Le refroidissement artificiel des feuilles augmente la durée de vie et l'efficacité des panneaux photovoltaïques...

La feuille PV transporte l'eau pour refroidir les panneaux photovoltaïques sans avoir besoin de pompes pour améliorer l'efficacité et la durée de vie et peut également être utilisée pour produire de l'eau douce.

La chaleur est l'ennemie des panneaux photovoltaïques. Plus de soleil 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 silicium les plus courants diminue généralement de 4,0 à 6,5 % et leur taux de vieillissement double pour chaque augmentation de 10 °C de la température de fonctionnement.

Le système développé à l'Impérial utilise une combinaison de fibres de bambou et d'hydrogel pour transporter l'eau à l'arrière d'un panneau photovoltaïque sans avoir à la pomper. Plus la cellule est chaude, plus le liquide passe à travers le système de refroidissement, de la même manière que les arbres se refroidissent.

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, diminuant considérablement la température de fonctionnement de la cellule PV d'environ 26 °C par rapport à une cellule PV autonome.

Il a été démontré que la feuille PV a une capacité de contrôle passif, s'adaptant 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 d'une 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 d'hydrogel de polymère superabsorbant (SAP) de polyacrylate de potassium (PAAK), distribuant l'eau sur toute la surface couverte par la couche 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 des cellules d'hydrogel présentant une grande surface spécifique et d'excellentes performances d'absorption d'eau sont utilisées pour imiter les cellules spongieuses en fournissant une évaporation efficace.

Les performances de transpiration de la feuille PV ont été testées sous un simulateur solaire avec un éclairement solaire de 1 000 W/m2 sans vent, puis comparées à celles d'une cellule PV autonome du même matériau. La cellule photovoltaïque autonome était également recouverte et protégée par une couche de verre à haute transmission de 0,7 mm d'épaisseur, mais sans aucune isolation ni feuille arrière à l'arrière de la cellule et 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 10 %.

Au cours des tests, la cellule PV autonome a atteint une température de 68,8 °C, tandis que la feuille PV avec refroidissement par transpiration biomimétique a atteint une température de seulement 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 température est presque linéaire de ~26 °C à 0 °C à mesure que l'humidité relative augmente de 10 % à 100 %.

"Cette conception innovante présente un énorme potentiel pour améliorer considérablement les performances des panneaux solaires, tout en garantissant la rentabilité et l'aspect pratique", a déclaré le Dr Gan Huang, chercheur honoraire au Département de génie chimique et co-auteur de l'étude.

Le professeur Christos Markides, responsable du laboratoire des processus d'énergie propre 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 relevant deux défis mondiaux urgents : le besoin accru d'énergie et d'eau douce. »