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Un parco solare autonomo a Creta che integra pannelli solari in perovskite di grafene

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I pannelli solari grafene-perovskite installati a Creta. Credito: Pescetelli et al.

Le perovskiti, materiali minerali composti da titanato di calcio, si sono rivelate preziose per la fabbricazione di celle solari ad alte prestazioni. Mentre team di scienziati e ingegneri in tutto il mondo hanno sviluppato e testato celle solari a perovskite in ambienti di laboratorio, mancano ancora valutazioni esterne su larga scala di queste celle.

I ricercatori dell’Università di Roma Tor Vergata, l’Università ellenica del Mediterraneo di Creta, BeDimensional SpA, Great Cell, l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e l’Università di Siena hanno recentemente prodotto pannelli solari in perovskite di grandi dimensioni ingegnerizzati utilizzando bidimensionali (2D) materiali. Hanno quindi integrato con successo 9 di questi pannelli solari in un parco solare autonomo, situato sull’isola greca di Creta. I risultati di questo team, presentati in un documento pubblicato in NaturaEnergiapotrebbe facilitare e informare la futura implementazione su larga scala delle celle solari a perovskite.

“Il nostro recente articolo mette in evidenza i nostri sforzi di ricerca congiunti negli ultimi 5 anni nell’upscaling dei PV di perovskite, a partire dalle celle di laboratorio ai moduli, ai pannelli e infine a un’infrastruttura di parchi solari”, Francesco Bonaccorso, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio , raccontato a Tech Xplore. “Questo progetto è stato sviluppato specificamente nel contesto dell’iniziativa European Graphene Flagship, che ha stabilito una stretta collaborazione tra l’Università Tor Vergata, BeDimensional SpA, GreatCell e l’Università ellenica del Mediterraneo, con competenze sia complementari che ampiamente diverse”.

Il recente lavoro di collaborazione di queste diverse università e organizzazioni è stato selezionato come progetto di punta dell’iniziativa Graphene Flagship. Questa è un’iniziativa incentrata sull’industrializzazione e sulla diffusione delle tecnologie di raccolta dell’energia solare.

Il team ha pubblicato per la prima volta i risultati dei loro sforzi di collaborazione in, Materiali funzionali avanzati nel 2016. In questo documento, il team ha aperto un nuovo campo di ricerca nel contesto del fotovoltaico a perovskite, dimostrando che progettando adeguatamente le interfacce con i materiali 2D è stato possibile aumentare significativamente la stabilità delle celle solari a perovskite.

“Dopo la nostra prima pubblicazione su cellule di piccola area (sia 0,1 che 1 cm2), abbiamo sviluppato la fattibilità di questa tecnologia su dispositivi di grande area, portandola a livello di modulo (centinaia cm2),”, ha affermato Aldo Di Carlo, un altro ricercatore coinvolto nello studio. “L’obiettivo principale del nostro recente lavoro era dimostrare l’ampliamento definitivo di questa tecnologia a livello di parco solare (contatore2). In tal modo, siamo stati in grado di convalidare per la prima volta la tecnologia Perovskite su tale scala”.

Un parco solare autonomo a Creta che integra pannelli solari in perovskite di grafene

Il pannello solare del team è costituito da diversi strati: vetro con ossido di stagno drogato con fluoro (FTO), TiO2 compatto con grafene, TiO2 mesoporoso con grafene, perovskite, fMoS2, poli(triarilamina) (PTAA) e oro. Nella produzione di massa su larga scala e sostenibile di questa tecnologia, l’oro può essere sostituito con un materiale alternativo, come il grafene, altri materiali di carbonio o metalli economici. Credito: Pescetelli et al.

Prima di iniziare a lavorare sulla loro fattoria solare autonoma, i ricercatori hanno prodotto 9 pannelli solari basati sul materiale 2D GRAFene-PErovskite (GRAPE). Ciascuno di questi pannelli aveva un’area di 0,5 mq ed era composto da 40 moduli di perovskite per pannello, collegati tra loro.

Successivamente, il team ha utilizzato questi 9 pannelli solari per creare il primo parco solare autonomo al mondo. Il loro parco solare, situato nel campus della Hellenic Mediterranean University di Creta, ha un’area totale di pannelli di 4,5 m2.

“Abbiamo anche costruito l’infrastruttura di supporto necessaria, i sistemi di acquisizione dati e una stazione meteorologica”, ha affermato Emmanuel Kymakis, un altro ricercatore coinvolto nello studio. “Questo ci ha permesso di monitorare continuamente il parco solare, correlando le condizioni ambientali con le prestazioni esterne del sistema. Essendo la prima dimostrazione di questa tecnologia su tale scala, rappresenta di per sé un design unico. Inoltre, le prestazioni del parco solare e i dati meteorologici vengono caricati in un repository online, consentendo l’esplorazione della comunità di ricerca (solarfarmhmu.gr).”

Il lavoro coordinato dei gruppi guidati da Bonaccorso, Kymakis e Di Carlo dimostra che i pannelli solari in perovskite possono essere implementati con successo ed efficienza su larga scala. Il team ha anche raccolto misurazioni e dati nella loro fattoria solare durante il corso dello studio. Questi dati potrebbero rivelarsi estremamente preziosi per comprendere i punti di forza e i limiti delle implementazioni di celle solari di perovskite nel mondo reale.

“I nostri risultati rappresentano un passo importante verso la commercializzazione di questa tecnologia”, ha affermato Bonaccorso. “Grazie allo sfruttamento dei materiali 2D, la nostra tecnologia ha dimostrato una stabilità all’avanguardia. I dati raccolti presso il parco solare ci permetteranno di valutare la produzione di energia e la stabilità della tecnologia della perovskite in condizioni reali”.

In futuro, i dati raccolti da questo team di ricercatori potrebbero guidare i processi di produzione delle celle solari di perovskite e aiutare a raggiungere gli obiettivi per la commercializzazione di questa tecnologia solare altamente promettente. Le analisi di valutazione del ciclo di vita condotte dal team hanno anche confermato che i parchi solari potrebbero svolgere un ruolo molto importante nella lotta ai cambiamenti climatici. In particolare, il team ha scoperto che il profilo ambientale del loro parco solare era paragonabile a quello delineato nelle stime energetiche sia realistiche che ottimistiche per il 2050, che considerano una combinazione di fonti di elettricità sostenibili e tradizionali.

“I risultati che abbiamo ottenuto indicano che sono necessari ulteriori sforzi per migliorare i materiali incapsulanti e il protocollo di laminazione per prolungare ulteriormente la durata dei pannelli che compongono il parco solare”, ha aggiunto Bonaccorso. “Conducendo una valutazione del ciclo di vita basata sui dati acquisiti durante l’intero processo di fabbricazione, dai materiali ai pannelli e alla caratterizzazione, ora dovremmo anche essere in grado di identificare l’impatto significativo del processo di produzione. Le nostre future attività di ricerca saranno volte ad affrontare questi domande aperte.”


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