto più elevate rispetto ai concentratori a cilindro parabolico. Tuttavia, sono ancora molte le sfide tecnologiche da superare e una di queste è la mancanza di buoni materiali assorbenti che possano resistere a temperature di 550 °C e oltre nel lungo periodo», osserva il dott. Matthias Krause che ha coordinato FRIENDS2, un progetto supportato dal programma Marie Curie. Controllo delle proprietà radiative superficiali I rivestimenti multistrato selettivi contribuiscono ad aumentare la temperatura d’esercizio e l’efficienza degli assorbitori solari convertendo un’alta percentuale della radiazione solare incidente in calore e riducendo al minimo l’emissione nella regione spettrale dell’infrarosso termico. «Materiali altamente riflettenti a lunghezze d’onda più lunghe (radiazione infrarossa) aiutano i ricevitori centrali a conservare tutto il calore assorbito», spiega il dott. Krause. I ricercatori hanno condotto test ciclici di determinati rivestimenti multistrato selettivi in ambiente di laboratorio per oltre 35 giorni a 600 °C. Uno dei rivestimenti sviluppati ha dimostrato stabilità delle prestazioni a questa temperatura, in contrasto con i materiali all’avanguardia e che degradano rapidamente attualmente utilizzati per gli impianti CSP per concentratori a cilindro parabolico e torri. Quando gli è stato chiesto quale fosse un altro importante risultato, il dott. Krause ha fatto riferimento a un principio universale per dispensare selettività solare a superfici che siano buoni assorbitori, ma non selettive. Il lavoro correlato si riferisce al «vecchio» principio dei vetri termici. «Quando l’ossido di stagno viene drogato con tantalio, diventa altamente conduttivo e può essere usato come strato trasmettitore selettivo solare in cima agli assorbitori solari. Si è dimostrato meccanicamente e termicamente stabile a temperature molto elevate; in condizioni di ultravuoto, ha mantenuto la sua stabilità a 800 °C», osserva il dott. Krause. Fino ad ora, l’ossido di indio-stagno è stato quello maggiormente utilizzato, ma l’indio è costoso e l’ossido non è così stabile a temperature tanto elevate. La creazione di sistemi selettivi di assorbitori solari che utilizzano rivestimenti stabili in grado di resistere alle alte temperature è essenziale per l’adozione diffusa di centrali solari a concentrazione efficienti e a temperature elevate. È necessario lavorare ulteriormente per poter commercializzare i rivestimenti. Un’area impegnativa da affrontare concerne il consentire agli assorbitori solari di raccogliere elevati livelli di luce solare mantenendo contemporaneamente basse perdite di radiazioni termiche.
Parole chiave
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