Gli scienziati guidati dall’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina hanno sviluppato un sistema agrivoltaico a concentrazione a scissione spettrale (SCAPV) che, a quanto pare, può aumentare la produttività delle colture di diverse specie vegetali.
Il sistema SCAPV si basa sulla separazione spettrale della luce solare in base alla differenza nella risposta spettrale del fotovoltaico e della fotosintesi. Secondo questo principio, le lunghezze d’onda rosse e blu vengono utilizzate per la fotosintesi, in quanto corrispondono ai picchi di assorbimento della clorofilla delle piante, mentre tutte le altre lunghezze d’onda vengono utilizzate per la generazione di energia concentrata.
Il gruppo di ricerca ha descritto i suoi risultati in “Spectral-splitting concentrator agrivoltaics for higher hybrid solar energy conversion efficiency“, pubblicato di recente su Energy Conversion and Management. I ricercatori hanno evidenziato i componenti chiave del sistema: film polimerici multistrato (MPF) che consentono la separazione spettrale, concentratori parabolici (PTC) e celle solari in silicio cristallino.
Sono stati utilizzati MPF disponibili in commercio ad alta trasmittanza prodotti dal conglomerato industriale statunitense 3M. I PTC sono utilizzati come substrato per gli MPF flessibili e come riflettori per dirigere le bande riflesse verso le celle fotovoltaiche IBC (interdigitated back contact) a punto focale, fornite dal produttore statunitense Sunpower.
“Sebbene le celle III-V multigiunzione abbiano un potenziale di efficienza superiore, le celle al silicio sono competitive dal punto di vista dei costi per una soluzione scalabile e possono mantenere le prestazioni in presenza di radiazioni incidenti elevate entro un rapporto di concentrazione compreso tra 3 e 100”, hanno spiegato i ricercatori, sottolineando che ogni modulo fotovoltaico comprende una copertura frontale in vetro a basso contenuto di ferro, un backsheet in etilene vinilacetato (EVA) e un substrato posteriore in alluminio.
I ricercatori hanno dichiarato che le celle fotovoltaiche e gli MPF hanno un costo di 0,10 $/W e 0,02 $/W, rispettivamente, mentre l’hardware, compresi i concentratori e gli inseguitori, ha un costo di 0,57 $/W.
Il gruppo ha testato le prestazioni del sistema attraverso un prototipo installato a Fuyang, nella provincia cinese di Anhui. Il sistema occupa una superficie di 422,4 metri quadrati e si basa su un sistema di inseguimento solare a doppio asse.
Il sistema ha raggiunto un’efficienza fotovoltaica del 9,9% e un’efficienza di utilizzo della luce ibrida del 9,05%, che secondo gli studiosi è superiore all’efficienza fotosintetica massima teorica di circa il 6%.
“L’analisi economica mostra che l’LCOE di SCAPV è di 0,033 $/kWh, il che indica la sua fattibilità economica”, hanno detto, aggiungendo che le piante coltivate sotto la luce solare parziale hanno mostrato il potenziale per un aumento della biomassa. “Sebbene questi sistemi fotovoltaici sintonizzabili non siano per ora competitivi dal punto di vista dei costi, l’agrivoltaico rappresenta una nicchia di mercato in cui può offrire vantaggi rispetto al fotovoltaico convenzionale al silicio e quindi ha l’opportunità di essere commercializzato e migliorato”.
Il gruppo di ricerca ha presentato il progetto di base del sistema SCAPV in ottobre. Il sistema è stato testato in condizioni esterne ad Anhui ed è risultato in grado di produrre 107 MWh di elettricità per ettaro. L’efficienza complessiva del sistema ha raggiunto l’11,6%, che secondo gli scienziati è la più alta mai registrata per la tecnologia di separazione spettrale.
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