La science peut doubler le dividende solaire

La science peut doubler le dividende solairev

La lumière du soleil peut produire beaucoup plus d'énergie avec les nouvelles technologies. Image: Marty Finney dans Unsplash

Les chercheurs ont trouvé trois nouveaux moyens de doubler le dividende solaire, en faisant en sorte que le soleil travaille plus fort et contribue davantage à l'économie renouvelable.

Un nouveau matériau translucide composé d’un peu plus que la silice et l’air peut doubler le dividende solaire en récupérant la chaleur solaire et élévation de la température à 200 ° C, fournissant de nouvelles façons de chauffer les maisons ou d’alimenter les processus industriels.

Et d'autres chercheurs de la même ville américaine pensent qu'ils pourraient être en mesure de fournir beaucoup plus d'électricité à partir de cellules solaires. Ils ont trouvé un moyen de faire un seul photon de lumière déloger non pas un électron mais deux.

Une troisième équipe en Arabie saoudite a maintenant montré que ses panneaux solaires peuvent non seulement générer de l’électricité, mais aussi transformer l'eau de mer en eau potable fraîche en même temps.

Les trois technologies sont au stade du laboratoire. Tous les trois sont loin de toute exploitation commerciale. Mais tous les trois sont également des démonstrations de l'ingéniosité et de l'imagination extraordinaires à l'œuvre dans les laboratoires du monde entier alors que les scientifiques recherchent de nouvelles façons de relever le défi énergétique d'un monde sans carbone et de fournir plus d'énergie sans augmenter la température de la planète à des niveaux dangereux.

Les chercheurs ont travaillé sur des moyens de transformer le dioxyde de carbone en carburant, to maisons chaudes et lumineuses avec bois transparent, to générer de l'énergie à partir de traces et à récolter de l'énergie électrique à partir de l'évaporation.

Poussée solaire

Les trois derniers rebondissements exploitent la lumière solaire de différentes manières et utilisent de nouveaux matériaux pour améliorer leur efficacité.

Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology dans la revue American Chemical Society ACS Nano qu'ils ont mis au point un matériau isolant 95% translucide.

Un aérogel est une mousse de silice maintenue ensemble non pas avec de l'eau mais avec de l'air. Ces tissus remarquables existent depuis des décennies - l'agence spatiale américaine Nasa a expérimenté avec eux - et bien que ces structures improbables aient des propriétés isolantes incomparables, leur transparence était jusqu’à présent limitée.

Les chercheurs ont mis au point une version tellement légère et claire qu’elle est presque invisible. La lumière pénètre et génère de la chaleur - mais la chaleur ne peut pas s'échapper et s'accumule dans un système de capteur solaire passif constitué d'un matériau sombre absorbant la lumière. Un dispositif de test sur le toit des bâtiments du MIT pendant un hiver glacial dans le Massachusetts a réussi à augmenter les températures de 220 ° C.

Hors-la-loi

D'autres scientifiques de la même institution rapportent dans le journal Nature que leur nouvelle cellule solaire entièrement opérationnelle semble enfreindre l'une des règles de la physique: jusqu'à présent, toute cellule solaire conventionnelle à base de silicium était limitée par une simple arithmétique. Il faut un photon de lumière pour déloger un électron et établir un courant.

De ce fait, l'efficacité théorique maximale d'une cellule solaire est de 29.1%. Mais une équipe de spécialistes du MIT a expérimenté une nouvelle classe de matériaux appelés excitons, des tissus qui existent à l'état excité et permettent à des paquets d'énergie de se propager, de se combiner ou de se diviser.

Et dans les dernières expériences, le revêtement de matériau exitonique, seulement un milliardième de 10 d'un mètre d'épaisseur, d'une cellule en silicium absorbe un photon de lumière pour former un exciton qui se divise ensuite en deux.

La percée scientifique semble simple, mais les scientifiques du MIT ont été occupés pendant des années avant de trouver un moyen de transférer l’énergie supplémentaire dans la cellule solaire en silicium et de mettre en mouvement deux électrons à partir d’un seul paquet de lumière solaire.

«Cette stratégie… a le potentiel de transformer une centrale électrique en consommateur d’eau douce en un producteur d’eau douce»

Ainsi, en théorie, la nouvelle surface suralimentée pourrait porter l'efficacité maximale d'une cellule solaire au-delà de 35%. En pratique, l'application commerciale pourrait prendre des années.

Mais une équipe de l’Université des sciences et technologies King Abdullah d’Arabie saoudite a couplé des cellules photovoltaïques à une technologie membranaire avancée pour résoudre deux problèmes à la fois.

La production d’énergie est un processus gourmand en eau: en Europe et aux États-Unis, la moitié de l’utilisation de l’eau est au service de la production d’énergie. Le dessalement, qui consiste à distiller de l'eau douce à partir de saumure, est une opération gourmande en énergie. Dans les pays arabes, plus de 15% de l’électricité nationale totale est consommée par le secteur de l’eau douce.

L’équipe basée en Arabie saoudite rapporte dans Communications Nature qu'ils ont réussi à combiner deux technologies solaires en une seule opération.

Exploiter la chaleur

Ils ont conçu une unité de distillation à membrane à trois étages montée à l'arrière d'un panneau photovoltaïque afin que la chaleur normalement dissipée par le panneau soit utilisée pour évaporer l'eau. L'appareil a toute l'efficacité d'une cellule solaire commerciale, mais produit de l'eau propre à un taux plus élevé que la plupart des appareils existants. L'astuce consiste à exploiter la chaleur normalement gaspillée dans la production d'énergie photovoltaïque pour conduire un moyen exigeant en énergie d'augmenter l'approvisionnement en eau douce.

Selon les chercheurs, selon 2025, le monde générera 969 Gigawatts à partir de cellules photovoltaïques réparties sur un milliard de mètres carrés de 4. Ils supposent qu'il y aura des jours 200 chaque année avec des niveaux appropriés de lumière solaire. Ils font ce qu’ils appellent une hypothèse conservatrice selon laquelle leurs nouvelles baies peuvent fournir de l’eau douce provenant d’eaux saumâtres, de déchets ou d’eau de mer au taux de 5 kilogrammes par mètre carré et par jour.

Dans les endroits où l'approvisionnement en eau n'est pas un problème, le surplus d'eau pourrait être utilisé pour nettoyer la poussière des panneaux solaires ou pour irriguer les cultures. Si tous ces panneaux solaires étaient équipés du nouveau support à membrane, ils pourraient également produire 4 milliards de mètres cubes d'eau douce par jour. C'est 10% du total de l'eau potable avalée dans 2017.

Selon les scientifiques, cette stratégie a le potentiel «de transformer une centrale de production d'électricité de consommateur d’eau par ailleurs en producteur d’eau douce». - Climate News Network

À propos de l’auteur

Tim Radford, journaliste indépendantTim Radford est un journaliste indépendant. Il a travaillé pour The Guardian pour 32 ans, devenant (entre autres choses) lettres éditeur, rédacteur en chef des arts, éditeur littéraire et rédacteur scientifique. Il a remporté le Association of Science Writers britanniques prix pour écrivain scientifique de l'année quatre fois. Il a siégé au comité britannique pour le Décennie internationale de la prévention des catastrophes naturelles. Il a donné des conférences sur la science et les médias dans des dizaines de villes britanniques et étrangères. 

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Cet article a paru à l'origine sur Climate News Network

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