Les chercheurs ont conçu un hors réseau, source d'énergie modulaire à faible coût qui peut produire efficacement de l'électricité la nuit. Le système utilise une technologie disponible dans le commerce et pourrait éventuellement aider à répondre aux besoins d'éclairage nocturne dans les zones urbaines ou à fournir un éclairage dans les pays en développement.

Bien que l'énergie solaire apporte de nombreux avantages, son utilisation dépend fortement de la répartition de la lumière solaire, qui peut être limité dans de nombreux endroits et est totalement indisponible la nuit. Les systèmes qui stockent l'énergie produite pendant la journée sont généralement coûteux, augmentant ainsi le coût d'utilisation de l'énergie solaire.

Pour trouver une alternative moins chère, des chercheurs dirigés par Shanhui Fan de l'Université de Stanford se sont penchés sur le refroidissement radiatif. Cette approche utilise la différence de température résultant de la chaleur absorbée par l'air ambiant et l'effet de refroidissement radiant de l'espace froid pour générer de l'électricité.

Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , les chercheurs démontrent théoriquement une approche de refroidissement radiatif optimisée qui peut générer 2,2 watts par mètre carré avec un appareil de toit qui ne nécessite ni batterie ni énergie externe. C'est environ 120 fois la quantité d'énergie qui a été démontrée expérimentalement et suffisante pour alimenter des capteurs modulaires tels que ceux utilisés dans les applications de sécurité ou environnementales.

« Nous travaillons au développement de la haute performance, une production d'éclairage durable qui peut fournir à tous, y compris ceux des zones en développement et des zones rurales, l'accès à des sources d'énergie d'éclairage fiables et durables à faible coût, " dit Lingling Fan, premier auteur de l'article. "Une source d'énergie modulaire pourrait également alimenter des capteurs hors réseau utilisés dans une variété d'applications et être utilisée pour convertir la chaleur résiduelle des automobiles en énergie utilisable."

Maximiser la production d'électricité

L'un des moyens les plus efficaces de produire de l'électricité en utilisant le refroidissement radiatif est d'utiliser un générateur d'énergie thermoélectrique. Ces appareils utilisent des matériaux thermoélectriques pour générer de l'énergie en convertissant les différences de température entre une source de chaleur et le côté froid de l'appareil, ou refroidisseur radiatif, en tension électrique.

Dans le nouveau travail, les chercheurs ont optimisé chaque étape de la production d'énergie thermoélectrique pour maximiser la production d'énergie nocturne à partir d'un appareil qui serait utilisé sur un toit. Ils ont amélioré la récupération d'énergie afin que davantage de chaleur s'écoule dans le système à partir de l'air ambiant et intègrent de nouveaux matériaux thermoélectriques disponibles dans le commerce qui améliorent la façon dont cette énergie est utilisée par l'appareil. Ils ont également calculé qu'un générateur d'énergie thermoélectrique couvrant un mètre carré d'un toit pourrait réaliser le meilleur compromis entre les pertes de chaleur et la conversion thermoélectrique.

"L'une des innovations les plus importantes a été la conception d'un émetteur sélectif fixé sur le côté froid de l'appareil, " dit Wei Li, un membre de l'équipe de recherche. "Cela optimise le processus de refroidissement radiatif afin que le générateur d'électricité puisse se débarrasser plus efficacement de la chaleur excessive."

Les chercheurs ont démontré la nouvelle approche en utilisant la modélisation informatique pour simuler un système avec des paramètres physiques réalistes. Les modèles ont reproduit fidèlement les résultats expérimentaux précédents et ont révélé que le système optimisé conçu par les chercheurs pouvait se rapprocher de ce qui a été calculé comme l'efficacité maximale à l'aide de la conversion thermoélectrique.

En plus de mener des expériences, les chercheurs examinent également des conceptions optimales pour faire fonctionner le système pendant la journée, en plus de la nuit, ce qui pourrait étendre les applications pratiques du système.