Le refroidissement par feuille artificielle augmente la durée de vie des PV
Des chercheurs de l’Imperial College, au Royaume-Uni, ont mis au point un système de refroidissement des panneaux photovoltaïques qui peut utiliser l’eau de mer pour améliorer l’efficacité et la durée de vie.
La feuille PV transporte de l’eau pour refroidir les panneaux photovoltaïques sans avoir recours à des pompes, ce qui accroît l’efficacité et la durée de vie de l’installation.
La chaleur est l’ennemie des panneaux photovoltaïques. Plus de lumière solaire et des températures plus chaudes signifient qu’une plus grande partie du panneau chauffe, de sorte que l’efficacité des panneaux photovoltaïques à base de Si les plus courants diminue généralement de 4,0 à 6,5 % et que leur taux de vieillissement double pour chaque augmentation de 10 °C de la température de fonctionnement.
Le système mis au point à l’Imperial utilise une combinaison de fibres de bambou et d’hydrogel pour transporter l’eau à l’arrière d’un panneau photovoltaïque sans qu’il soit nécessaire de la pomper. Plus la cellule est chaude, plus le liquide est aspiré par le système de refroidissement, de la même manière que les arbres se refroidissent eux-mêmes.
La performance de transpiration de la feuille PV est démontrée expérimentalement comme étant capable d’éliminer 590 W/m2, soit 75 % de la chaleur dans la cellule PV, réduisant de manière significative la température de fonctionnement de la cellule PV d’environ 26 °C par rapport à une cellule PV autonome.
La feuille photovoltaïque est capable de contrôle passif, de s’adapter à différentes températures ambiantes et peut également utiliser différents fluides de travail tels que l’eau de mer. Les résultats expérimentaux ont montré que le refroidissement augmente la tension en circuit ouvert de 0,58 V à 0,63 V et que le rendement électrique augmente de 13,6 %, passant de 13,2 % à 15,0 %.
La couche de transpiration biomimétique (BT) de 1 mm d’épaisseur est fixée à l’arrière de la cellule solaire photovoltaïque afin d’évacuer la chaleur générée dans la cellule. Environ 30 branches de faisceaux de fibres de bambou sont intégrées de manière homogène dans les cellules de l’hydrogel de polymère superabsorbant (SAP) de polyacrylate de potassium (PAAK), répartissant l’eau sur toute la surface couverte par la couche de BT.
Les faisceaux de fibres imitent les faisceaux vasculaires en transportant et en distribuant l’eau liquide sur la surface de la cellule, tandis que les cellules d’hydrogel ayant une grande surface spécifique et une excellente capaciét d’absorption de l’eau sont utilisées pour imiter les cellules d’éponge en assurant une évaporation efficace.
- La feuille artificielle s’hydrolyse directement à la lumière du soleil.
- L’aile de papillon double l’absorption des cellules solaires
La performance de transpiration de la feuille PV a été testée sous un simulateur solaire avec une irradiation de 1000 W/m2 sans vent, puis comparée à celle d’une cellule PV autonome du même matériau. La cellule photovoltaïque classique était également recouverte et protégée par une couche de verre à haut coefficient de transmission de 0,7 mm d’épaisseur, mais sans isolation ni feuille arrière à l’arrière de la cellule, et elle était refroidie par convection naturelle de l’air. La température ambiante et l’humidité relative dans le laboratoire étaient respectivement de 33,5 °C et de 10 %.
Au cours des essais, la cellule photovoltaïque classique a atteint une température de 68,8 °C, tandis que la feuille photovoltaïque avec refroidissement par transpiration biomimétique n’a atteint qu’une température de 43,2 °C.
Pour examiner l’effet du vent, un modèle 3D a été développé et validé par rapport aux résultats expérimentaux. Cela montre que la température des feuilles PV peut être inférieure à la température ambiante lorsque la vitesse du vent est supérieure à 1,5 m/s et la réduction de la température est presque linéaire de ~26 °C à 0 °C lorsque l’humidité relative augmente de 10 % à 100 %.
- Feuille artificielle empilable pour la capture du CO2
- Une feuille artificielle prête à être déployée
- Des feuilles artificielles flottantes produisent du carburant à partir de la lumière du soleil, de l’eau et du CO2
« Cette conception innovante offre un potentiel énorme pour améliorer de manière significative les performances des panneaux solaires, tout en garantissant leur rentabilité et leur praticité », a déclaré le Dr Gan Huang, chercheur honoraire au département d’ingénierie chimique, et co-auteur de l’étude.
Le professeur Christos Markides, directeur du Clean Energy Processes Laboratory et auteur de l’étude, a déclaré : « La mise en œuvre de cette conception innovante en forme de feuille pourrait contribuer à accélérer la transition énergétique mondiale, tout en répondant à deux défis mondiaux urgents : le besoin d’énergie et d’eau douce. »
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