Oggi associamo il fotovoltaico ai tetti delle case, alle imprese e alla possibilità di produrre energia dal Sole. Ma una delle sue prime applicazioni più importanti si trovava molto lontano dalle nostre abitazioni: in orbita attorno alla Terra.
Era il 17 marzo 1958. Un piccolo satellite chiamato Vanguard 1 portava nello spazio una tecnologia destinata a diventare parte della nostra quotidianità. La sua storia aiuta a capire perché trasformare la luce in elettricità sia stata un’idea così importante.
Vanguard 1: il primo fotovoltaico in orbita
Vanguard 1 era un progetto del Naval Research Laboratory statunitense. Aveva l’aspetto di una piccola sfera metallica con antenne e gruppi di celle solari sulla superficie: diventò il primo satellite a utilizzare il fotovoltaico come fonte di alimentazione.
A bordo erano presenti due trasmettitori radio, alimentati rispettivamente da una batteria e dalle celle solari. Il trasmettitore alimentato dal Sole continuò a inviare segnali fino al 1964, circa sei anni dopo il lancio. Un risultato che dimostrò quanto questa tecnologia potesse essere preziosa per le missioni spaziali. Fonte: Naval Research Laboratory.
Il messaggio era chiaro: finché riceveva luce, un satellite poteva continuare a produrre elettricità senza dipendere soltanto dall’energia immagazzinata alla partenza.
Una tecnologia nata sulla Terra
Il fotovoltaico, però, non fu inventato per andare nello spazio.
Nel 1954, quattro anni prima del lancio di Vanguard 1, i ricercatori dei Bell Laboratories Daryl Chapin, Calvin Fuller e Gerald Pearson avevano sviluppato una delle prime celle solari pratiche al silicio. Lo spazio offrì poi un’applicazione nella quale i suoi vantaggi risultavano particolarmente importanti. Fonte: Smithsonian Institution.
Il principio di funzionamento è quello che ritroviamo anche negli impianti di oggi: un materiale semiconduttore assorbe la luce e permette di trasformarne parte dell’energia in elettricità. È la luce a essere convertita, non il calore del Sole. Fonte: Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Perché il Sole era così prezioso per i satelliti?
Nello spazio, ogni risorsa deve essere pianificata prima della partenza. Una batteria contiene una quantità limitata di energia; un sistema fotovoltaico può produrne durante la missione, quando riceve luce sufficiente.
Questo permette di alimentare strumenti scientifici, comunicazioni e altri sistemi di bordo per periodi prolungati. Non basta, però, aggiungere un pannello: occorre considerare orientamento, temperatura, distanza dal Sole e condizioni della missione.
Avvicinandosi al Sole, gestire il calore diventa particolarmente impegnativo. Allontanandosi, invece, la luce disponibile diminuisce. Per questo il fotovoltaico non è la soluzione adatta a ogni viaggio spaziale: alcune missioni dirette verso regioni molto lontane utilizzano altre fonti di energia. Fonte: NASA.
E quando il Sole non illumina i pannelli?
Anche nello spazio possono esserci periodi senza luce solare diretta. Un veicolo in orbita attorno alla Terra, per esempio, può attraversarne l’ombra.
La Stazione Spaziale Internazionale affronta questa alternanza utilizzando pannelli solari e batterie: durante i periodi illuminati produce elettricità e ne accumula una parte; durante la notte orbitale utilizza l’energia immagazzinata.
Produzione e accumulo svolgono quindi compiti diversi e complementari. Le batterie consentono di continuare ad alimentare la stazione quando i pannelli non ricevono luce. Fonte: NASA, sistemi di alimentazione della ISS.
I pannelli spaziali sono uguali a quelli sui tetti?
Condividono il principio fisico, ma vengono progettati per esigenze differenti.
Nello spazio contano moltissimo il peso, la superficie disponibile, la resistenza alle radiazioni e l’affidabilità. Molte celle destinate a queste applicazioni utilizzano strutture a giunzione multipla, con materiali capaci di sfruttare porzioni differenti dello spettro solare. Protezioni e componenti devono inoltre affrontare condizioni molto diverse da quelle terrestri. Fonte: Agenzia Spaziale Europea.
Negli impianti terrestri il silicio rappresenta una tecnologia centrale, grazie alla combinazione di prestazioni, durata e costi di produzione. Parlare di fotovoltaico significa dunque parlare di una famiglia di soluzioni, da scegliere in funzione dell’applicazione. Fonte: Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.
Una storia lontana, una scelta vicina
Vanguard 1 doveva risolvere un problema molto concreto: trovare energia per continuare a comunicare con la Terra. Oggi il fotovoltaico risponde anche a esigenze quotidiane, come produrre elettricità per una casa o un’attività.
Le condizioni cambiano, ma il principio resta lo stesso: trasformare la luce disponibile in energia utilizzabile.
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