Le finestre solari fanno passare poca luce

Perovskite da 185 nm genera elettricità dalla luce interna, ma lascia passare solo il 30% del sole.

C’è un dettaglio che quasi nessuno nota guardando una finestra: è un buco energetico. Secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, circa il 25% dell’energia usata per riscaldare e raffreddare gli edifici statunitensi viene persa attraverso finestre inefficienti. A metà luglio un gruppo di ricerca britannico ha annunciato di aver trasformato quel buco in una superficie che produce elettricità, lavorando su celle solari in perovskite abbastanza sottili da lasciar passare una parte della luce. Il risultato è un passo avanti concreto, ma porta con sé un compromesso che non è ancora stato sciolto: quanta luce siamo disposti a sacrificare per avere energia dai vetri?

Il costo invisibile delle finestre

Prima di parlare di soluzioni, conviene mettere a fuoco l’entità del problema che abbiamo davanti agli occhi ogni giorno. Il dato americano è un promemoria: un quarto dell’energia che serve a scaldare o raffreddare un edificio se ne va dai vetri, prima ancora di accendere una pompa di calore o un condizionatore. In termini pratici, significa pagare per mantenere una temperatura interna mentre le finestre la regalano all’esterno. Non è un dettaglio da laboratorio: è una voce che pesa sulle bollette e sul comfort, soprattutto negli edifici più vecchi, dove i serramenti sono spesso il punto debole dell’involucro.

Detto in un altro modo, il vetro è finora stato solo un elemento passivo: lascia entrare la luce e il calore, e d’inverno ne fa uscire parecchio. Se un quarto dell’energia se ne va attraverso i vetri, la domanda diventa inevitabile: cosa succederebbe se quei vetri iniziassero a produrne invece di disperderla? È esattamente la domanda a cui ha provato a rispondere il team londinese.

Uno strato quasi invisibile che ribalta i compromessi

La risposta arriva da un laboratorio dell’UCL, dove un team ha provato a rovesciare la logica del fotovoltaico tradizionale. Un pannello da tetto classico vuole assorbire il più possibile: più luce cattura, più energia produce, e per questo è opaco. Una finestra, invece, deve continuare a essere una finestra. I ricercatori hanno ingegnerizzato uno strato di perovskite spesso 185 nanometri, circa 500 volte più sottile di un capello umano. Nelle celle solari tipiche, lo strato di perovskite è tre o quattro volte più spesso. Qui la scommessa è opposta: assorbire abbastanza da generare corrente, ma restare abbastanza sottili da lasciar passare la luce.

I numeri raccontano che la scommessa, in laboratorio, ha retto. Con un pannello di 30 centimetri per 30, il team ha misurato una conversione del 22% della luce interna intensa a 1000 lux in elettricità, oltre al 14% della luce solare. Il primo dato è particolarmente interessante: significa che questi vetri potrebbero recuperare anche l’illuminazione artificiale di uffici e stanze, non solo il sole diretto. Il rovescio della medaglia è però tutto nel vetro stesso: le finestre ingegnerizzate lasciano passare il 30% della luce solare, contro l’80% o il 90% di un vetro comune. In una stanza già poco luminosa, la differenza si vedrebbe eccome.

Il compromesso trasparenza-efficienza resta quindi il punto centrale. E non è l’unico limite. Il dispositivo considerato dal team, il cosiddetto dispositivo nudo, ha mantenuto l’80% della sua efficienza per 300 ore di esposizione continua alla luce in un test di durabilità accelerata standard. È un primo segnale incoraggiante, ma va preso per quello che è: 300 ore di laboratorio non dicono ancora come quei materiali invecchieranno su una finestra esposta per anni a sole, pioggia, sbalzi termici e pulizie con detergenti. Il lavoro è stato sostenuto dal Henry Royce Institute for Advanced Materials, con finanziamenti dell’EPSRC del Regno Unito, del Department for Energy Security and Net Zero, di UCL, del British Council e della London South Bank University. La ricerca è solida; il passaggio alla vita reale, no, è ancora tutto da dimostrare.

La concorrenza c’è, e la trasparenza resta il nodo

Per capire quanto sia solida la promessa, basta guardare fuori dal laboratorio: il fotovoltaico da finestra è un campo già affollato. Ubiquitous Energy, per esempio, propone la tecnologia UE Power™, che raccoglie energia dalla luce infrarossa e ultravioletta lasciando passare la luce visibile. È un approccio diverso: invece di assorbire parte della luce che vediamo, punta a catturare le lunghezze d’onda che l’occhio umano non usa. La promessa è mantenere un vetro più trasparente, anche se la quantità di energia raccolta dipende da quanta radiazione infrarossa e ultravioletta è effettivamente disponibile.

Altre ricerche, invece, lavorano ancora sul compromesso diretto: ricerche su perovskiti semi-trasparenti hanno mostrato un dispositivo con concentrazione 0,30 M capace di un’efficienza di conversione energetica del 9,83% all’aperto e del 16,08% in illuminazione interna, con una trasmittanza visibile media del 26,69%. I valori di efficienza di utilizzo della luce, la metrica che combina trasparenza e produzione, sono risultati del 2,62% all’aperto e del 4,29% in interni, dentro o sopra l’intervallo desiderabile del 2-5% per il fotovoltaico integrato nelle finestre.

Confrontare questi numeri con quelli londinesi non è immediato, perché le condizioni di misura non sono identiche. Ma la direzione è la stessa: il pannello UCL dichiara il 22% di conversione da luce interna e il 14% da luce solare, con il 30% di luce che passa. L’altro studio si ferma al 16,08% in interni e al 9,83% all’aperto, con il 26,69% di trasparenza. Nessuno dei due si avvicina lontanamente alla luminosità di un vetro normale. Il nodo comune è tutto qui: chi vuole energia dai vetri deve accettare finestre più scure, e chi vuole finestre chiare deve accettare meno energia.

I numeri di laboratorio sono incoraggianti, ma la durata reale e i costi di produzione non si misurano in ore di test accelerato. Per chi oggi deve sostituire i serramenti, nessuno di questi dispositivi è ancora un’opzione da catalogo: sono prototipi e dimostrazioni, non prodotti con un prezzo e un tempo di rientro. Chi valuta oggi l’acquisto di finestre efficienti può scegliere tra doppi o tripli vetri, ma non può ancora contare su vetri che producono elettricità. E ha senso dirlo con chiarezza: il lettore si fida di chi non spaccia promesse da laboratorio per scelte d’acquisto.

Non è ancora il momento di comprare finestre che producono energia, ma possiamo iniziare a guardare i vetri di casa con occhi diversi. Il prossimo passo non è la tecnologia in sé, ma la sua capacità di sopravvivere anni di sole, pioggia e uso quotidiano senza perdere la trasparenza che ci aspettiamo da una finestra. Finché quella prova non sarà superata, ogni efficienza misurata in laboratorio resterà una buona notizia per i ricercatori, non ancora per le bollette.