TPV: un motore termico superefficiente senza parti mobili

Il termofotovoltaico, anche detto TPV, è un motore termico che converte la luce a lunghezza d’onda prevalentemente infrarossa in elettricità tramite l’effetto fotovoltaico. Ci è utilissimo nell’accumulo di energia e nella conversione, soprattutto per fonti di calore a temperatura più elevata rispetto alle turbine.

I ricercatori del MIT e del National Energy Laboratory (NREL) hanno sviluppato un nuovo motore termico senza parti mobili che pare molto efficiente. Secondo le stime più diffuse, i TPV classici sono efficienti al 29%. Il nuovo motore, invece, ha un’efficienza del 40%. Un passo da gigante rispetto ai risultati di un motore standard.

Il motore termico senza parti mobili che potrebbe sostituire le tradizionali turbine a vapore

Le misurazioni dell’efficienza TPV superiori al 40% sono determinate dalla misurazione simultanea della potenza elettrica e della dissipazione del calore dal dispositivo mediante calorimetria. Quindi le prestazioni migliorate sono provate dal punto di vista sperimentale e rappresentano un vero e proprio record dell’efficienza TPV. Questo traguardo si deve allo  sviluppo di una nuova tecnologia basata sull’utilizzo di materiali con un bandgap più elevato rispetto a temperature dell’emettitore comprese tra 1.900 e 2.400° C. In più il nuovo motore termico rivela architetture multigiunzione ad alte prestazioni e l’integrazione di un riflettore di superficie posteriore altamente riflettente (BSR) per il filtraggio del bordo di banda.

Ma qual è la differenza fra un TPV e una cella solare classica? Un sistema TPV può preservare e successivamente convertire l’energia in fotoni sub-bandgap. Cosa significa? Che riflettendo i fotoni non convertiti, l’energia della luce sub-bandgap viene preservata (conservata) attraverso il riassorbimento da parte dell’emettitore.

Cattura dei fotoni

La cella termofotovoltaica (TPV), in parole povere, conserva alcune caratteristiche essenziali delle celle fotovoltaiche tradizionali, ma riesce a fare qualcosa in più. Con grande efficienza, cattura fotoni ad alta energia da una sorgente incandescente per generare elettricità.

Di quanta energia stiamo parlando? Secondo gli ingegneri del MIT il nuovo motore è in grado di generare una buona potenza da temperature comprese intorno ai duemila gradi. Per ora, però, non sappiamo ancora quale possa essere la portata reale dell’impianto, dato che il progetto esiste solo su piccola scala. In futuro, senza dubbi, gli scienziati e gli ingegneri proveranno a realizzare un sistema di cattura dei fotoni basato sulla tecnologia TPV compatibile con il fabbisogno umano.

L’idea è quella di creare un sistema di generazione e stoccaggio così potente da sostituire le centrali elettriche a combustibili fossili. Il potenziale c’è tutto. E ci sono anche molti vantaggi da tenere presente. Primo su tutti quello di poter ridurre la dipendenza delle economie globali dai combustibili fossili.