Le grand inventeur Thomas Edison a dit un jour :"Tant que le soleil brillera, l'homme sera capable de développer le pouvoir en abondance." Ce n'était pas le premier grand esprit à s'émerveiller à l'idée d'exploiter la puissance du soleil; pendant des siècles, les inventeurs ont réfléchi et perfectionné la manière de récolter l'énergie solaire.

Ils ont fait un travail incroyable avec les cellules photovoltaïques, qui convertissent directement la lumière du soleil en énergie. Et pourtant, avec toutes les recherches, l'histoire et la science derrière cela, il y a des limites à la quantité d'énergie solaire qui peut être récoltée et utilisée, car sa production est limitée uniquement à la journée.

Un professeur de l'Université de Houston poursuit la quête historique, rendant compte d'un nouveau type de système de récupération d'énergie solaire qui bat le record d'efficacité de toutes les technologies existantes. Non moins important, il ouvre la voie à l'utilisation de l'énergie solaire 24h/24 et 7j/7.

"Avec notre architecture, l'efficacité de la récupération de l'énergie solaire peut être améliorée jusqu'à la limite thermodynamique", rapportent Bo Zhao, professeur adjoint de Kalsi en génie mécanique et son doctorante Sina Jafari Ghalekohneh dans la revue Physical Review Applied . La limite thermodynamique est le maximum absolu théoriquement possible de l'efficacité de conversion de la lumière solaire en électricité.

Trouver des moyens plus efficaces d'exploiter l'énergie solaire est essentiel pour passer à un réseau électrique sans carbone. Selon une étude récente du Bureau des technologies de l'énergie solaire du Département américain de l'énergie et du Laboratoire national des énergies renouvelables, l'énergie solaire pourrait représenter jusqu'à 40 % de l'approvisionnement en électricité du pays d'ici 2035 et 45 % d'ici 2050, en attendant des réductions de coûts agressives, des mesures de soutien politiques et électrification à grande échelle.

Comment ça marche ?

Le solaire thermophotovoltaïque traditionnel (STPV) s'appuie sur une couche intermédiaire pour adapter la lumière du soleil pour une meilleure efficacité. La face avant de la couche intermédiaire (la face tournée vers le soleil) est conçue pour absorber tous les photons provenant du soleil. De cette manière, l'énergie solaire est convertie en énergie thermique de la couche intermédiaire et élève la température de la couche intermédiaire.

Mais la limite d'efficacité thermodynamique des STPV, qui a longtemps été comprise comme la limite du corps noir (85,4 %), est encore bien inférieure à la limite de Landsberg (93,3 %), la limite d'efficacité ultime pour la récupération de l'énergie solaire.

"Dans ce travail, nous montrons que le déficit d'efficacité est causé par l'inévitable rétroémission de la couche intermédiaire vers le soleil résultant de la réciprocité du système. Nous proposons des systèmes STPV non réciproques qui utilisent une couche intermédiaire avec des propriétés radiatives non réciproques", a déclaré Zhao. "Une telle couche intermédiaire non réciproque peut supprimer considérablement sa rétroémission vers le soleil et canaliser davantage de flux de photons vers la cellule. Nous montrons qu'avec une telle amélioration, le système STPV non réciproque peut atteindre la limite de Landsberg, et les systèmes STPV pratiques avec photovoltaïque à jonction unique les cellules peuvent également éprouver une poussée significative d'efficacité. »

Outre une efficacité améliorée, les STPV promettent compacité et dispatchabilité (électricité pouvant être programmée à la demande en fonction des besoins du marché).

Dans un scénario d'application important, les STPV peuvent être couplés à une unité de stockage d'énergie thermique économique pour produire de l'électricité 24h/24 et 7j/7.

"Notre travail met en évidence le grand potentiel des composants photoniques thermiques non réciproques dans les applications énergétiques. Le système proposé offre une nouvelle voie pour améliorer considérablement les performances des systèmes STPV. Il pourrait ouvrir la voie à la mise en œuvre de systèmes non réciproques dans les systèmes STPV pratiques actuellement utilisés dans centrales électriques », a déclaré Zhao. + Explorer plus loin

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