Une fois que l’utilisation de l’énergie solaire s’est répandue dans une grande partie du monde, y compris en Espagne, la course pour augmenter l’efficacité et la durabilité de ces systèmes d’énergies renouvelables est lancée. À un rythme effréné, de nouvelles conceptions de panneaux solaires apparaissent, capables d’offrir de plus grandes économies sur la facture d’électricité, même les modèles où le refroidissement inspiré de la nature facilite la production de 10 % d’électricité en plus et cela permettrait même de convertir l’eau salée en eau douce.
Il n’existe pas de meilleur système capable de convertir la lumière du soleil en énergie que la photosynthèse. Les plantes ont passé toute leur vie à profiter de ressources telles que l’eau et le soleil pour survivre et l’humanité peut continuer à en tirer des leçons pour concevoir des technologies plus efficaces et plus durables. Une équipe de l’Imperial College de Londres a créé ces panneaux solaires inspirés des plantes.
Cette nouvelle invention utilise des matériaux à faible coût et aspire à façonner la prochaine génération de panneaux solaires pour ne dépend pas de pompes, de ventilateurs ou d’unités de commande pour une durée de vie plus longue et plus efficace. De plus, les chercheurs souhaitent donner à la conception un double usage : ils effectuent des tests pour transformer l’eau de mer en eau douce dans le panneau photovoltaïque lui-même.
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« Notre objectif est cogénérer de l’électricité, de la chaleur et de l’eau potable à partir du même capteur solaire ‘hybride’ sans pompe », explique le Dr Gan Huang. Son idée réinvente le système de refroidissement des panneaux solaires de la même manière que les feuilles naturelles des arbres, permettant de lui donner une seconde utilisation pour créer l’eau douce là où elle est la plus rare.
Composition
Tout le soleil qui frappe les panneaux solaires sur le toit d’une maison n’est pas converti en énergie renouvelable. L’efficacité de ces systèmes est généralement inférieure à 25 %, puisque le reste finit par se dissiper sous forme de chaleur, conditions qui accélèrent également le vieillissement prématuré. Pour maintenir les plaques à une température optimale finit par recourir à des flux d’eau ou d’air qui nécessitent des ventilateurs ou des pompes à pression, ce qui se traduit par une dépense énergétique plus importante qui n’est pas destinée à la maison.
C’est ce que tentent d’éradiquer les chercheurs de l’Imperial College de Londres avec les nouvelles plaques photovoltaïques. L’expérience a montré que le nouveau système peut générer plus de 10 % d’électricité en plus par rapport aux panneaux solaires conventionnelsqui perdent jusqu’à 70 % de l’énergie solaire entrante.
Illustration tirée de l’Imperial College London Sun Sheet / Dr Gan Huang. omicron
Cette augmentation d’efficacité est obtenue grâce à une nouvelle conception de panneaux solaires dont le système de transpiration est basé sur le réseau de nervures des feuilles. Une couche de transpiration biomimétique (BT) est fixée derrière la cellule solaire, où la chaleur générée par la cellule solaire est évacuée. Les fibres naturelles de bambou sont utilisées ici pour imiter les faisceaux vasculaires, ou veines, qui transportent l’eau de la racine de la plante jusqu’aux feuilles.
Également dans cette couche, des cellules d’hydrogel sont utilisées pour imiter les cellules éponges qui permettent à l’eau transportée dans les veines de s’évaporer avec la chaleur générée dans l’usine et dans le panneau solaire. Par conséquent, sous la surface cellulaire, dans la couche BT, l’eau est distribuée sur toute la surface à travers environ 30 branches de faisceaux de fibres de bambou qui sont incorporés de manière homogène dans des cellules d’hydrogel de polymère superabsorbant (SAP) de polyacrylate de potassium (PAAK).
Représentation de feuilles naturelles et photovoltaïques Imperial College London / Dr Gan Huang. omicron
Poussée par la capillarité et l’osmose générées par les cellules d’hydrogel, l’eau liquide s’écoule en continu d’un réservoir d’eau vers les cellules d’hydrogel SAP pour compléter l’eau perdue par évaporation. « Il est remarquable que le taux de transpiration augmente de manière significative à mesure que la température augmente de fonctionnement de la feuille photovoltaïque », indiquent-ils dans l’article scientifique.
Résultats de laboratoire
IL construit un prototype de feuille photovoltaïque pour tester la conception, d’une surface effective de 10 × 10 cm carrés et protégé par une couche de verre à haute transmission de 0,7 mm d’épaisseur. La performance de transpiration de la feuille photovoltaïque a été testée dans un simulateur solaire avec un éclairement énergétique de G = 1000 W/m 2 (mesuré avec un pyranomètre), sans vent, puis comparée à celle d’une cellule photovoltaïque autonome constituée de la même matériel.
Lors de ces tests, la cellule photovoltaïque indépendante a atteint une température de 68,8 °C, tandis que la feuille photovoltaïque avec le nouveau système biomimétique de refroidissement de la sueur n’a atteint qu’une température de 43,2°C. « La température de la feuille photovoltaïque devrait encore diminuer en raison de la convection et de l’effet de la vitesse du vent dans un environnement extérieur », ajoutent les chercheurs.
créer de l’eau douce
Puisque ce nouveau système de refroidissement nécessite l’utilisation d’eau, mais pas d’énergie, l’équipe de l’Imperial College de Londres a mené une autre expérience avec l’eau la plus abondante de la planète : l’eau salée. Ceci est dû au fait le coût de l’eau douce ou potable Dans certains territoires touchés par la sécheresse, l’utilité de l’invention peut être réduite.
Les tests effectués ont montré que l’eau douce et l’eau salée ont facilité la transpiration du panneau solaire avec la même efficacité. Cependant, avec l’eau de mer, un prétraitement à l’alumine activée est nécessaire pour atténuer la corrosion à long terme.
Recréation du fonctionnement de la feuille photovoltaïque Imperial College London / Dr Gan Huang. omicron
Au cours de l’expérience, qui a duré 8 heures, aucune cristallisation évidente du sel n’a été observée sur la surface extérieure du treillis. Même la couche BT peut rejeter les ions sel et les renvoyer dans le réservoir avec la saumure « pendant la nuit » par diffusion. De cette façon, est nettoyé pendant que la table de cuisson ne fonctionne pas pour être à nouveau prêt le lendemain.
Mettant davantage l’accent sur la rareté de l’eau douce dont souffre le monde bien qu’il soit couvert par les océans, les chercheurs profitent de la compatibilité de leur invention avec l’eau salée et de l’évaporation qui se produit à l’intérieur pour lui donner une seconde utilisation. L’étude reflète la possibilité d’utiliser cette invention comme future usine de dessalement alimentée par l’énergie solaire pour transformer l’eau salée en eau douceet par conséquent, en buvable.
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Transpiration dans les cellules d’hydrogel génère de la vapeur propre, qui peut être convertie en eau douce et en énergie thermique par condensation. Si une chambre de collecte de vapeur est fixée sous la couche BT, ces gouttelettes peuvent être collectées et stockées pour lutter contre la sécheresse.
Les chercheurs ont utilisé un petit ventilateur pour extraire la vapeur de la chambre. Cependant, cette nouvelle approche n’a pas été testée, car l’étude se concentre sur les performances électriques, thermiques et de génération de vapeur de la feuille photovoltaïque. « Un condenseur à eau supplémentaire est nécessaire, pour condenser davantage la vapeur, produire de l’eau douce et libérer de l’énergie thermique », expliquent-ils.
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