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Des panneaux solaires plus efficaces grâce au refroidissement évaporatif ou thermoélectrique

Parmi les différentes techniques de refroidissement examinées dans un article de la revue Energies, les refroidissement évaporatif et thermoélectrique sont celles qui permettent d’améliorer de manière significative l’efficacité énergétique des panneaux solaires, tout en ayant une empreinte environnementale positive et en préservant leur viabilité économique.

Avec la construction de nouvelles centrales solaires de grande envergure et le déploiement croissant d’unités de toiture solaires pour des applications domestiques ou commerciales, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) prévoit que l’énergie solaire devienne la première source d’énergie renouvelable d’ici 2030 [1].

 

Les panneaux solaires photovoltaïques constituent une technologie largement répandue qui repose sur la conversion de la lumière du soleil en électricité par l’intermédiaire de matériaux semiconducteurs. Le principal inconvénient de cette technologie est que son efficacité baisse lorsque les températures sont élevées [2]. Le contact permanent des rayons du soleil avec la surface du panneau photovoltaïque augmente la température de ce dernier, ce qui diminue son efficacité et la puissance électrique générée. On a observé que l’efficacité de cellules solaires en silicium cristallin chute de 0,45 à 0,6 % pour chaque augmentation de 1 °C au-dessus des conditions de test standardisées (STC) de la température des cellules solaires, et qu’elle varie en fonction du type de cellule.

 

Les chercheurs étudient activement des stratégies innovantes pour améliorer l’efficacité des panneaux photovoltaïques grâce à des méthodes de refroidissement avancées. Dans un article de synthèse publié dans la revue Energies, les auteurs ont procédé à un examen détaillé des différentes technologies de refroidissement mises en œuvre pour améliorer les performances des panneaux photovoltaïques, incluant des méthodes traditionnelles comme le refroidissement à l’eau ou à l’air, ainsi que des solutions innovantes telles que le recours à des matériaux à changement de phase, le refroidissement thermoélectrique, les caloducs, le refroidissement évaporatif et les nanofluides [3].

 

Les scientifiques ont constaté que parmi les solutions de refroidissement étudiées, la pulvérisation automatique d’eau, le refroidissement par air, l’intégration de matériaux à changement de phase et les systèmes thermoélectriques sont les méthodes de refroidissement produisant le plus d’énergie. En outre, le refroidissement thermoélectrique, le refroidissement évaporatif, le refroidissement par air et la pulvérisation automatique d’eau affichaient les réductions d’émissions de CO2 les plus importantes. Le système de refroidissement thermoélectrique est celui qui permettait le plus de réduire les émissions de CO2, avec une moyenne de 28,334 kg [3].

 

Sur le plan de la rentabilité, le refroidissement thermoélectrique surpassait le refroidissement évaporatif, le refroidissement avec nanofluides à base d’eau et les systèmes de pulvérisation automatique. Cette technologie fournissait en moyenne 34,512 kWh et affichait les économies les plus importantes, avec une moyenne de 0,473 dollars [3]. C’est par ailleurs le refroidissement évaporatif, ainsi que les méthodes de refroidissement thermoélectrique et avec matériaux à changement de phase qui affichaient les délais de rentabilisation les plus courts.

 

Délai de rentabilisation de différentes méthodes de refroidissement [3]

 

 

Les auteurs concluent que le refroidissement évaporatif et le refroidissement thermoélectrique apparaissent comme des solutions particulièrement prometteuses, offrant des améliorations significatives en matière de production d’énergie, des retombées positives sur l’environnement et des retours sur investissement avantageux.

 

Les résultats de cette étude montrent l’importance d’intégrer des stratégies de refroidissement pour améliorer l’efficacité des panneaux photovoltaïques et maximiser la production d’une électricité respectueuse de l’environnement.

 

Pour plus d’informations, l’étude est disponible en libre accès dans la revue Energies ou dans FRIDOC.

 

 

 

Sources

[1]  https://www.iea.org/energy-system/renewables/solar-pv

[2] Lazzarin R. Solar Cooling (2020), 40th Informatory Note on Refrigeration Technologies. International Institute of Refrigeration (IIR), Paris. http://dx.doi.org/10.18462/iif.NItec40.12.2020

[3] Ibrahim, T.; Abou Akrouch, M.; Hachem, F.; Ramadan, M.; Ramadan, H.S.; Khaled, M. Cooling Techniques for Enhanced Efficiency of Photovoltaic Panels—Comparative Analysis with Environmental and Economic Insights. Energies 2024, 17, 713. https://doi.org/10.3390/en17030713