D’après pv magazine International
Des chercheurs de l’Imperial College de Londres ont développé un nouveau concept de feuille photovoltaïque (PV-leaf) capable de produire de l’électricité, de l’énergie thermique et de l’eau.
Dans l’article « High-efficiency bio-inspired hybrid multi-generation photovoltaic leaf » paru dans nature communications, l’équipe de scientifiques décrit ce système comme une feuille hybride multi-génération basée sur une structure de transpiration biomimétique composée de fibres de bambou et de cellules d’hydrogel empilées.
La couche de transpiration biomimétique de 1 mm d’épaisseur déplace l’eau de manière passive depuis un ballon d’eau séparé jusque dans une cellule solaire de 10 cm x 10 cm placée au-dessus de la structure. L’eau qui arrive sur la cellule permet de réduire sa température de fonctionnement, ce qui augmente son efficacité, et la chaleur excessive est utilisée pour produire de l’eau et de l’énergie thermique. La feuille PV est protégée par une simple couche de verre de 0,7 mm d’épaisseur à fort pouvoir de transmission.
La structure utilise des faisceaux vasculaires de fibres hydrophiles qui répartissent l’eau de manière uniforme dans toute la feuille PV. Des cellules d’hydrogel servent à reproduire les faisceaux vasculaires végétaux et les cellules des éponges. « La couche de transpiration biomimétique intègre environ 30 branches de faisceaux de fibres de bambou répartis de manière homogène dans les cellules d’hydrogel faits de polymère superabsorbant en polyacrylate de potassium, qui distribuent l’eau sur toute la surface couverte par la couche de transpiration biomimétique », expliquent les universitaires en ajoutant que les extrémités des branches en fibres se rejoignent et sont imbibées d’eau.
Les scientifiques ont mesuré les performances de ce système dans des conditions d’illumination standard puis les ont comparées à une cellule PV isolée de référence refroidie par convection naturelle de l’air. Ils ont constaté que la feuille PV atteignait une température de 43,2 °C, tandis que la cellule témoin montait à 68,8 °C. « La température du ballon d’eau non isolé est proche de la température ambiante, ce qui a une influence significative sur les performances de refroidissement », indiquent-ils.
De fait, la feuille PV a atteint un rendement de conversion énergétique de 15 %, une tension de circuit ouvert de 0,63 V et un facteur de remplissage de 0,77. Par comparaison, la cellule témoin a affiché un rendement de 13,2 %, une tension de circuit ouvert de 0,58 V et un facteur de remplissage de 0,75.
En outre, d’après les universitaires, le coût d’investissement des composants supplémentaires nécessaires pour la feuille PV est d’environ 1,02 €/m², soit approximativement 2 % du coût des panneaux solaires traditionnels. Le temps de retour énergétique des composants supplémentaires est estimé à moins de six mois. « Le concept de feuille PV peut être transposé à des collecteurs de plus grande taille et même au-delà, en divisant des centrales solaires commerciales encore plus grandes en plusieurs petites surfaces attribuées à des feuilles PV isolées et interconnectées », ajoutent-ils en référence aux applications concrètes possibles.
« Par rapport aux précédentes études menées sur le refroidissement par transpiration, la solution issue de ces travaux ne nécessite ni pompe, ni unité de contrôle, ni matériaux poreux coûteux ; elle est en outre en mesure de refroidir la surface cible de manière significative, ce qui la rend adaptée aux applications multi-génération ainsi qu’aux applications de gestion thermique pour les cellules PV », affirme le groupe britannique. Les scientifiques affirment que le dispositif est capable de générer 1,1 l/h/m² supplémentaire d’eau douce dans des conditions d’illumination de 1 000 W/m. Ils pensent par ailleurs que le système pourrait fonctionner avec de l’eau de mer à la place de l’eau douce. « D’après les résultats des simulations, la feuille PV présente de meilleures performances de transpiration dans des climats chauds et secs. »
Traduction assurée par Christelle Taureau.
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