Smart windows, le finestre intelligenti: energia e luce grazie al Cnr di Lecce

martedì 7 giugno 2016

Possono accumulare luce solare e convertirla in energia elettrica (al pari dei pannelli fotovoltaici), oscurarsi quando fuori c’è troppa luce e illuminare gli ambienti domestici quando fuori è buio: sono le smart windows (“finestre intelligenti”) che sfruttano la tecnologia OLED di ultima generazione e che in un futuro molto prossimo sostituiranno il fotovoltaico tradizionale, come dimostrano i risultati ottenuti dai ricercatori dell'Istituto di Nanotecnologie del CNR di Lecce.

L'energia del futuro ce la fornirà il sole. Non attraverso i pannelli fotovoltaici, o almeno non solo, che hanno letteralmente invaso, e in buona parte deturpato, i campi incolti della Puglia, come di diverse regioni d'Italia. La soluzione più innovativa si chiama smart windows o, per dirla in italiano “finestre intelligenti”. Si tratta sostanzialmente di categorie di vetri semitrasparenti le cui proprietà di trasmissione della luce cambiano in seguito all’applicazione di tensione elettrica (elettrocromismo), luce (fotocromismo) o calore (termocromismo), e perciò vengono definiti “intelligenti”. 

Negli ultimi tempi lo sviluppo di questa tecnologia si indirizza verso una nuova ramificazione della ricerca, legata all’evoluzione delle soluzioni connesse ai cosiddetti “Organic LED” (o OLED). Il principio su cui si basa il funzionamento delle smart windows è molto semplice: quando, ad esempio, la loro temperatura sale, il colore o la composizione mutano, e passano da trasparenti ad opachi, impedendo il passaggio di alcune lunghezze d’onda della luce. Inoltre, questo effetto è reversibile. A lavorare su queste soluzioni non soltanto Università e industrie americane o del Nord Europa, ma anche un'eccellenza nostrana come l'Istituto di Nanotecnologie del CNR presso l'Università del Salento, con il professor Giuseppe Gigli alla guida di un progetto complesso denominato MAAT, voluto da una sinergia di enti pubblici e privati.

Palazzi con enormi vetrate, condomini e private abitazioni potranno così accogliere una tecnologia che è completamente autonoma dalla rete elettrica, è in grado di fornire calore, illuminazione e al contempo energia, senza trascurare l'aspetto estetico molto più gradevole con le finestre colorate al posto di filari interminabili di pannelli disseminati nelle campagne. Solo in questo modo si potrebbe lavorare alla realizzazione di futuri fabbricati completamente ecofriendly, perché le “finestre intelligenti” permettono di accrescere l’efficienza energetica, di abbattere i consumi energetici di riscaldamento, aria condizionata ed illuminazione, di migliorare l’isolamento termico della struttura. L'unico limite su cui i ricercatori stanno ancora lavorando è quello legato ai tempi di usura di queste smart windows, momentaneamente inferiori rispetto ai tradizionali pannelli fotovoltaici. 

Giuseppe Gigli: “Ecco il futuro sostenibile delle smart windows”

All'avanguardia nella ricerca sulle smart windows c'è il progetto MAAT, finanziato dal Ministero dell'Istruzione, dell'Università e della Ricerca che vede coinvolti diversi partner sia privati che pubblici. A brillare tra questi ultimi la presenza dell'Istituto di Nanotecnologia del CNR di Lecce, guidato dal professor Giuseppe Gigli, referente del progetto MAAT. 

Professor Gigli, ci illustri gli obiettivi di questo progetto rivoluzionario.

L'obiettivo è di sviluppare quelle che vengono dette in gergo le “finestre intelligenti” cioè quelle che, oltre ovviamente a fungere da finestre, hanno funzionalità fotovoltaica (assorbire luce e produrre energia) ed elettrocromica (cambiare colore a seconda della luce esterna). È un sistema smart, nel senso che risponde automaticamente a un input esterno, non c'è bisogno che uno vada ad accendere un interruttore: fuori poca luce e il vetro è trasparente, fuori c'è molta luce e lui cambia colore per schermare. Ovviamente c'è bisogno di un sistema di accumulo integrato; attualmente stiamo lavorando su sistemi ibridi basati su tecnologia litio-piombo, in grado di rendere il sistema completamente autonomo rispetto alla rete elettrica domestica. 

I vetri delle “finestre intelligenti” sono anche in grado di diventare elementi illuminanti. 

Esatto. Di notte o quando se ne sente bisogno, questi elementi possono “accendersi” perché all'interno sono presenti degli strati di materiale organico che permettono alla finestra di illuminarsi come fosse un pannello elettroluminescente. Questa è la tecnologia cosiddetta OLED, tipica ad esempio di televisori curvi della LG già in commercio, solo che in questo caso è ancora più sofisticata. L'altro aspetto importante su cui noi stiamo lavorando è una tecnologia di fotovoltaico di nuova generazione. Il fotovoltaico attuale si basa sul silicio che non si può adattare ad una finestra sia perché non è trasparente, sia perché i pannelli al silicio normalmente devono essere montati inclinati perché devono avere un angolo ben preciso di esposizione per ricevere i raggi del sole e avere un massimo di efficienza. 

Proprio per quanto riguarda il fotovoltaico quali sono le peculiarità?

Questa nuova tecnologia permette un'installazione verticale senza avere un calo di efficienza. Si possono sfruttare molte più superfici e non è più necessario realizzare dei grandi parchi fotovoltaici con un enorme impatto ambientale. Immaginate un vetro che all'interno, invece di avere una camera d’aria come è adesso, ha una serie di pellicole di materiale organico talmente sottili (parliamo di decine di nanometri) da essere praticamente trasparenti. Nel caso in cui si voglia avere una funzionalità fotovoltaica queste pellicole assumono un colore, disponibile anche su richiesta delle aziende produttrici (anche perché se fosse completamente trasparente non assorbirebbe i raggi del sole). 

Da quanto va avanti questo progetto e quanti scienziati ha coinvolto?

Il progetto è in fase di chiusura, dobbiamo fare l'ultimo monitoraggio. È un progetto triennale, quest'anno lo chiuderemo con la presentazione di un prototipo finale in piccola scala che combina queste tre funzionalità in modalità smart. Noi abbiamo raggiunto i target che ci eravamo prefissati: è un progetto di successo e stiamo già discutendo con le aziende quello che può essere il seguito in termini di preindustrializzazione e qui bisogna capire quali sono gli investimenti che potranno essere implementati. Su questo progetto hanno lavorato complessivamente tra i 70 e gli 80 ricercatori, tra nuovi assunti e personale già impiegato negli enti coinvolti. 

A livello di costi stiamo parlando di una tecnologia onerosa? 

Tutt'altro, è una tecnologia molto low cost perché si parte da materiali organici di facile produzione che possono essere depositati con tecniche roll to roll, quindi tecniche di stampaggio che permettono larghe superfici, abbattendo costi di produzione e sono compatibili con la produzione dei vetri. Ovviamente l'arrivo sul mercato dipende da quelle che sono le politiche governative, il fotovoltaico ha avuto un boom in Italia, adesso si è fermato a valori più bassi ma questo era abbastanza prevedibile. Il costo di produzione dipende dai volumi: si stima che un metro quadro possa costare intorno ai 100/150 euro; può sembrare una cifra elevata, ma occorre pensare che i rivestimenti dei grattacieli possono arrivare fino a 800 euro a metro quadrato e in più queste finestre comprendono più funzionalità. Per quanto riguarda la tecnologia fotovoltaica è già pronta per tutta una serie di applicazioni, anche se alcune questioni devono essere risolte. 

Quali? 

Il ciclo di vita di una smart window non è comparabile a quello di un pannello al silicio, non si può essere obbligati a cambiare finestre molto costose ogni 15 anni. Se non ci fosse stata la politica di dumping della Cina per i costi dei pannelli fotovoltaici questa tecnologia sarebbe già sul mercato: il problema è che la Cina ha iniziato a produrre pannelli di silicio sotto costo arrivando a 40/50 centesimi di euro al metro quadro. Ovviamente sarà dura per le altre tecnologie essere competitive.

Fonte:
belpaeseweb.it

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