Améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques grâce au refroidissement radiatif avec le ciel

Refroidir les cellules solaires afin de les rendre plus efficace en améliorant leur rayonnement thermique ? Le bénéfice apporté par ce concept a été quantifié en détail par des chercheurs de l'équipe "i-Lum", grâce à des simulations couplant le comportement électrique et thermique des cellules.

Les cellules photovoltaïques (PV) chauffent considérablement en conditions de fonctionnement réelles, ce qui dégrade leur rendement de conversion ainsi que leur durée de vie. La technique dite de refroidissement radiatif avec le ciel est un concept très prometteur pour limiter cet échauffement. Cette approche consiste à optimiser le rayonnement thermique des cellules ou modules – avec l’aide de structures photoniques – en profitant de la fenêtre de transparence qu’offre l’atmosphère dans la gamme 8-13 μm .
Grâce à un modèle thermique et électrique entièrement développé à l’INL, le potentiel de la technique a pu être quantifié pour une large gamme de dispositifs PV. Pour les modules en silicium cristallin, qui représentent 95 % du marché PV actuel, l’étude montre qu’un refroidissement de 10 °C est envisageable. Ceci augmenterait la production crête du module de près de 5 W/m².
Cet impressionnant gain de performance nécessite la modification des propriétés optiques sur une grande gamme spectrale (entre 1,1 μm et 40 μm) afin d’améliorer l’émission thermique mais aussi pour réduire les absorptions solaires dite “parasites”. L’équipe explore maintenant différentes possibilités technologiques pour atteindre les propriétés photoniques désirées.
Ce travail a fait l’objet d’une publication dans la revue Sustainable Energy & Fuels et d’une communication dans PV Magazine (https://www.pv-magazine.com/2021/04/06/cooling-pv-modules-with-radiative-sky-cooling/).

Contacts : Mohamed AmaraEmmanuel Drouard

Références :

J. Dumoulin, E. Drouard, and M. Amara : Radiative sky cooling of solar cells: fundamental modelling and cooling potential of single-junction devices. Sustainable Energy & Fuels, 2021. doi: https://doi.org/10.1039/D0SE01536A

Campagnes de simulation supportées par le Centre de Calcul de l’IN2P3.

INL CNRS
Schéma représentant les principaux puits et sources de chaleur d'une cellule photovoltaïque en conditions réelles de fonctionnement.
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