Le professeur agrégé du MIT Marc Baldo (à gauche) et l'étudiant postdoctoral Shalom Goffri présentent des concentrateurs solaires organiques. © Donna Coveney/MIT Si vous avez installé des panneaux solaires sur votre toit, il y a de fortes chances que vous l'ayez fait plus pour aider l'environnement que pour économiser de l'argent sur votre facture d'électricité. Avec le coût actuel de la technologie solaire, cela peut prendre de nombreuses années avant même de commencer à récupérer votre investissement. Une nouvelle approche d'une technologie d'énergie solaire existante pourrait changer cela.
Les panneaux solaires utilisent des semi-conducteurs, généralement à base de silicium, pour transformer la lumière du soleil en électricité. Ces semi-conducteurs fonctionnent comme des cellules photovoltaïques - lorsque la lumière du soleil frappe la cellule, le silicium absorbe l'énergie des ondes lumineuses. Cette énergie excite les électrons dans le silicium, qui se déchaînent. Les électrons libres deviennent de l'électricité (voir Comment fonctionnent les cellules solaires pour en savoir plus). Cette configuration est intrinsèquement coûteuse car, premier, les semi-conducteurs sont coûteux, et deuxieme, car ce n'est pas très efficace. Une partie de l'énergie du soleil est perdue en chaleur, et une grande partie n'atteint pas du tout les cellules solaires parce que le soleil n'est pas stationnaire. Cela signifie qu'il faut beaucoup de cellules pour générer une quantité importante d'électricité.
Une solution à ce problème actuellement à l'essai est l'utilisation de suiveurs solaires . Ce sont des panneaux de miroirs mobiles qui tracent le soleil dans le ciel, en projetant la lumière sur les cellules solaires. Cela permet d'obtenir plus de lumière du soleil dans le système, mais les trackers solaires sont extrêmement coûteux, et pas seulement parce qu'ils bougent. Cette méthode de diriger de grandes quantités de lumière solaire a tendance à surchauffer les cellules de silicium, qui nécessitent l'installation de systèmes de refroidissement coûteux.
Une autre solution au problème d'efficacité des panneaux solaires est le concentrateur solaire. C'est une méthode moins chère, et c'est celui que les chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont récemment amélioré d'une manière qui pourrait révolutionner la technologie de l'énergie solaire. Nous pourrions installer ces nouveaux concentrateurs solaires luminescents comme des fenêtres dans nos maisons - des fenêtres qui génèrent l'énergie nécessaire pour faire fonctionner nos lumières, nos climatiseurs et nos électroménagers. Et nous pourrions le faire très bientôt.
Dans cet article, nous allons découvrir à quoi sert un concentrateur solaire luminescent (LSC), comment cela fonctionne et pourquoi c'est plus efficace et moins cher que les anciennes technologies solaires. Nous verrons comment les LSC pourraient être utilisés et quand ils pourraient arriver sur le marché commercial.
D'abord, comment concentrez-vous exactement la lumière du soleil ?
Les concentrateurs solaires peuvent être utilisés pour augmenter l'efficacité des panneaux solaires existants. Nicolle Rager Fuller/NSF UNE concentrateur solaire fait exactement ce que son nom l'indique :il prend la lumière du soleil qui frappe une large zone et la regroupe. La partie la plus cool du système est qu'il ne concentre pas seulement la lumière du soleil; il dirige également cette lumière du soleil vers un point très spécifique, emplacement plus petit.
Contrairement à un tracker solaire, un concentrateur solaire est fixe. Les principaux composants de la conception traditionnelle sont en plastique, molécules de colorant et cellules solaires. Une variété de molécules de colorant est pulvérisée sur une feuille de plastique. Sur les bords extérieurs du plastique se trouvent des cellules solaires.
La combinaison du plastique et des colorants fonctionne comme un guide d'ondes . Un guide d'ondes est tout dispositif qui piège la lumière puis déplace ces ondes lumineuses le long d'un chemin vers une destination particulière. Dans ce cas, quand la lumière frappe le plastique, les colorants l'absorbent. L'énergie du soleil est ainsi transférée au colorant, faisant sauter les électrons de ces molécules à un niveau d'énergie plus élevé. Lorsque les électrons retombent à un niveau d'énergie inférieur, les molécules de colorant libèrent cette énergie dans la feuille de plastique, où ça coince. Dans un processus appelé réflexion interne totale , la lumière peut s'échapper du plastique. Il rebondit juste dans le matériau, faisant finalement son chemin vers la surface extérieure. A la surface extérieure, les cellules solaires attendent d'absorber la lumière et de produire de l'électricité.
Un concentrateur solaire ne nécessite pas de système de refroidissement, et il n'y a pas de pièces mobiles, le rendant moins cher qu'un tracker solaire. Il y a un inconvénient à la conception traditionnelle, bien que. Alors que l'énergie lumineuse rebondit dans le plastique, il est parfois réabsorbé dans les molécules de colorant et finit par être émis sous forme de chaleur. Cette énergie, alors, n'arrive jamais aux cellules solaires.
Les chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont apporté quelques modifications principales au système pour le rendre plus efficace et encore moins cher. Ils l'appellent le concentrateur solaire luminescent (LSC). D'abord, ils ont échangé le plastique contre du verre. Le verre est plus facile à fabriquer, et cela ouvre de nouvelles possibilités en termes d'applications - nous y reviendrons plus tard. Ils ont également ajouté un nouvel élément qui élimine la perte d'énergie due à la réabsorption.
Le LSC est composé d'une feuille de verre recouverte de particules de colorant. Il fonctionne essentiellement comme l'ancienne version en plastique à l'exception de deux ajouts. D'abord, un type d'aluminium appelé tris (8-hydroxyquinoléine) est ajouté au mélange de molécules de colorant. Ces molécules d'aluminium font que les colorants émettent des ondes lumineuses à une fréquence que les colorants ne peuvent pas absorber. De cette façon, aucune lumière n'est perdue par réabsorption lorsqu'elle se dirige vers les cellules solaires situées sur les bords du verre.
Dans ce système, 10 fois plus de lumière solaire qui frappe le panneau est convertie en électricité par rapport à un panneau solaire traditionnel [Source :Economist]. Chaque cellule solaire est exposée à beaucoup plus de soleil, ce qui signifie que moins de cellules de silicium sont nécessaires et que le coût diminue considérablement.
Jusqu'où ? Les chercheurs ne mettent pas un montant d'argent sur le produit, mais il est sûr d'être moins cher que les trackers solaires. Avec une efficacité accrue, il sera également capable de générer plus d'électricité par dollar que les panneaux solaires que vous voyez actuellement sur les toits des gens. Retrofit sur les systèmes de panneaux solaires actuels, les concentrateurs solaires luminescents pourraient augmenter l'efficacité de 50 % [Source :ScienceDaily]. De loin l'aspect le plus étonnant du produit, bien que, vient de l'utilisation du verre :En fabriquant des fenêtres à partir de ces LSC, le verre qui laisse entrer la lumière du soleil dans nos maisons et nos bureaux pourrait également générer l'énergie dont nous avons besoin pour faire fonctionner ces espaces.
Nous n'en sommes pas encore là, bien que. Le plus grand obstacle à l'installation de ces fenêtres à énergie solaire dans nos maisons est la longévité. En réalité, le prototype LSC ne dure que trois mois environ [Source :TreeHugger]. Le groupe MIT s'efforce d'obtenir que le panneau maintienne la stabilité pendant la dizaine d'années que les gens s'attendent à ce que ces types d'appareils durent. Mais c'est assez proche - nous pouvons nous attendre à ce que les concentrateurs solaires luminescents soient disponibles à la vente d'ici trois ans [Source :MIT].
Pour plus d'informations sur les concentrateurs solaires luminescents et l'énergie solaire en général, consultez les liens sur la page suivante.
