Serre fotovoltaiche organiche: è una questione di trasparenza e di lunghezze d’onda

Un nuovo studio di recente pubblicazione mette in evidenza i vantaggi legati all’integrazione delle celle solari organiche trasparenti con le esigenze energetiche delle serre, facendole divenire elementi neutri ed autonomi dal punto di vista energetico.

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E’ stato questo l’obiettivo che si è posto un nuovo studio, elaborato dalla North Carolina State University che ha integrato competenze di ingegneria, biologia e fisica per studiare e massimizzare i vantaggi delle serre fotovoltaiche. Il punto di convergenza dello studio è stato l’integrazione di celle solari organiche trasparenti, capaci di sfruttare alcune specifiche lunghezze d’onda per la produzione d’elettricità, permettendo nel contempo il passaggio di quelle necessarie alle specie vegetali coltivate. 

Secondo Brendan O’Connor, autore dello studio e professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso l’ateneo americano “Le piante usano solo alcune lunghezze d’onda della luce per la fotosintesi, e l’idea è quella di creare serre fotovoltaiche che producano energia da quella luce inutilizzata consentendo al contempo il passaggio della maggior parte della banda foto sintetica. Siamo in grado di farlo utilizzando celle solari organiche, perché ci consentono di sintonizzare lo spettro di luce che la cella solare assorbe”.

Molte le incognite di inizio progetto, a cominciare dalla quantità di energia generabile dal tetto solare organico della serra ed anche se tale energia sarebbe stata sufficiente alle esigenze della serra. Per la ricerca della via di compromesso il team di ricerca ha fatto ricorso ad un modello computazionale basato sulla coltivazione dei pomodori in Arizona, Carolina del Nord e nel Wisconsin.

Nel merito il commento dell’autore dello studio Brendan O’Connor, secondo il quale “Gran parte del consumo di energia nelle serre proviene dal riscaldamento e dal raffreddamento, quindi il nostro modello si è concentrato sul calcolo del carico di energia necessario per mantenere l’intervallo di temperatura ottimale per la crescita del pomodoro. Il modello ha calcolato la quantità di energia che una serra fotovoltaica potrebbe produrrebbe in ogni località analizzata”.

Un lavoro complesso quello alla ricerca del compromesso tra la quantità di energia generata dalle celle solari e quantità di luce nella banda foto sintetica utilizzabile dalle piante, dal momento che la generazione di quantità “elevate” di energia avrebbe potuto significare sacrificare una parte dell’accrescimento delle piante.

L’articolazione del progetto in tre stati a differenti latitudini e caratteristiche climatiche ha determinato ad esempio che in Arizona, le serre potrebbero diventare neutre dal punto di vista energetico, senza appoggiarsi ad alcuna fonte di energia esterna, bloccando appena il 10% della banda di luce fotosintetica. Tuttavia, nel caso i coltivatori fossero disposti a sacrificare “qualcosa” in termini di crescita vegetale, si potrebbe conseguire il doppio dell’energia necessaria per far funzionare la serra. 

Differente la situazione nella Carolina del Nord, dove una serra potrebbe diventare neutra dal punto di vista energetico bloccando il 20% per cento della luce necessaria alla fotosintesi. Arrivando poi al caso di studio del Wisconsin invece, le serre fotovoltaiche non sarebbero conveniente applicabili a causa della elevata quantità di energia richiesta durante l’inverno.

Link dell’articolo pubblicato sulla rivista Joule