Fotovoltaico a Colori: dalla Svizzera, le Celle di Grätzel

Nel 2009, la Romande Energie SA, uno dei maggiori distributori di energia della Svizzera, decise di investire nella costruzione di un parco solare da installare sui tetti della École Polytechnique Fédérale di Losanna (EPFL). L’impianto, inaugurato nel 2015, copre un’area di circa 15500 m² ed ha potenza totale installata di 2,1 megawatt.

All’interno del campus sono state impiegate varie tecnologie di pannelli fotovoltaici: vi sono pannelli flessibili, orientabili a seconda della direzione dei raggi solari, pannelli verticali e pannelli montati sulle pareti dell’edificio. Ma l’applicazione più sorprendente è quella che si trova nella sala conferenze del campus.

La facciata ovest del SwissTech Convention Center è una parete di 300 m² di vetro trasparente e colorato: la luce solare che entra dalla parete crea giochi di luce sorprendenti all’interno della sala. Ma pochi potrebbero immaginare che il vero capolavoro sia quello energetico: infatti, questa parete di vetro rappresenta la prima installazione in larga scala delle celle di Grätzel, ideate nel 1991 da Michael Grätzel, professore dell’EPFL, e realizzate da uno spin-off dell’università, Solaronix. Costituita da 1400 moduli solari di dimensioni 35 x 50 cm, oltre a schermare in parte gli ambienti interni dalla luce solare produce circa 2000 kWh di energia all’anno.

La tecnologia sfruttata riproduce il principio della fotosintesi che avviene nelle cellule vegetali. Le celle di Grätzel, note anche come DSSC, dall’inglese dye-sensitized solar cell, sono delle particolari celle foto-elettrochimiche.

Una cella è costituita  da due vetri conduttori separati da uno strato poroso di biossido di titanio, un materiale semiconduttore che viene impregnato di colorante naturale, e da una soluzione elettrolitica. I vetri fungono da fotoanodo e fotocatodo, mentre il colorante trasferisce elettroni al biossido di titanio in seguito all’assorbimento di fotoni, dando origine ad una coppia lacuna-elettrone, similmente a quanto avviene nei  dispositivi a semiconduttore; l’elettrolita, invece, serve per rendere continuo il processo di scambio di elettroni, generando, quindi, una corrente elettrica. Le celle assumono vari colori diversi (dal rosso all’arancio, dal giallo al verde) a seconda delle sostanze organiche utilizzate: tra le più usate abbiamo le antocianine, estratte dal succo di more o lamponi.

Le celle di Grätzel rappresentano una valida alternativa ad altre tecnologie per lo sfruttamento dell’energia solare, soprattutto in quanto al costo delle materie prime e alla natura organica delle sostanze utilizzate.

Esse sono state utilizzate anche nel padiglione dell’Austria all’Expo di Milano: una facciata del padiglione di 90 m² era realizzata con celle capaci di produrre circa 24 kWh al giorno di energia.

L’energia solare può essere utilizzata come fonte di energia mediante l’utilizzo di materiali naturali ed imitando processi esistenti della natura, evitando i problemi legati allo smaltimento delle celle, che interessano alcuni tipi di pannelli fotovoltaici prodotti. Inoltre, le celle di Grätzel creano veri e propri spettacoli di luci: altro che impatto ambientale!