D’après pv magazine International
Un groupe de scientifiques dirigé par l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) en Arabie saoudite a développé une technologie de refroidissement passive, innovante et peu coûteuse, destinée aux panneaux photovoltaïques. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans l’article intitulé « Streamlined fabrication of an inexpensive hygroscopic composite for low maintenance evaporative cooling of solar panels » dans la revue Materials Science & Engineering. Des scientifiques de la KAUST (Arabie saoudite) et de la State University of New York at Buffalo (États-Unis) ont participé à ces travaux.
Le système est composé de composites d’hydrogel à base de polyacrylate de sodium (PAAS) et de chlorure de lithium (LiCl), appliqués à l’arrière du module solaire. « Nous sommes spécialisés dans les matériaux qui permettent un refroidissement passif, a expliqué le chercheur Qiaoqiang Gan. Ces matériaux sont fins et peuvent être appliqués à différents systèmes nécessitant un refroidissement, comme les serres ou les cellules solaires, sans affecter leurs performances. »
Pour créer le composite, les chercheurs ont combiné LiCl et PAAS dans un rapport de 2:1. Après mélange, la substance est versée dans un moule, puis durcie pendant une heure pour former une couche plate. Selon les chercheurs, ce rapport a été choisi pour garantir la résistance du matériau dans des conditions extrêmes, telles qu’une humidité relative supérieure à 90 % et des températures dépassant 30 °C.
« Le composite exploite les propriétés hygroscopiques du dessicant, lui permettant d’absorber l’humidité pendant la nuit et de faciliter un refroidissement par évaporation pendant la journée, ont-ils expliqué. Dans ce composite, les molécules de PAAS augmentent la capacité de rétention d’eau grâce à leurs groupes carboxylates hautement hydrophiles, tandis que les cristaux de LiCl agissent comme agents hygroscopiques, absorbant activement l’humidité de l’environnement. L’eau ainsi stockée est ensuite libérée progressivement tout au long de la journée grâce à une teneur équilibrée en LiCl, ce qui élimine le besoin de remplacer la couche de refroidissement. »
Refroidissement du module
Pour tester ce nouveau dispositif, l’équipe a utilisé un panneau photovoltaïque en silicium polycristallin de 54 mm × 54 mm. Une couche de 7 mm d’épaisseur a été appliquée à l’arrière du panneau, atteignant environ 10 mm après absorption de l’eau. Des tests ont été réalisés en laboratoire en Arabie saoudite et aux États-Unis, ainsi que sur le terrain. Un test de 21 jours a eu lieu à Thuwal, en Arabie saoudite, et une expérience d’un mois a été menée à Buffalo, dans l’État de New York.
« Nous avons obtenu des performances de refroidissement impressionnantes en laboratoire, a déclaré l’équipe. Exposé à un rayonnement solaire constant de 1 kW/m² pendant 3 heures, le système a produit un refroidissement de 373 W/m², tombant à 187 W/m² après 12 heures de fonctionnement continu. Sous un rayonnement solaire extérieur simulé en temps réel, la puissance de refroidissement moyenne était de 160 W/m², avec un pic de 247 W/m² entre 10 h et 11 h. »
Lors des tests en extérieur en Arabie saoudite, à 37 °C et 53 % d’humidité relative, le système a permis de maintenir une puissance de refroidissement évaporatif de 175 W/m². « Une baisse de température significative, atteignant jusqu’à 14,1 °C, a été enregistrée aux alentours de midi (12,5 °C en moyenne entre 12 h et 13 h), ce qui a conduit à une augmentation notable de l’efficacité de conversion énergétique, passant de 13,1 % à 14,7 % — soit une amélioration d’environ 12,2 % », ont-ils souligné.
Grâce aux tests réalisés aux États-Unis, l’équipe a également conclu que l’amélioration du refroidissement prolonge la durée de vie des panneaux solaires de plus de 200 % et permet de réduire le coût actualisé de l’électricité (LCOE) de 18 %. Le coût du matériau est estimé à environ 37 USD/m² (environ 34,4 €/m²), ce qui est, selon eux, « inférieur à celui de la plupart des méthodes de refroidissement utilisant des hydrogels ou des technologies similaires ».
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