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Un pannello solare può trasformare il calore del sole per generare corrente elettrica invece di sfruttare direttamente la luce. Non si tratta di fantascienza, ma del risultato di una ricerca dell’Università di Rochester che ha reso 15 volte più efficiente una tecnologia solare quasi dimenticata.
L’energia solare con il calore utilizza il dislivello termico tra due superfici dove una rimane rovente e l’altra fresca per produrre energia in modo silenzioso e senza parti mobili.
Questa scoperta potrebbe dare nuova vita ai generatori termoelettrici solari, rendendoli utili per sensori remoti, dispositivi indossabili e applicazioni dove i pannelli solari tradizionali non riescono a operare.
Indice
Pannello solare che genera elettricità dal calorein un minuto
Ricercatori dell’Università di Rochester hanno reso 15 volte più efficiente un generatore termoelettrico solare, che produce elettricità dal calore del sole, non dalla luce. Trattando tungsteno e alluminio con laser ultraveloci, hanno creato superfici microstrutturate: una nera che assorbe calore e una scanalata che lo dissipa. Il forte gradiente termico genera corrente senza parti mobili.
Il dispositivo, leggero e compatto, potrebbe alimentare sensori remoti, dispositivi indossabili o sistemi ibridi in aree isolate. Sebbene ancora sperimentale, la tecnologia dimostra che la gestione intelligente del calore — non nuovi materiali — può rilanciare l’energia termoelettrica solare. Lo studio è pubblicato su Light: Science & Applications.
Un vecchio principio fisico applicato con nuove superfici
I pannelli solari classici convertono la luce direttamente in elettricità grazie a un inverter. I generatori termoelettrici solari funzionano secondo un meccanismo completamente diverso e sfruttano l’effetto Seebeck, un fenomeno fisico per cui una differenza di temperatura tra due materiali genera una tensione elettrica misurabile.
Finora questi dispositivi termoelettrici erano poco efficienti, convertendo meno dell’uno per cento dell’energia solare incidente, e rimangono relegati a nicchie di ricerca specializzata.
Il team guidato dal professor Chunlei Guo ha invertito questa situazione non inventando nuovi composti chimici, ma ridisegnando completamente le superfici del dispositivo con una precisione microscopica estremamente elevata. L’obiettivo della ricerca era massimizzare il caldo da un lato e il freddo dall’altro, creando un gradiente termico più ripido e durevole nel tempo.
Il lato esposto al sole: un metallo trasformato in assorbitore
Sul lato esposto alla radiazione solare, i ricercatori hanno trattato una sottile lamina di tungsteno con impulsi laser della durata di pochi femtosecondi, corrispondenti a milionesimi di miliardesimi di secondo. I lampi di luce incidono sulla superficie una foresta microscopica di strutture così fitte da intrappolare quasi tutta la luce solare incidente, rendendo il metallo nero come la pece.
Questo assorbitore selettivo assorbe efficacemente il calore visibile, ma emette pochissima radiazione infrarossa, permettendogli di raggiungere temperature molto più elevate rispetto a superfici metalliche convenzionali.
Per trattenere il calore generato, viene applicata una sottile pellicola trasparente che crea un mini-effetto serra climatico, limitando la dispersione termica nell’aria circostante. Il risultato finale è un lato caldo che raggiunge temperature elevate sotto il sole, senza bisogno di specchi ingombranti o di lenti di focalizzazione.
Il lato freddo: un dissipatore scolpito con precisione laser
Mentre il calore si accumula su un lato, il lato opposto del dispositivo deve mantenere temperature basse. In questo lato entra in gioco un foglio di alluminio trattato con lo stesso laser ultraveloce, ma modellato secondo una geometria completamente diversa rispetto al tungsteno.
La superficie dell’alluminio viene incisa con una serie di scanalature e creste microscopiche che aumentano enormemente l’area superficiale disponibile.
La struttura geometrica complessa agisce come un dissipatore ultra-efficiente, capace di espellere il calore due volte più rapidamente di un blocco di alluminio liscio convenzionale, sfruttando sia la radiazione infrarossa che il contatto diretto con l’aria circostante. Il contrasto netto tra i due lati, uno rovente e l’altro fresco, genera una corrente elettrica stabile e affidabile, senza necessità di batterie di accumulo o di manutenzione periodica.
Leggerezza e compattezza per applicazioni portatili
Nonostante la complessità della lavorazione laser, il dispositivo risulta sorprendentemente semplice nella sua struttura finale. Il peso totale supera solo del 25 per cento quello di un modulo termoelettrico standard, il che lo rende ideale per applicazioni portatili o remote in zone difficili da raggiungere.
Sensori installati su tubi industriali, su pareti di edifici isolati o su attrezzature in zone senza accesso alla rete elettrica tradizionale potrebbero beneficiare di questa tecnologia. Il dispositivo potrebbe alimentare facilmente i sensori dell’Internet delle cose, trasmettitori meteorologici avanzati o persino patch mediche indossabili che sfruttano il calore naturale del corpo umano.
In prospettiva futura, sistemi energetici solari simili potrebbero integrarsi con pannelli fotovoltaici convenzionali, catturando non solo la luce solare diretta, ma anche il calore di scarto per massimizzare l’energia totale estratta dal sole.
La sfida dell’industrializzazione e dei test di durabilità
Per il momento il prototipo rimane un prodotto di laboratorio ancora in fase di sviluppo. La vera sfida consiste nell’industrializzare il processo di lavorazione laser: scolpire superfici microscopiche con laser ultraveloci su larga scala, su materiali curvi o irregolari, mantenendo costi accessibili al mercato.
Inoltre bisogna testare rigorosamente la durabilità nel tempo attraverso prove estensive: la pellicola di plastica resiste efficacemente all’acqua piovana? Il tungsteno annerito si sporca con la polvere e l’inquinamento atmosferico?
Il sistema regge cicli estremi e ripetuti di caldo e freddo senza degradarsi? Solo test sul campo condotti in climi diversi e variabili potranno fornire risposte definitive a queste domande critiche. Se gli ostacoli tecnici e logistici saranno superati, questa tecnologia potrebbe diventare un tassello prezioso di un futuro energetico ibrido dove non sprechiamo la luce solare e nemmeno il calore residuo.
Un futuro dove il dislivello termico genera energia
La ricerca scientifica dimostra che a volte non serve inventare completamente nuovi materiali, bensì ripensare quelli esistenti con strumenti di precisione estremamente avanzati come i laser ultraveloci. Il sole non fornisce solamente luce, ma anche calore in quantità significative.
Dove c’è una differenza di temperatura tra due superfici, esiste energia disponibile da raccogliere e convertire. In un mondo che ricerca attivamente soluzioni decentralizzate, silenziose e robuste di generazione energetica, i generatori termoelettrici solari potrebbero trovare il loro spazio specifico di applicazione.
Non serviranno per sostituire completamente i pannelli fotovoltaici tradizionali, ma potranno operare negli ambienti dove quelli non possono arrivare o dove il calore residuo rimane inutilizzato.
Informazioni sullo studio:
- Ricevuto – 17 novembre 2024
- Revisionato – 06 maggio 2025
- Accettato – 04 giugno 2025
- Pubblicato – 12 agosto 2025
- Versione di registrazione – 12 agosto 2025
- DOI – https://doi.org/10.1038/s41377-025-01916-9
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