Ces « concentrateurs » en forme de feuille pourraient changer pour toujours l’efficacité solaire (la rendant plus flexible et évolutive)

Le « leaf LSC » présente une conception modulaire inspirée de la nature, améliorant l'efficacité des concentrateurs solaires et ouvrant de nouvelles possibilités pour l'énergie durable.

Depuis son invention dans les années 1970, le concentrateur solaire luminescent (LSC) a été conçu pour améliorer la capture de l'énergie solaire en utilisant des matériaux luminescents pour convertir et concentrer la lumière sur des cellules photovoltaïques (PV). Contrairement aux concentrateurs traditionnels, qui reposent sur des miroirs et des lentilles, les LSC peuvent collecter la lumière diffusée et ont été appliqués dans des contextes tels que le photovoltaïque intégré aux bâtiments, où leur transparence et leur couleur offrent des avantages esthétiques.

Cependant, la mise à l'échelle des LSC pour couvrir de vastes zones a toujours présenté des défis, notamment en raison de l'auto-absorption des photons dans le guide d'ondes. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université Ritsumeikan au Japon ont proposé un modèle innovant de «feuille LSC» qui pourrait surmonter ces limitations, en améliorant la collecte et le transfert de la lumière vers les cellules photovoltaïques.

Un design inspiré de la nature

La conception du concentrateur solaire « feuille LSC » relève le défi de l’évolutivité en utilisant des composants luminescents plus petits et interconnectés, qui ressemblent aux feuilles d’un arbre. Comme expliqué dans le Journal of Photonics for Energy (JPE), cette configuration consiste à placer des plaques luminescentes autour d'une fibre centrale, les côtés des plaques étant orientés vers la fibre.

Ce schéma permet de convertir les photons incidents en photons PL par les plaques, qui parcourent ensuite la fibre pour être collectés à son extrémité par une cellule photovoltaïque. De plus, des guides de lumière transparents connectent plusieurs fibres à une seule cellule photovoltaïque, élargissant ainsi la zone de collecte et réduisant les pertes de photons dues à l'auto-absorption et à la diffusion.

La conception modulaire des LSC offre des avantages importants. En réduisant la taille des modules individuels, les chercheurs ont observé une augmentation de l’efficacité de la collecte de photons. Par exemple, en réduisant la dimension latérale d’un LSC en forme de feuille carrée de 50 mm à 10 mm, l’efficacité de la collecte est considérablement améliorée. De plus, la conception modulaire vous permet de remplacer facilement les unités endommagées et d'intégrer de nouveaux matériaux luminescents dès qu'ils sont disponibles.

Pour augmenter encore l'efficacité du système, les chercheurs ont intégré les techniques LSC planaires traditionnelles, telles que les miroirs latéraux et les structures tandem, dans la conception « feuille LSC ». Des expériences ont montré que l'efficacité optique de ces structures de feuilles peut être calculée analytiquement, sur la base du spectre et de l'intensité de la lumière incidente.

Sean Shaheenrédacteur en chef de JPE et professeur d'ingénierie et de physique à l'Université du Colorado à Boulder, a déclaré :

Ces résultats démontrent une approche créative qui fait progresser le concept de concentrateurs solaires luminescents, guidant efficacement l'énergie solaire vers les dispositifs photovoltaïques adjacents. Grâce à des conceptions évolutives et inspirées de la nature, combinées à des améliorations de l’ingénierie optique, les auteurs ont fait un pas de plus vers une utilisation pratique.

L’optimisation de la collecte de photons dans les LSC pourrait ouvrir la voie à des solutions énergétiques plus flexibles et évolutives. Cette approche de récupération d'énergie pourrait révolutionner le domaine des concentrateurs solaires, les rendant plus efficaces et adaptables à de multiples usages, des grandes installations aux systèmes intégrés aux bâtiments. À mesure que la technologie progresse, il y a de fortes chances que les performances des systèmes solaires s’améliorent considérablement, contribuant ainsi à des solutions énergétiques plus durables.

Source: ESPIONS –JPE