Ce dispositif génère de l’électricité la nuit à partir de la différence de température entre la cellule solaire et son environnement. Crédit : Sid Assawaworrarit
La récolte d’énergie à partir de la différence de température entre la cellule photovoltaïque et l’air environnant permet de créer une source d’électricité viable et renouvelable la nuit.
Environ 750 millions de personnes dans le monde n’ont pas accès à l’électricité la nuit. Les cellules solaires fournissent de l’énergie pendant la journée, mais la conservation de l’énergie pour une utilisation ultérieure nécessite un stockage important dans des batteries.
Sur Applied Physics Letterspar AIP Publishing, des chercheurs de l’université de Stanford ont construit une cellule photovoltaïque qui récolte l’énergie de l’environnement pendant le jour et la nuit, évitant ainsi le recours aux batteries. Le dispositif utilise la chaleur qui s’échappe de la Terre et retourne dans l’espace – une énergie du même ordre de grandeur que le rayonnement solaire entrant.
La nuit, les cellules solaires rayonnent et perdent de la chaleur dans le ciel, atteignant des températures inférieures de quelques degrés à celles de l’air ambiant. Le dispositif en cours de développement utilise un module thermoélectrique pour générer une tension et un courant à partir du gradient de température entre la cellule et l’air. Ce processus dépend de la conception thermique du système, qui comprend un côté chaud et un côté froid.
“Vous voulez que le thermoélectrique ait un très bon contact à la fois avec le côté froid, qui est la cellule solaire, et le côté chaud, qui est l’environnement ambiant”, a déclaré l’auteur Sid Assawaworrarit. “Si vous n’avez pas cela, vous n’obtiendrez pas beaucoup d’énergie”.
L’équipe a démontré la production d’énergie dans leur dispositif pendant la journée, lorsqu’il fonctionne en sens inverse et contribue à l’alimentation supplémentaire de la cellule solaire conventionnelle, et pendant la nuit.
Le dispositif est peu coûteux et, en principe, pourrait être incorporé dans les cellules solaires existantes. Il est également simple, de sorte que la construction dans des endroits éloignés avec des ressources limitées est possible.
“Ce que nous avons réussi à faire ici, c’est de construire l’ensemble à partir de composants disponibles sur le marché, d’avoir un très bon contact thermique, et la chose la plus chère de toute la configuration était le thermoélectrique lui-même”, a déclaré l’auteur Zunaid Omair.
L’utilisation de l’électricité la nuit pour l’éclairage nécessite une puissance de quelques watts. Le dispositif actuel génère 50 milliwatts par mètre carré, ce qui signifie que l’éclairage nécessiterait environ 20 mètres carrés de surface photovoltaïque.
“Aucun de ces composants n’a été spécifiquement conçu dans ce but”, a déclaré l’auteur Shanhui Fan. “Donc, je pense qu’il y a une marge d’amélioration, dans le sens où, si on concevait vraiment chacun de ces composants pour notre objectif, je pense que les performances pourraient être meilleures.”
L’équipe vise à optimiser l’isolation thermique et les composants thermoélectriques du dispositif. Elle étudie les améliorations techniques à apporter à la cellule solaire elle-même afin d’améliorer les performances de refroidissement radiatif sans influencer sa capacité de collecte d’énergie solaire.
Référence : “Production nocturne d’énergie électrique à une densité de 50mW/m2 via le refroidissement radiatif d’une cellule photovoltaïque” par Sid Assawaworrarit, Zunaid Omair et Shanhui Fan5 avril 2022, Applied Physics Letters.
DOI : 10.1063/5.0085205
