Un nouveau modèle qui démontre comment les panneaux solaires pourraient exploiter plus efficacement l'énergie électrique et thermique en abordant le problème des points chauds sur les cellules solaires a été développé dans le cadre d'une étude internationale impliquant l'Université de Kingston à Londres.

L'énergie solaire constitue un élément clé de la feuille de route des énergies renouvelables du Royaume-Uni, à la suite des engagements récents concernant la réduction des émissions mondiales pour lutter contre le changement climatique. Le gouvernement vise à atteindre le zéro net d'ici 2050, avec de nouvelles technologies hybrides rendant l'énergie solaire de plus en plus viable sur le plan commercial.

Parallèlement aux systèmes de panneaux solaires photovoltaïques qui convertissent directement la lumière du soleil en électricité, la chaleur résiduelle peut également être collectée sous forme d'énergie thermique via ces systèmes hybrides pour une utilisation dans des applications d'eau chaude ou pour alimenter des systèmes de refroidissement tels que la climatisation. Cela pourrait avoir un rôle important à jouer dans la réduction des émissions, en particulier dans les pays chauds.

Dans un nouvel article publié dans le Journal of Energy Conversion and Management , des chercheurs de l'Université de Kingston, de l'Université d'Exeter, de l'Indian Institute of Technology Madras et de l'Academy of Scientific and Innovative Research, Inde, ont modélisé l'efficacité d'un système thermique hybride photovoltaïque qui utilise un miroir supplémentaire pour améliorer les performances.

Pour créer des températures suffisamment élevées pour être utiles dans les systèmes thermiques photovoltaïques, la lumière du soleil doit être concentrée ou focalisée à l'aide de concentrateurs paraboliques composés - des miroirs incurvés de forme parabolique placés de chaque côté des panneaux solaires. Cependant, la quantité de lumière solaire frappant les panneaux peut varier, créant des points chauds qui affectent considérablement la production globale et peuvent entraîner la défaillance des cellules solaires.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont modélisé les performances d'un tel système qui utilise un miroir vertical supplémentaire comme homogénéisateur pour répartir plus uniformément la lumière solaire concentrée à travers les cellules. Le modèle a démontré comment cet ajout améliorait la production électrique - montrant une augmentation de 12 % par rapport au concentrateur parabolique composé standard - et avec des performances thermiques augmentant également de 1 à 2 %.

Les découvertes prometteuses ont fourni un aperçu de la façon dont les systèmes hybrides pourraient aider à rendre les panneaux solaires plus rentables et commercialement viables pour une gamme d'utilisations à l'avenir, a déclaré le Dr Hasan Baig, expert en énergie renouvelable de l'Université de Kingston.

"L'objectif de ces systèmes est d'obtenir une énergie thermique de haute qualité, qui peut être utilisée dans une large gamme d'applications d'eau chaude et de systèmes de refroidissement, ainsi qu'une puissance électrique élevée pouvant alimenter des machines ou aller directement dans les ménages. Le défi, lors de l'optimisation d'un pour exploiter les deux types d'énergie, vous n'obtenez généralement que de l'énergie thermique de faible qualité qui n'atteint pas les températures requises », a-t-il déclaré.

Le Dr Baig a déclaré que le modèle de l'équipe de recherche avait prédit avec précision les performances améliorées qui pourraient être obtenues en répartissant plus uniformément la lumière solaire concentrée frappant les panneaux avec un miroir homogénéisateur. Les modèles précédents avaient utilisé des calculs basés sur le rayonnement moyen, qui n'avaient pas pris en compte l'impact indirect des points chauds sur la production globale, a-t-il expliqué.

"Si nous sommes capables d'extraire plus d'énergie des systèmes solaires, ainsi que de réduire l'espace nécessaire sur les toits pour les panneaux, cela pourrait avoir un impact réel sur la réduction des émissions des ménages grâce à l'utilisation de sources d'énergie propres, à la fois au Royaume-Uni et dans des pays comme l'Inde, où les unités de climatisation et de réfrigération sont très demandées », a-t-il ajouté.