Des chercheurs de la « Western Sydney University » ont créé une tuile solaire dotée de matériaux à changement de phase (MCP) ayant une capacité de refroidissement. Ils ont mis au point le dispositif en fixant des cellules photovoltaïques monocristallines de 12,5 x 12,5 mm sur une tuile de mortier dopée avec un matériau à changement de phase (MCP).
Pour éviter les problèmes de fuite, ils ont créé un MCP de forme stable en encapsulant du stéarate de méthyle (MeSA, souvent utilisé comme agent antimousse et nutriment de fermentation), dans de la diatomite, une roche sédimentaire siliceuse à grain très fin employée en tant que moyen de filtration.
« Lors de la fabrication des tuiles, le MCP de forme stable a été directement mélangé au mortier pour en augmenter la masse thermique », ont déclaré les scientifiques. « Après le démoulage de la tuile, des cellules photovoltaïques ont été collées sur sa surface supérieure, puis protégées par une épaisseur de verre. »
Le MCP est mélangé avec du sable fin, du ciment et de l’eau pour construire une tuile de 11 mm. Les cellules solaires, d’un rendement de 17 %, sont collées à la tuile par un adhésif époxy, puis recouvertes d’une autre couche adhésive avant d’installer le verre protecteur.
La performance thermique du dispositif a été comparée à celle d’une tuile sans système photovoltaïque et d’une tuile solaire classique sans refroidissement passif. Des thermocouples de type T ont été utilisés pour mesurer la température dessus et dessous des trois tuiles, tandis qu’un pyranomètre a été employé pour évaluer l’éclairement solaire.
Selon ces mesures et une évaluation du rendement énergétique, la tuile solaire MCP a fourni 4,1 % de puissance en plus que la tuile PV sans agent de refroidissement en hiver. Cette valeur se situe entre 2,2 % et 4,3 % en été.
Les universitaires ont également effectué une analyse pour vérifier si l’augmentation du coût représentée par l’ajout du MCP (évaluée à environ 1,2 %) peut justifier un investissement initial plus élevé. Ils ont constaté que le retour sur investissement de la nouvelle tuile solaire serait de 5,7 ans, contre six ans pour la tuile PV conventionnelle.
« Pour construire un système BIPV (building-integrated PV) robuste, une étude plus approfondie devrait être menée pour choisir le meilleur MCP et optimiser son contenu, la taille et l’épaisseur des tuiles », ont-ils conclu. « Cela permettrait de minimiser encore les coûts et de maximiser le rendement des tuiles. »
Les scientifiques ont décrit leurs conclusions dans l’article « Improving performance of solar roof tiles by incorporating phase change material » récemment publié dans Solar Energy.
Traduit par Julien Rouwens
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