Nel pieno della transizione ecologica, con la necessità di incrementare l’apporto di energie rinnovabili al mix energetico, sfruttare le grandi superfici verticali in vetro delle città per produrre energia solare è una strategia intuitivamente ideale ma che fino a poco tempo fa non disponeva di soluzioni tecnologiche idonee. Oggi, una tecnologia studiata e sviluppata in Italia si propone per riempire questo vuoto. Da una ricerca che ha coinvolto l’Università di Milano-Bicocca, il CNR e la spin-off universitaria Glass To Power, vetrate fotovoltaiche semitrasparenti sono state messe a punto e industrializzate per creare facciate in vetro in grado di produrre energia solare. Sergio Brovelli, docente presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca e direttore scientifico di Glass To Power, spiega la tecnologia LSC (Luminescent Solar Concentrator) e i suoi impieghi per migliorare il bilancio energetico di edifici urbani, commerciali e industriali con vetrate estese.
In quali caratteristiche la vostra tecnologia si distingue dagli altri tipi di fotovoltaico?
La caratteristica più evidente è la trasparenza dei pannelli, che abbiamo ottenuto disaccoppiando la parte ottica dalla parte elettrica.
Normalmente un pannello solare è opaco, in quanto assorbe completamente la luce. Finora, si potevano ottenere pannelli semitrasparenti disponendo le celle fotovoltaiche a scacchiera e chiudendole fra vetri. La trasparenza rimane dove la cella non c’è, ciò rende questa soluzione adatta ad alcune applicazioni, come pensiline o lucernari in spazi pubblici, ma non per realizzare finestre o vetrate. In alternativa, si rendeva la cella fotovoltaica così sottile da essere parzialmente trasparente. Questo crea una superficie trasparente uniforme ma una visione “a effetto zanzariera” a causa della presenza del reticolo di elettrodi che preleva le cariche elettriche generate dal pannello, un effetto che rende anche questa soluzione inadatta ad applicazioni in vetrata, sia abitativa sia business.
Nella nostra tecnologia, invece, il reticolo di elettrodi e le celle fotovoltaiche non interessano la superficie trasparente ma sono nascosti nello spessore dell’infisso.
Come funziona?
La superficie trasparente è realizzata con un materiale plastico, chiuso fra due lamine di vetro, in grado di catturare la luce del sole e concentrarla sui bordi dell’infisso, appunto verso le celle fotovoltaiche. In questo modo la vetrata è trasparente, con diverse tonalità di colore, dal chiaro allo scuro/fumè, tipo occhiali da sole, a cui corrisponde una efficienza crescente di produzione di elettricità. La scelta della tonalità dipende da quanta luce si vuole trattenere e trasformare. Abbiamo infatti la possibilità di personalizzare la tonalità dei serramenti, in funzione della quantità di energia che si vuole produrre, dell’area geografica o dell’esposizione solare: dove l’insolazione è molto forte, le soluzioni più scure producono maggiore elettricità e migliorano il microclima indoor come un vetro fumè, trattenendo la radiazione infrarossa e una parte della radiazione luminosa che, a differenza di quanto avviene nelle normali vetrate schermanti, non viene riflessa ma utilizzata per produrre energia elettrica. Dove l’insolazione è bassa, si privilegeranno vetrate più chiare per lasciar passare più luce solare, producendo meno energia. È questa una tecnologia particolarmente adatta a grandi vetrate, tipiche degli edifici industriali e urbani, in cui la superficie trasparente è molto estesa rispetto al tetto.
Quale è l’efficienza di questa tecnologia?
Rispetto alla cella fotovoltaica opaca, quella trasparente è meno efficiente, ma permette di sfruttare alla produzione di elettricità le grandi superfici a vetro diffusissime nelle aree urbanizzate, che finora non hanno potuto contribuire a produrre energia. Per questo costituisce una opportunità enorme per soddisfare la domanda di energia rinnovabile. L’altra caratteristica molto importante di queste vetrate è che sono fortemente isolanti. Si tratta quindi di un elemento molto valido per coibentare le superfici vetrate, che in più contribuisce alla produzione di energia elettrica. Inoltre, il prodotto è pensato per integrarsi con impianti fotovoltaici classici e con tutte le tecnologie che migliorano l’efficientamento dell’edificio, con la domotica, ecc. Le vetrocamere non richiedono alcuna particolare specializzazione per essere installate.
Che tipo di materiale conferisce alla vetrocamera queste proprietà?
Si tratta di un pannello di plexiglass che contiene particolari nanoparticelle a base di indio, rame e zolfo, che sono la nostra proprietà brevettuale. Queste materie prime sono ampiamente disponibili e accessibili sul mercato, il che rende particolarmente interessante questa tecnologia. Anche dal punto di vista del fine vita è sostenibile in quanto, da un lato, le vetrocamere hanno una durata di 10-20 anni, dall’altro il metacrilato è un materiale riciclabile di cui esiste la filiera della seconda vita. I nanomateriali utilizzati non sono soggetti a restrizioni normative e comunque sono presenti in quantità talmente ridotte da risultare in traccia nei futuri materiali di seconda vita: un metro quadro di finestra contiene meno di un grammo di nanomateriale, che in ogni caso, volendo, sarebbe recuperabile in fase di purificazione.
Quando sarete sul mercato?
La produzione è iniziata nel 2021, stiamo evadendo le prime commesse. Siamo una startup innovativa, partita 5 anni fa dal solo brevetto di queste soluzioni fotovoltaiche. Noi in particolare produciamo la parte attiva, quindi il pannello centrale che devia la luce solare, ma abbiamo messo a punto da zero l’intera tecnologia. In questi anni abbiamo dovuto costruire ex novo la filiera produttiva di tutta la componentistica necessaria a questa particolare vetrocamera, che abbiamo sviluppato dalla chimica del materiale che devia la luce solare fino alla parte ingegneristica del suo assemblaggio. Abbiamo dovuto inventare le macchine per produrla e concepirne l’industrializzazione. Il prodotto finale è una vetrocamera delle dimensioni richieste dalla commessa, installabile da qualsiasi installatore.
