D’après pv magazine International
Une équipe de recherche germano-britannique a développé une fenêtre hybride photovoltaïque-thermique intégrée au bâtiment (PVTW) qui peut simultanément produire de l’électricité et de l’eau chaude sanitaire (ECS). Le système proposé a été présenté dans l’étude « A Building-Integrated Hybrid Photovoltaic-Thermal (PV-T) Window for Synergistic Light Management, Electricity and Heat Generation », publiée dans Advanced Science. Les chercheurs de l’Imperial College London au Royaume-Uni et de l’Institut de Technologie de Karlsruhe en Allemagne ont mené cette étude.
« L’installation de panneaux solaires et de capteurs conventionnels dans l’environnement bâti nécessite un accès à un espace de toit important, qui est limité. Cela motive le développement de technologies intégrées à haute efficacité, capables de maximiser l’utilisation de l’espace et la fourniture d’énergie », a expliqué le groupe. « Dans ce travail, une fenêtre hybride PVTW intégrée au bâtiment est fabriquée et testée, composée d’une couche photovoltaïque semi-transparente et d’un absorbeur thermique liquide sélectivement absorbant. »
Le composant principal de la PVTW est une couche de verre avec un réseau de micro-stries de silicium amorphe (a-Si) espacées. Seule une partie de la lumière solaire est absorbée par la couche photovoltaïque pour la production d’électricité, tandis que la portion restante est transmise à la couche d’eau de 4 mm d’épaisseur en dessous. Deux tubes en laiton sont utilisés comme entrées et sorties pour l’eau, et deux cadres en polycarbonate sont utilisés pour maintenir une couche de verre standard à faible teneur en fer.
Les tests ont eu lieu sur un toit à Londres entre le 16 et le 23 juillet 2021, lorsque la température ambiante maximale mesurée était de 34°C et l’irradiation solaire d’environ 1 100 W m−2 à midi. Le système a été testé à des angles d’inclinaison de 30°, 60° et 90°, et ses performances ont été comparées à celles d’un module de fenêtre thermique solaire (STW) de référence sans le composant photovoltaïque. Ce dernier était identique à la PVTW, sauf qu’il remplaçait la couche photovoltaïque par une couche de verre, ce qui donnait deux couches de verre.
Image : Imperial College London, Advanced Science, CC BY 4.0
Les tests ont montré que le système PVTW peut atteindre une efficacité électrique de 3,6 % et une efficacité thermique de 17,6 %.« La PVTW a atteint des efficacités de 3,6 % en électricité et de 10,7 % en production de chaleur à une inclinaison de 30°. La capacité de produire de l’eau chaude à environ 50°C la rend appropriée pour des applications domestiques, tandis que sa production d’électricité soutient les besoins énergétiques du bâtiment », ont noté les chercheurs. « L’ajustement de l’angle d’inclinaison de la PVTW de 30° à 90° montre l’importance de l’orientation pour les performances du système, avec des variations de la température de sortie et de l’efficacité thermique observées. »
Ainsi, à une inclinaison de 90°, le système PVTW a enregistré une efficacité électrique de 3,3 %, une efficacité thermique de 17,6 %, et une température maximale de sortie de l’eau d’environ 42°C. « Comparé à un STW autonome, la PVTW non seulement fournit de l’eau chaude à une température plus élevée, mais montre également une augmentation absolue de 10 % de l’efficacité thermique, en plus de la génération d’électricité », ont-ils ajouté.
« Pour comprendre l’impact potentiel de la PVTW sur les besoins énergétiques thermiques d’un bâtiment, nous pouvons estimer la surface de PVTW nécessaire pour répondre à la demande d’eau chaude d’une maison de trois chambres typique à Londres, occupée par 2 adultes et 2 enfants », ont indiqué les chercheurs. « En utilisant un bilan énergétique, une surface totale de PVTW ne dépassant pas environ 1,2 m² à une inclinaison de 30° serait nécessaire pour satisfaire cette demande instantanément. En supposant un système plus large avec un réservoir de stockage d’eau chaude, nous estimons qu’une surface totale de PVTW d’environ 2,8 m² à la même inclinaison serait nécessaire pour satisfaire cette demande quotidienne complète sans avoir besoin d’une chaudière de secours. »
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