Finestre solari: pellicola trasparente per le città intelligenti di nuova generazione

I ricercatori dell’Università di Nanchino hanno presentato un nuovo metodo per alimentare le città sostenibili del futuro. La loro pellicola fotovoltaica trasparente può essere applicata direttamente alle finestre durante o dopo la produzione, trasformando il vetro passivo in una fonte efficiente di energia.

Pannelli solari tradizionali e relativi limiti

Per contrastare l’inquinamento causato dall’espansione urbana e dall’industria serviranno più strategie. Una delle più diffuse è l’impiego di pannelli solari.

Le celle fotovoltaiche convertono la luce solare in elettricità; le tecnologie più comuni comprendono silicio amorfo, fotovoltaico organico, arseniuro di gallio, celle sensibilizzate con coloranti e perovskiti.

Problemi delle celle fotovoltaiche

Il fotovoltaico può ridurre alcuni problemi energetici e ambientali, ma presenta limiti. I pannelli sono fragili e anche una piccola crepa può renderli inutilizzabili. Inoltre sono costosi da produrre e devono essere installati in luoghi esposti alla luce diretta.

Fonte – Pixabay

Quest’ultimo problema pone molti proprietari davanti a un dilemma: continuare a pagare bollette elevate oppure sacrificare l’estetica installando numerosi pannelli sul tetto o negli spazi adiacenti?

Concentratori solari

Per attenuare l’impatto estetico, gli ingegneri hanno sviluppato concentratori: rivestimenti basati su nanostrutture che convogliano la luce verso i bordi del vetro, dove viene raccolta da celle fotovoltaiche integrate.

Le nanostrutture guidano le onde luminose senza produrre eccessiva rifrazione visibile. Ciò consente pannelli di forme diverse, adatti alle esigenze degli utenti e all’estetica degli edifici.

Problemi dei concentratori

Finora i concentratori solari hanno incontrato importanti difficoltà tecniche. Le celle fotovoltaiche devono essere collocate lungo i bordi del vetro architettonico, aumentando costi e complessità produttiva.

È inoltre difficile aumentare la scala produttiva. Il processo complesso e la necessità di installare il sistema nelle prime fasi di fabbricazione fanno crescere i costi e ne riducono efficienza e versatilità.

Sia i concentratori luminescenti sia quelli a diffusione hanno inoltre un’efficienza inferiore rispetto ai pannelli tradizionali, anche a causa delle perdite dovute alla guida d’onda omnidirezionale.

Quando la luce colpisce il concentratore oltre l’angolo critico per la riflessione interna, non raggiunge le celle. Anche alcune bande fluorescenti riflettono male o creano un effetto velato sul vetro, rendendolo inadatto all’architettura.

Studio sulla pellicola fotovoltaica trasparente

Lo studio Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows¹ presenta un pannello ottimizzato che combina una nuova pellicola con un concentratore per aumentare l’efficienza.

Il rivestimento può essere applicato come pellicola a qualsiasi finestra, trasformandola in un generatore di energia pulita senza comprometterne trasparenza o nitidezza.

Cattura efficiente dell’energia solare

Per catturare efficacemente l’energia solare, il gruppo ha creato concentratori trasparenti e incolori capaci di raccogliere luce unidirezionale con rifrazione ad ampio angolo. La soluzione mantiene gli standard estetici e si integra senza modifiche visibili.

Fonte – Photonix

Cristallo liquido colesterico (CLC)

Al centro del sistema c’è una pellicola di cristallo liquido colesterico (CLC), un cristallo fotonico chirale monodimensionale che seleziona la luce polarizzata circolarmente. La luce viene poi rifratta attraverso più strati con periodicità laterali submicrometriche.

Il materiale usa fotoallineamento e polimerizzazione e dispone piani di Bragg inclinati per dirigere la luce. La pellicola è spessa appena 7,5 μm e può essere applicata a qualsiasi superficie vetrata.

Concentratore solare diffrattivo

Applicato alla finestra, il concentratore devia la luce polarizzata verso i bordi, dove le celle solari la raccolgono. Offre diffrazione selettiva a banda larga e guida d’onda senza ridurre la trasparenza.

L’integrazione nel vetro architettonico riduce del 75% il numero di celle necessarie. Ogni strato CLC impiega inoltre un passo elicoidale diverso, ampliando le bande di luce catturate.

Vetro architettonico

Il vetro architettonico è quello impiegato nell’edilizia, dai grattacieli alle abitazioni. Le sue caratteristiche principali sono la trasparenza e la facilità d’installazione.

Test del prototipo e risultati

Durante i test il gruppo ha costruito un prototipo di 2,54 cm di diametro con una pellicola fotonica chirale monodimensionale, collegandolo poi a una piccola ventola da 10 mW.

La prova si è svolta in un pomeriggio soleggiato di giugno e ha misurato parametri quali efficienza ottica e conversione energetica. Il dispositivo ha alimentato la ventola senza problemi.

I test hanno anche mostrato che l’inclinazione dei piani di Bragg permette di controllare verso quale bordo viene rifratta la luce. Convogliandone una quantità maggiore verso le celle, gli ingegneri hanno ottenuto una trasmittanza visibile media del 64,2%.

Le variazioni di opacità, misurate con l’indice di resa cromatica, hanno prodotto un valore di 91,3, segno che la maggior parte della trasparenza è stata conservata. La strategia raccoglie ai bordi del vetro fino al 38,1% dell’energia della luce verde incidente.

Vantaggi della pellicola fotovoltaica trasparente

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Lo studio offre numerosi vantaggi. La domanda di energia sostenibile è forte e questa strategia rappresenta un primo passo verso un’integrazione fluida su larga scala. Dalle abitazioni ai grattacieli, apre nuove possibilità per catturare energia solare e generare elettricità pulita.

Trasparente

Uno dei principali vantaggi è la cattura solare invisibile. Architetti e progettisti potranno realizzare edifici sostenibili senza sacrificare l’aspetto estetico imposto dai pannelli tradizionali.

Vantaggi economici

Oltre al risparmio energetico, esistono importanti benefici economici. In passato i concentratori integrati nelle finestre erano costosi e lenti da produrre.

La nuova soluzione riduce molto i costi e consente installazioni successive alla fabbricazione. È quindi pratica, economica e compatibile con le esigenze estetiche.

La pellicola trasparente aumenta l’efficienza

L’aumento di efficienza è rilevante. A differenza dei predecessori, queste celle catturano luce incolore e unidirezionale su un ampio angolo. Gli strati CLC sovrapposti combinano passi elicoidali ottimizzati e allineamenti laterali submicrometrici, dirigendo l’energia senza parti mobili.

Scalabilità

La scalabilità può accelerare l’arrivo sul mercato. Finora i concentratori erano troppo complessi e costosi; il nuovo approccio permette invece di integrare la tecnologia in strutture di grandi dimensioni.

Applicazioni reali e tempistiche della pellicola fotovoltaica trasparente

La pellicola fotovoltaica trasparente ha molte applicazioni, a partire dalle future città intelligenti. Per raggiungere emissioni nette zero serviranno pratiche sostenibili, e questa soluzione unisce funzionalità ed estetica.

Riqualificazione urbana sostenibile

La pellicola CLC può essere applicata anche a finestre esistenti, consentendo retrofit su larga scala per ridurre il consumo energetico. Rimane stabile nel tempo e si adatta a vetri di quasi ogni forma e dimensione.

Agricoltura urbana

In futuro le serre potrebbero produrre autonomamente l’energia necessaria alla coltivazione. Ciò renderebbe possibile produrre cibo quasi ovunque, contribuendo ad affrontare fame e sostenibilità su scala globale.

Tempistiche di commercializzazione

La pellicola potrebbe arrivare sul mercato tra cinque e sette anni. La domanda è elevata e il gruppo ne ha dimostrato la scalabilità; ora cercherà partner produttivi per abbassare i costi e favorire l’adozione.

Gruppo di ricerca e finanziamenti

Lo studio è stato condotto dall’Università di Nanchino con il National Laboratory of Solid State Microstructures, il Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation e il College of Engineering and Applied Sciences. Gli autori indicati sono Dewei Zhang, Zhenghao Guo, Chun-Ting Xu, Jianqing Li, Yan-Qing Lu e Wei Hu.

Il lavoro è stato finanziato, tra gli altri, dal National Key Research and Development Program of China, dalla National Natural Science Foundation of China e dalla Natural Science Foundation of Jiangsu Province.

Futuro della pellicola fotovoltaica trasparente

Il futuro della pellicola appare promettente. Gli scienziati lavoreranno per aumentare l’efficienza a banda larga e migliorare il controllo della polarizzazione. Entro il prossimo decennio puntano ad alimentare serre di nuova generazione e altre strutture.

Investire nella produzione di pannelli solari

Diversi produttori operano nel settore solare e investono costantemente in ricerca e sviluppo per offrire soluzioni più efficienti e accessibili. La società seguente è nota per innovare e promuovere opzioni energetiche sostenibili.

NextEra Energy

NextEra Energy (NEE ) nacque nel 1925 con il nome Florida Power & Light Company (FPL), con l’obiettivo di fornire energia alla Florida. Gestiva centrali elettriche, impianti di trattamento delle acque e reti di stoccaggio del gas che sostenevano le attività dello Stato.

Nel 1997 la società assunse il nome FPL Energy per espandersi oltre la Florida e nel 2009 divenne NextEra Energy, riflettendo la nuova attenzione all’energia sostenibile.

Oggi è il maggiore produttore statunitense di energia eolica e solare e rimane una forza pionieristica. Chi cerca un titolo solido legato al solare può approfondire l’offerta e il profilo di NextEra Energy.

Ultime notizie e andamento delle azioni NextEra Energy (NEE)

Pellicola fotovoltaica trasparente | Conclusione

È facile capire perché questa pellicola possa trasformare la costruzione delle future aree urbane. Il solare è uno dei modi migliori per integrare la domanda energetica, e il nuovo metodo migliora i precedenti tentativi di incorporarlo negli edifici di uso quotidiano. Il gruppo merita quindi riconoscimento per il suo approccio innovativo.

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Riferimenti:

^{1. Zhang, D., Guo, Z., Xu, C., Li, J., Lu, Y., & Hu, W. (2025). Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows. PhotoniX, 6(1), 1-12. https://doi.org/10.1186/s43074-025-00178-3}