Rectennas o Nano-Antenne per la conversione dell'energia solare

L'attuale tecnologia fotovoltaica converte direttamente la luce in energia elettrica, sfruttandone la natura quantica, con efficienze per i prodotti in commercio già pari al 16-18% e, in prospettiva, di oltre il 30%. Le nano-antenne solari o rectennas (dalla fusione delle parole antennas e rectifyer) basano invece il loro funzionamento, per la conversione dell'energia solare in elettricità, sulla natura ondulatoria della luce. Secondo gli studiosi dell'Università della Florida, esse promettono efficienze dell'80-90% e se questi numeri saranno confermati, come si può ottimisticamente ipotizzare in base alle conoscenze attuali, saremmo in presenza di un nuovo concetto, assolutamente rivoluzionario, di conversione energia solare in energia elettrica. Alcuni esperti ritengono che i tempi per questa nuova tecnologia siano ormai maturi.

 L'idea delle nano-antenne risale ai primi anni '60, quando J.C. Fletcher della NASA e R.L. Bailey dell'Università della Florida brevettarono un dispositivo per conventire l'energia delle onde elettromagnetiche in elettricità. Esso era costituito da un certo numero di elementi, gli uni vicini agli altri, in grado di catturare un'ampia gamma dello spettro di frequenze della radiazione solare, in base silo stesso principio con il quale le onde radio, di lunghezze d'onda ben più ampie, sono intercettate dalle antenne radio (figura 1).

Queste antenne, dalla forma piramidale, furono sperimentate agli inizi degli anni '70 per verificare la loro capacità di catturare le micro onde in un ampio spettro di frequenze (100-1000 MHz). È in un lavoro del 1972 che per la prima volta Bailey propose di utilizzare il convertitore di onde elettromagnetiche per captare l'energia solare. Nel 1975 Bailey effettuò alcune ricerche preliminari e teoriche che si focalizzarono sul meccanismo attraverso il quale le antenne assorbivano le onde elettromagnetiche: da questi studi emerse la complessità tecnica di trasformare l'onda catturata in energia elettrica. Bailey riscontrò anche alcune analogie tra il funzionamento delle nano-antenne e le antenne degli insetti e con il modo di comportarsi della struttura dei coni e dei bastoncelli presenti nell'occhio umano, individuando così ulteriori possibili strade per le future ricerche.

Gli studi furono in seguito accompagnati anche da sperimentazioni e dimostrazioni; per esempio, presso il centro Jet PropuIsion Laboratory di Goldstone un fascio di micro onde della potenza di 30 kW fu convertito direttamente in energia elettrica con un'efficienza dell'84% da una nano-antenna posta a più di un miglio di distanza. Questo ed altri risultati sperimentali hanno confermato che le nano-antenne possono avere alte efficienze di conversione per fasci di micro onde e che, pertanto, sia possibile ipotizzare elevate efficienze di conversione anche per le nano-antenne progettate appositamente per catturare le piccole lunghezze d'onda che costituiscono lo spettro solare.

Nel passato il maggiore impedimento allo sviluppo delle nano-antenne solari è stata la mancanza di nanotecnologie in grado di operare su dimensioni inferiori o dell'ordine del micron. Oggi queste tecnologie sono in una fase di rapido sviluppo e ciò fa ritenere che siamo vicini ad esperimenti decisivi per provare concretamente il concetto delle nano-antenne solari. Tuttavia le sfide tecnologiche da superare sono numerose: esse riguardano le dimensioni delle antenne ed i conseguenti problemi di fabbricazione, di controllo di qualità, di produzione di massa, di scelta dei materiali, del sistema di rettificazione ad elevate frequenze e della geometria delle stringhe. Si tratta di problemi spesso assai complessi che comportano ricerche interdisciplinari difficili da organizzare e dai costi elevati. Il futuro, comunque, ci riserva grandi sorprese...

Home Site    Home Sezione    www.archeopolis.it