D’après pv magazine international
Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l’université municipale de Hong Kong a mis au point un patch ultra-refroidissant (UCP), qui refroidit efficacement les panneaux photovoltaïques et utilise la chaleur résiduelle pour produire de l’eau douce. Selon ses développeurs, la flexibilité et les propriétés adhésives du patch permettent une intégration simple dans diverses configurations photovoltaïques.
« L’UCP est composé de trois couches : un collecteur d’eau atmosphérique (AWH), une couche de régulation thermique et une couche adhésive », explique l’équipe. « Pendant la nuit, l’UCP capte l’humidité de l’air, le canal aligné dans l’UCP et l’effet de refroidissement radiatif du panneau photovoltaïque améliorant de manière synergique l’efficacité de la sorption de l’humidité. Pendant la journée, le panneau photovoltaïque génère de l’électricité et de la chaleur sous l’irradiation solaire. La chaleur résiduelle peut être utilisée pour vaporiser l’eau dans l’UCP, tandis que la chaleur latente provenant de l’évaporation de l’eau refroidit efficacement le panneau photovoltaïque. »
Pour créer la couche AWH, les chercheurs ont commencé par fabriquer un squelette en hydrogel d’alginate de sodium doté de canaux. Du chlorure de calcium (CaCl₂), un sel hygroscopique, a été introduit dans les canaux afin d’absorber l’humidité de l’air pendant la nuit. Pour la couche de transfert thermique, le groupe a placé une fine feuille de cuivre, afin de faciliter l’évacuation de la chaleur du panneau solaire vers le patch. Enfin, une couche adhésive composée de gels de silicone de différentes viscosités a été ajoutée. Elle permet à l’UCP d’adhérer à d’autres matériaux, notamment les polymères, les métaux, les céramiques et le verre.
« Le panneau photovoltaïque utilisé dans l’expérience mesurait 100 x 100 mm, avec une surface effective de 8 000,04 mm2. L’UCP a été collé sous le panneau photovoltaïque pour former un PV-UCP, qui a ensuite été placé sur un échafaudage imprimé en 3D pour faciliter l’évacuation de la vapeur », ont expliqué les chercheurs. « Sous un rayonnement solaire, le panneau photovoltaïque vierge a atteint une température de 60,6 °C, tandis que le PV-UCP a atteint une température nettement inférieure de 38,9 °C, ce qui indique une réduction substantielle de la température de fonctionnement de 21,7 °C. En conséquence, la densité de puissance maximale du panneau photovoltaïque a augmenté de manière significative, passant de 0,77 W à 0,92 W. »
Image : City University of Hong Kong, Advanced Materials, CC BY 4.0
Tirant parti de la flexibilité du matériau, le groupe a également testé le patch dans une position UCP pliée (FUCP). En remodelant l’UCP pour y inclure des ailettes, l’interface entre la couche de régulation thermique et l’AWH, ainsi que l’interface entre l’AWH et l’air, ont été agrandies. Le dispositif FUCP a permis de réduire la température du panneau photovoltaïque de 29,5 °C, tout en augmentant la densité de puissance maximale de 28,69 % par rapport au panneau photovoltaïque autonome et de près de 8 % par rapport au PV-UCP.
L’équipe a ensuite évalué l’efficacité de sa stratégie à grande échelle. À l’aide d’une éponge en mélamine et d’un ruban de cuivre disponibles dans le commerce, elle a fabriqué un FUCP de 2 000 mm x 1 000 mm et en a installé une partie à l’arrière d’un panneau photovoltaïque commercial de 1 270 mm x 760 mm. Le panneau a été placé à l’extérieur pendant cinq jours d’expérimentation à l’université polytechnique de Hong Kong.
« Sous la lumière naturelle du soleil, le FUCP a considérablement réduit la température de fonctionnement du panneau photovoltaïque de 21,2 °C et 24,7 °C au cours des deux premiers jours. Grâce à l’effet de refroidissement, la puissance de production est passée de 102,9 W à 115,1 W », ont constaté les chercheurs. « En intégrant une chambre de condensation derrière le panneau photovoltaïque, plus de 2,2 kg d’eau ont pu être collectés pendant la journée, qui ont pu être utilisés pour la consommation domestique et l’auto-nettoyage des panneaux photovoltaïques. »
Les résultats ont été publiés dans l’article « Passively Ultra Cooling Patch Enabling High-Efficiency Power-Water Cogeneration » (Patch de refroidissement passif ultra-efficace permettant une cogénération eau-électricité à haut rendement), publié dans Advanced Materials. Des chercheurs de l’université de la ville de Hong Kong, de l’université polytechnique de Hong Kong, de l’université d’Adélaïde en Australie et de l’université de Nottingham au Royaume-Uni ont participé à cette étude.
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