L'appareil qui prouve l'efficacité d'un panneau de toit à double couche. La couche supérieure utilise les matériaux semi-conducteurs standard qui entrent dans les cellules solaires de récupération d'énergie, les nouveaux matériaux sur la couche inférieure effectuent la tâche de refroidissement. Crédit :Linda Cicero, Nouvelles de Stanford
Des scientifiques de l'Université de Stanford ont démontré pour la première fois que la chaleur du soleil et la froideur de l'espace peuvent être collectées simultanément avec un seul appareil. Leurs recherches, publié le 8 novembre dans la revue Joule , suggère que les dispositifs de récolte de l'énergie solaire et spatiale ne seront pas en concurrence pour l'espace terrestre et peuvent en fait s'aider mutuellement à fonctionner plus efficacement.
L'énergie renouvelable est de plus en plus populaire comme alternative économique et efficace aux combustibles fossiles, avec l'énergie solaire en tête des charts comme favori mondial. Mais il existe une autre source d'énergie puissante au-dessus de la tête qui peut remplir la fonction opposée :l'espace extra-atmosphérique.
"Il est largement reconnu que le soleil est une source de chaleur parfaite que la nature offre aux êtres humains sur Terre, " dit Zhen Chen, le premier auteur de l'étude, qui est un ancien associé de recherche postdoctoral à Stanford dans le groupe de Shanhui Fan et est actuellement professeur à l'Université du Sud-Est de Chine. "Il est moins largement reconnu que la nature offre également aux êtres humains l'espace extra-atmosphérique comme un dissipateur thermique parfait."
Les objets dégagent de la chaleur sous forme de rayonnement infrarouge, une forme de lumière invisible à l'œil humain. La majeure partie de ce rayonnement est réfléchie vers la Terre par des particules dans l'atmosphère, mais une partie s'échappe dans l'espace, permettant aux surfaces qui émettent suffisamment de rayonnement dans la plage infrarouge de descendre en dessous de la température de leur environnement. La technologie de refroidissement radiatif reflète de grandes quantités de lumière infrarouge, fournir une alternative à la climatisation qui n'émet pas de gaz à effet de serre. Cela peut également aider à améliorer l'efficacité des cellules solaires, ce qui diminue les cellules solaires plus chaudes, si seulement les deux technologies peuvent coexister pacifiquement sur un même toit.
Le professeur Shanhui Fan de Stanford (à gauche) et le chercheur postdoctoral Zhen Chen examinent le premier panneau solaire à double usage au monde. La technologie prototype est conçue pour capter l'énergie du soleil et refroidir les bâtiments en même temps. Crédit :Linda Cicero, Nouvelles de Stanford
Chen et ses collègues ont développé un appareil combinant le refroidissement radiatif avec la technologie d'absorption solaire. L'appareil se compose d'un absorbeur solaire en germanium au-dessus d'un refroidisseur radiatif avec du nitrure de silicium, silicium, et des couches d'aluminium enfermées sous vide pour minimiser les pertes de chaleur indésirables. L'absorbeur solaire et l'atmosphère sont tous deux transparents dans l'infrarouge moyen de 8 à 13 microns, offrant un canal pour le rayonnement infrarouge du refroidisseur radiatif pour traverser l'espace extra-atmosphérique. L'équipe a démontré que le dispositif combiné peut fournir simultanément 24 °C en chauffage solaire et 29 °C en refroidissement radiatif, avec l'absorbeur solaire améliorant les performances du refroidisseur radiatif en bloquant la chaleur du soleil.
"Sur un toit, nous imaginons qu'une cellule photovoltaïque peut fournir de l'électricité tandis que le refroidisseur radiatif peut refroidir la maison lors des chaudes journées d'été, " dit Chen.
Bien que cette technologie semble prometteuse, Chen pense qu'il reste encore beaucoup de travail à faire avant de pouvoir l'étendre à un usage commercial. Alors que le vide enveloppant l'appareil pouvait être augmenté avec une relative facilité, la fenêtre transparente aux infrarouges en séléniure de zinc est encore trop coûteuse, et l'absorbeur solaire et le refroidisseur radiatif pourraient également être conçus à partir de matériaux moins chers et performants. Chen pense qu'il est également important de tester l'utilisation de cellules photovoltaïques à la place d'un absorbeur solaire, une idée qui reste à démontrer. Mais malgré tous ces défis pratiques, l'équipe pense que cette recherche démontre que l'énergie renouvelable a encore plus de potentiel sur les toits qu'on ne le pensait auparavant.
"Je pense que cette technologie pourrait potentiellement révolutionner la technologie actuelle des cellules solaires, " dit Chen. " Si notre concept est démontré et étendu, la future cellule solaire aura deux fonctions en une :l'électricité et le refroidissement."
