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Per il miglioramento dell’efficienza totale di conversione dei collettori solari termici si rende necessario un miglioramento della conversione dell’energia solare in energia termica, ad esempio perfezionando l’assorbimento solare. I tipici collettori solari utilizzano assorbitori con la superficie esterna annerita. Tra le limitazioni di questa configurazione vi è il fatto che ad alti livelli di irraggiamento solare si instaura una sensibile differenza di temperatura tra lo strato assorbitore e il fluido. Tale differenza porta a perdite emissive e quindi ad una riduzione dell’efficienza di conversione. Per ovviare a tale problematica, una valida alternativa allo studio è l’uso di un sistema di ricettore della radiazione solare basato su un assorbitore volumetrico, ovvero su un sistema in cui la radiazione viene assorbita direttamente dal fluido che ne trasporta l’energia termica. Un recente sviluppo in collettori solari è l'uso di nanofluidi come assorbitori di luce. Il miglioramento nel trasferimento di calore in dispositivi che sfruttano luce solare è, infatti, un punto critico per il miglioramento del sistema complessivo in efficienza e compattezza e l'uso di additivi solidi di dimensioni nanometriche a fluidi base è una tecnica innovativa che viene studiata per migliorare il trasferimento complessivo di calore.

Negli ultimi anni il gruppo di ricerca dello IENI, in collaborazione con l’istituto INO del CNR e con la Carbonium Srl, ha sviluppato dei fluidi a base di single walled carbon nanohorn. Questi consistono di un singolo foglio di grafene avvolto in un tubulo irregolare con un diametro variabile (generalmente 2-5 nm e lunghezza di 30-50 nm), che tipicamente si arrangia per formare aggregati quasi sferici classificati in tre tipi chiamati dahlia, bud e seed. Una di queste nanostrutture, a dahlia, è riportata qui a fianco come esempio.

Sono state quindi ottenute dispersioni stabili di queste nanostrutture sia in acqua che in glicole e le misure ottiche hanno dimostrato che tali fluidi assorbono tutto lo spettro di radiazione solare anche per concentrazioni molto basse (0.005 % in peso).

 
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E. Sani, S. Barison, C. Pagura, L. Mercatelli, P. Sansoni, D. Fontani, D. Jafrancesco, F. Francini: “Carbon nanohorns-based nanofluids as direct sunlight absorbers”,Optics Express, 2010, 18 (5), 5179-5187.

L. Mercatelli, E. Sani, G. Zaccanti, F. Martelli, P. Di Ninni, S. Barison, C. Pagura, F.  Agresti, D. Jafrancesco:Absorption and scattering properties of carbon nanohorn-based nanofluids for direct sunlight absorbers”, Nanoscale Research Letters, 2011, 6,  282.  

E. Sani, L. Mercatelli, S. Barison, C. Pagura, F. Agresti, L. Colla, P. Sansoni: “Potential of carbon nanohorn-based suspensions for solar thermal collectors” Solar Energy Materials and Solar Cells, 2011, 95, 2994-3000.

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