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Il crescente interesse verso l’energia sostenibile ha portato allo sviluppo di nuove tecnologie, tra cui il termofotovoltaico (TFV) residenziale con sistemi di accumulo. Un recente studio condotto dai ricercatori Manish Mosalpuri, Fatima Toor e Mark Mba-Wright dell’Iowa State University ha analizzato la convenienza economica di un impianto TFV abbinato a materiali a cambiamento di fase per l’accumulo energetico, esplorando il potenziale di questa tecnologia nel settore residenziale.
Cos’è il termofotovoltaico e come funziona?
Il sistema termofotovoltaico si basa sulla conversione del calore in elettricità, utilizzando un assorbitore/emettitore termico e una cella fotovoltaica appositamente progettata. Questa tecnologia può sfruttare diverse fonti di calore, come l’energia solare e il calore di scarto industriale, aumentando così l’efficienza energetica complessiva degli edifici.
Nel dettaglio, il sistema TFV utilizza materiali come carburo di silicio policristallino, tungsteno o cristalli, che, quando riscaldati, emettono fotoni infrarossi. L’emettitore funziona da filtro selettivo, riemettendo i fotoni a lunghezze d’onda compatibili con il bandgap delle celle fotovoltaiche. Quest’ultime, spesso realizzate con materiali III–V, sono progettate per funzionare a temperature elevate, tra i 1.900 e i 2.400 °C, e hanno dimostrato un’efficienza di conversione record del 44% a 1.435°C.
Il termofotovoltaico residenziale
Lo studio ha condotto una simulazione su un tipico edificio residenziale a Boone, Iowa, prendendo in esame tre fonti di energia: il fotovoltaico, la rete elettrica e il gas naturale. Il modello comprendeva una caldaia a gas, due sistemi di accumulo termico a bassa e alta temperatura, un generatore TFV e una pompa di calore. Attraverso questa combinazione, i ricercatori hanno ottimizzato il costo livellato dell’elettricità consumata (LCOE) e prodotto (LCOEel).
I risultati hanno evidenziato una leggera riduzione dei costi rispetto alle stime iniziali, portando il costo livellato a 0,038 dollari per kilowattora (kWh) e quello dell’elettricità a 0,128 dollari per kWh. Gli scenari analizzati variavano in funzione dei costi del capitale, dei tassi d’inflazione del combustibile e dell’elettricità e dei costi associati ai sistemi di accumulo ad alta temperatura. La tecnologia TFV è risultata promettente, ma con un LCOEel che attualmente supera il prezzo medio dell’elettricità, suggerendo che, per essere competitiva, la tecnologia necessiti di ulteriori sviluppi o incentivi economici.