LSC story. Light, shape, colour. Racconto di luci, forme e colori di una nuova tecnologia solare per i progettisti

LSC is an acronym that refers to the photovoltaic technology of Luminescent Solar Concentrators. Such acronym also describes the main features of this technology: Light Shape and Color. In this thesis, a story co-written by engineering and design, luminescent solar concentrators are the unquestioned protagonists, and lights, shapes and colors the ingredients that enhance this technology. The LSC system consists of a sheet of a polymeric material dyed in bulk with a fluorescent pigment and connected on one edge to a photovoltaic cell: the solar radiation incident onto the dye-doped polymer is absorbed by the dye and re-emitted within the polymeric sheet. Due to total internal reflection, the re-emitted light can travel within the polymeric sheet in a waveguide mode and reach the PV cell placed on the edge. In addition to improving the light management in the PV system, the LSC technology allows for a reduction of the surface of silicon solar cell used, with a consequent reduction of the price of the overall PV system. Furthermore, LSCs offer other advantages such as increased lightness and its easier integration in buildings and everyday objects. Until now, testing of these devices has been limited almost entirely to planar geometries. In the attempt to overcome this strong limitation, this thesis aims to evaluate the impact of geometrical changes on the efficiency of LSC devices. This work tries to cover at least part of the formal range recognized in everyday objects, with the ultimate objective of making this technology available to design. To achieve this goal, the LSC device literally bows to reality, adapting to the forms that populate our world, fitting into existing objects that become a source of energy to feed themselves or other devices without the need of undergoing aesthetic redesigns. 1 material, 210 samples, 70 geometrical changes, 98 graphs, 6 types of energy, 5 carriers trending, 40 catalogued objects form a set of guidelines that wants to become a handbook for those who, also in the immediate future, are willing to try to design products that exploit this technology and that can generate quantities of sustainable energy that greatly exceed these numbers. For this analysis, a new methodology was developed to help the technology transfer of knowledge, trying to connect two worlds, namely science and design, which are not always able to communicate with each other. In conclusion, the design research was used to describe the technology and its world, to bring to light hidden and difficult concepts, but especially emphasizing "a design that tries to open some glimmer to other possible worlds" , giving answers and succeeding at the same time in formulating new questions.

LSC è l’acronimo che si riferisce alla tecnologia fotovoltaica dei concentratori solari luminescenti (Luminescent Solar Concentrators), indicandone anche le caratteristiche principali: Light Shape and Color. In questa tesi, un racconto scritto a due mani dall’ingegneria e dal design, i concentratori solari luminescenti sono i protagonisti incontrastati, e luci, forme e colori gli ingredienti che esaltano questa tecnologia. Il sistema LSC consiste in una lastra di materiale polimerico colorata in massa con un pigmento fluorescente, al cui bordo viene connessa una cella fotovoltaica: la radiazione incidente sulla lastra viene assorbita dal colorante e da questo riemessa all’interno della lastra polimerica. Grazie alla riflessione interna totale, la luce riemessa resta intrappolata al suo interno e viene convogliata alla cella fotovoltaica in modalità guida d’onda. Oltre a migliorare la gestione della luce in arrivo al dispositivo fotovoltaico, la tecnologia LSC consente una riduzione della superficie di cella solare al silicio usata, con relativo abbassamento del prezzo, maggior leggerezza e una più facile integrabilità del sistema in architetture ed oggetti. Ad oggi le sperimentazioni su questi sistemi sono quasi totalmente limitate a forme planari della lastra: obiettivo della tesi è perciò quello di valutare l’incidenza della variazione geometrica rispetto all’efficienza del dispositivo stesso. Il lavoro ha perciò come scopo quello di cercare di coprire almeno una parte delle casistiche formali rilevate negli oggetti di uso quotidiano, per poi rendere fruibile la tecnologia per la progettazione. Per arrivare a questo obiettivo, il dispositivo, letteralmente, si piega al reale, adattandosi alle forme che popolano il nostro mondo, fino ad entrarvi, inserendosi in oggetti esistenti e che, senza subire riprogettazioni estetiche, diventano fonte di energia per alimentare se stessi o altri dispositivi. 1 materiale, 210 campioni, 70 modifiche, 98 grafici, 6 tipologie di energia, 5 trend portanti, 40 oggetti schedati, formano un insieme di linee guida che vuole diventare un piccolo manuale per chi, in un domani anche immediato, voglia addentrarsi nella progettazione di prodotti che sfruttano questi sistemi, ottendendo quantitativi di energia pulita che superano ampiamente questi numeri. Per quest’analisi è stata sviluppata una metodologia in grado di avvantaggiare il trasferimento tecnologico di conoscenze, cercando di collegare due mondi, quali scienza e design, che non sempre riescono a comunicare. In conclusione si è cercato di utilizzare la ricerca di design per descrivere la tecnologia ed il suo mondo, per mettere in luce concetti nascosti e difficili, ma soprattutto valorizzando “un design che provi ad aprire qualche spiraglio verso altri mondi possibili” , dando risposte e riuscendo al contempo a formulare nuove domande.