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Dalla Germania arriva un sistema ibrido che promette di ricavare elettricità, calore e aria fredda da un’unica superficie, sfruttando lo stesso pezzo di tetto per fare tre lavori diversi. A metterlo a punto è stato il Karlsruhe Institute of Technology, il KIT, che ha messo insieme fotovoltaico, solare termico e raffreddamento radiativo passivo diurno in un solo dispositivo. L’idea di fondo è semplice da capire anche senza un dottorato in fisica: se lo spazio disponibile è poco, tanto vale farlo rendere di più.
Chi ha guardato di recente il tetto di un condominio moderno sa bene di cosa si parla. Pannelli fotovoltaici da una parte, collettori solari termici dall’altra, unità di condizionamento che occupano il resto e per giunta consumano corrente invece di produrla. Una competizione per i metri quadrati che, con l’aumentare delle esigenze energetiche degli edifici, diventa sempre più difficile da gestire.
Tetti e facciate come superfici energetiche attive
La visione dei ricercatori tedeschi è che tetti e facciate possano trasformarsi in superfici energetiche attive, capaci di fornire nello stesso momento elettricità, riscaldamento e raffreddamento. Non tre impianti separati che si contendono lo spazio, quindi, ma un unico strato tecnologico che assolve a tutte e tre le funzioni. Un cambio di prospettiva che, sulla carta, risolve il problema alla radice invece di limitarsi ad accomodarlo.
Il funzionamento merita qualche riga di spiegazione, perché è la parte più interessante. Uno strato trasparente di silice, rivestito con il polimero siliconico polidimetilsilossano, lascia passare la luce solare che arriva dall’alto. Quella luce finisce su una lente di Fresnel, il tipo di lente piatta e leggera usata anche nei fari costieri, che concentra i raggi su un collettore fotovoltaico termico compatto. Lì avviene la doppia produzione: da un lato elettricità, dall’altro calore recuperato invece di essere sprecato.
Il trucco della finestra atmosferica
La parte più curiosa riguarda il raffreddamento. Mentre il collettore lavora, il calore in eccesso viene disperso sotto forma di radiazione infrarossa attraverso quella che gli addetti ai lavori chiamano finestra atmosferica. Si tratta della fascia di lunghezze d’onda in cui l’atmosfera terrestre è particolarmente trasparente alla radiazione termica, una specie di corridoio naturale che permette al calore di viaggiare verso lo spazio senza essere trattenuto. È il principio alla base del raffreddamento radiativo passivo diurno, il PDRC, che non richiede alcun consumo elettrico per funzionare.
I numeri raccolti sul prototipo, testato all’aperto e non solo in laboratorio, danno un’idea di cosa sia in grado di fare il dispositivo. Il raffrescamento ha raggiunto i 6,5 °C sotto la temperatura ambiente, un valore che non è banale considerando che avviene senza compressori, senza gas refrigeranti e senza bollette. Sul fronte elettrico la potenza registrata è stata di 60,6 W per metro quadrato. Il dato che colpisce di più, però, riguarda il calore: le temperature di riscaldamento sono arrivate fino a 110,8 °C, ben oltre quello che serve per l’acqua calda sanitaria di un’abitazione.
Tre uscite energetiche diverse, tutte dallo stesso metro quadrato di superficie, tutte alimentate dalla stessa fonte. Il collettore fotovoltaico termico resta il cuore del sistema, ma è la combinazione con la parte passiva a fare la differenza rispetto alle soluzioni già disponibili, dove ogni funzione richiede il proprio impianto dedicato e il proprio spazio.
Il lavoro del KIT si inserisce nel filone della ricerca sull’integrazione energetica degli edifici, quello che punta a togliere componenti invece di aggiungerne, e a far coincidere superficie disponibile e capacità produttiva.
