Materiali e Tecnologie per Green Energy
Referente: Mazzer Massimo
Tematiche

Fotovoltaico

In fisica dello stato solido l'effetto fotovoltaico è il fenomeno fisico che si realizza quando un elettrone presente nella banda di valenza di un materiale semiconduttore passa alla banda di conduzione a causa dell'assorbimento di un fotone sufficientemente energetico incidente sul materiale. Esistono diverse tipologie di materiali capaci di interagire con la radiazione elettromagnetica in questo modo: il silicio mono o policristallino è il più famoso ed utilizzato per produrre pannelli solari che rappresentano una quota del 70% circa del settore mondiale. Se invece si utilizzano altre tipologie di materiali semiconduttori si possono ottenere celle fotovoltaiche altrettanto efficienti ma molto più sottili e leggere. Questi moduli possono essere realizzati depositando sottili strati (pochi micron) di materiale su una lastra di vetro, plastica oppure di metallo  per cui si parla di celle a film sottile o di seconda generazione. Tra le tecnologie alla base del film sottile, che si distinguono per semiconduttore utilizzato, troviamo quella basata sul silicio amorfo, quella che utilizza come assorbitore un complesso materiale chiamato CIGS (Seleniuro di Rame, Indio e Gallio) e quella fondata sul Tellururo di Cadmio, CdTe, il cui mercato occupa una quota importante del mercato ma contenendo Cadmio, sebbene in forma legata e stabile, presenta diversi problemi a livello di produzione e smaltimento.

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Energy Harvesting

Nel campo dell’efficienza energetica nuove interessanti prospettive sono rappresentate dall‘energy harvesting. Si tratta di un processo che consente di catturare, racimolare, l’energia presente nell’ambiente sotto forma di luce, vento, onde e vibrazioni trasformandola in energia elettrica che può essere accumularla mediante appositi materiali. La quantità di energia prodotta e immagazzinata attraverso materiali con particolari proprietà è generalmente nell'ordine dei 10-3 Watt e può essere utilizzata per la ricarica di piccole batterie per l’autoalimentazione nelle tecnologie a basso consumo come reti wireless, moduli elettronici per sistemi GPS, sensori o di comunicazione dati.

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Refrigerazione Magnetica

L'effetto di refrigerazione magnetica si basa su materiali magnetocalorici che, cioè, presentano la proprietà di scaldarsi e raffreddarsi se sottoposti ad una variazione di campo magnetico. Viceversa, se sottoposti ad una variazione di temperatura rispondono con una variazione di induzione magnetica. Questi materiali sono impiegati come componenti attivi in nuove pompe di calore (refrigeratori e condizionatori) a stato solido, scalabili, prive dei gas refrigeranti convenzionali che sono in fase di sostituzione per il loro elevato potenziale di effetto serra. Questi nuovi refrigeranti magnetici sono attualmente in stato prototipale, non ancora commerciale, ma promettono migliore efficienza energetica e ridotto impatto ambientale. Recentemente gli stessi materiali sono stati proposti come elemento attivo in dispositivi di per la generazione di energia elettrica recuperando il calore dei piccoli cascami termici, cioè il calore residuale presente nei sistemi di raffreddamento di innumerevoli processi industriali e produttivi e che è altrimenti destinato alla dissipazione in ambiente.

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