Idrogel rivoluziona il fotovoltaico: giù calore hot-spot, su efficienza

La tecnologia di rivestimento, sviluppata da ricercatori di Hong Kong, sfrutta un sistema semplice, economico e applicabile agli impianti esistenti

La sfida degli hot-spot nei pannelli fotovoltaici è uno degli argomenti più discussi nel campo dell’energia solare. Le temperature, localizzate ed elevatissime, compromettono l’efficienza delle celle e la vita utile dell’impianto stesso. Quando una parte del pannello riceve meno luce quella sezione si riscalda, consumando energia invece che produrla e portando a un calo di rendimento complessivo. E se il fenomeno persiste, il sistema va incontro a stress termico, degrado accelerato o addirittura rischio incendio. Recentemente, un team della Hong Kong Polytechnic University ha presentato un rivestimento in idrogel che promette di rivoluzionare il settore, perché funge da raffreddamento evaporativo direttamente sulla superficie del pannello. Ciò avviene senza toccare i circuiti interni, e non richiedere modifiche strutturali significative. Secondo i dati del gruppo di ricerca, l’applicazione di questo strato di materiale è in grado di abbassare la temperatura degli hot-spot fino a 16 °C e, contemporaneamente, di aumentare la potenza elettrica fino al 13 %, un salto significativo soprattutto negli impianti fotovoltaici integrati negli edifici e nelle installazioni urbane dense.

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Cos’è l’idrogel e come risolve gli hot-spot

La tecnologia alla base del rivestimento è impressionante nella sua semplicità.
L’idrogel è un materiale polimerico in grado di trattenere grandi quantità di acqua grazie alla sua struttura reticolata. In questo caso, si tratta principalmente di poliacrilammide combinata con hydroxyethyl cellulose.

Questa miscela non si limita ad assorbire acqua: funge da sistema di raffreddamento passivo perché trasferisce l’acqua verso le zone più calde della cella fotovoltaica. Una volta lì, l’acqua evapora, sottraendo calore dal pannello.

Il design include fibre tessute con un motivo particolare, capaci di trasportare l’umidità verso i punti di surriscaldamento più intensi e mantenere un effetto di raffreddamento uniforme.

Inoltre, il rivestimento è coperto da uno strato esterno sottile e poroso di politetrafluoroetilene (PTFE), che aiuta a proteggere la superficie dalla polvere e a controllare la velocità di evaporazione.

Impatto sull’efficienza e casi di studio reali

I benefici osservati nei test di laboratorio – e nelle simulazioni su larga scala – aprono prospettive concrete. Riducendo gli hot-spot, il pannello lavora più vicino alle condizioni ideali, con un miglior equilibrio termico su tutta la superficie. La ricerca stima che, in contesti urbani come Hong Kong e Singapore, questa tecnologia potrebbe aumentare la produzione annua di energia rispettivamente del 6,5 % e del 7,0 % rispetto agli stessi impianti senza idrogel. E anche i tempi di ritorno dell’investimento sono interessanti: da 3,2 a 4,5 anni, numeri competitivi anche nei mercati con prezzi dell’elettricità variabili.

Oltre all’aumento di produzione, il rivestimento mostra un altro vantaggio: può mitigare quasi metà delle perdite energetiche causate dagli hot-spot nei sistemi fotovoltaici integrati negli edifici (BIPV), una categoria in rapida crescita nel settore delle rinnovabili.

Durata, affidabilità e problemi tecnici risolti

Una domanda tipica sulle soluzioni basate su idrogel riguarda la durabilità nel tempo. I materiali polimerici possono infatti tendere a crepe, restringimenti volumetrici e degrado sotto irraggiamento solare prolungato. Il team di Hong Kong ha affrontato queste criticità direttamente nel progetto:

• Integrando la hydroxyethyl cellulose, che mantiene il gel più coeso.
• Inserendo fibre a motivo fogliare che migliorano la distribuzione dell’acqua e prevengono tensioni interne.

Queste modifiche aiutano a ridurre significativamente la formazione di crepe e la contrazione volumetrica rispetto ai gel tradizionali. Secondo i ricercatori, il tasso di restringimento del nuovo idrogel si mantiene ben al di sotto di altri materiali simili, rendendolo più resistente nel lungo periodo.

In molti casi l’effetto della riduzione termica non si limita a migliorare l’efficienza: diminuisce anche lo stress termico sui componenti, prolungando la vita utile del pannello e riducendo la probabilità di guasti prematuri.

Verso la commercializzazione

Nonostante i risultati molto promettenti, il team sottolinea che sono necessari ulteriori test su larga scala e in diversi climi per comprendere appieno il comportamento dell’idrogel nelle condizioni reali di esercizio. Esperienze di campo in ambienti estremi — come deserti, aree costiere con alta salinità o regioni ad alta irradiazione — saranno cruciali per definire protocolli di produzione industriale e applicazione standardizzati.

In parallelo, la ricerca proseguirà verso materiali ancora più duraturi, formule con costi di produzione ancora più bassi e integrazione con nuove generazioni di pannelli fotovoltaici, incluse le tecnologie emergenti tipo perovskite, sensibili all’umidità e alla temperatura.

A cura di Roberto Zonca

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New hydrogel layer tackles solar module hotspots – pv‑magazine.com