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Refroidissement solaire avec panneau réflecteur photonique
Des chercheurs de Stanford développent des panneaux de toit qui refroidissent les bâtiments en renvoyant de la chaleur dans l'espace, une technique qui pourrait être plus efficace que de faire fonctionner un climatiseur à partir de panneaux solaires.
Le professeur de génie électrique Shanhui Fan (au centre) a dirigé la nouvelle recherche sur le refroidissement des bâtiments avec les étudiants diplômés Aaswath Raman (à gauche) et Eden Rephaeli (à droite). Crédit : Stanford.
Le professeur de génie électrique Shanhui Fan a conçu un appareil qui utilise des matériaux qui lui permettent de manipuler la façon dont la chaleur et la lumière affectent la température du bâtiment. Il envisage des panneaux de toit plats qui pourraient réduire considérablement l'énergie de refroidissement pendant la journée ou être utilisés pour refroidir les maisons qui n'ont pas accès au réseau électrique et à la climatisation.
Fan a co-écrit un papier sur le potentiel théorique d'un dispositif qui à la fois réfléchit la lumière du soleil et émet de la chaleur en utilisant plusieurs couches de matériaux photoniques. Son équipe à Stanford a récemment reçu une subvention d'un an de 400 000 $ de l'agence de recherche ARPA-E pour construire une démonstration afin de tester ses performances. Le groupe construit actuellement ce prototype et espère éventuellement commercialiser la technologie.
Le panneau aurait deux composants, tous deux utilisant des couches de cristaux photoniques nanostructurés. L'un est essentiellement un miroir avec des matériaux optimisés pour minimiser la quantité de rayonnement solaire absorbée par le toit d'un bâtiment. Au-dessus se trouve une couche séparée en carbure de silicium et en quartz qui convertit la chaleur d'un bâtiment et la diffuse dans l'espace. La chaleur d'un centre de données, par exemple, pourrait être transportée dans de l'eau chaude et acheminée sous les panneaux. Le panneau rayonnerait ensuite cette chaleur pour l'évacuer du bâtiment, explique Fan. Conceptuellement, le panneau agirait à l'inverse d'un panneau d'eau chaude solaire traditionnel, qui prend l'énergie du soleil et la convertit en eau chaude.
La conception se compose de deux fonctions dans un seul appareil. Une couche réfléchit la lumière du soleil pour garder une structure fraîche, tandis qu'une seconde rayonne la chaleur du bâtiment vers l'extérieur dans une longueur d'onde afin qu'elle ne soit pas piégée dans l'atmosphère par les gaz à effet de serre.
Pour améliorer l'efficacité de l'appareil, des parties des matériaux du panneau sont conçues pour émettre un rayonnement thermique dans une longueur d'onde très spécifique qui maximise le transfert d'énergie dans l'atmosphère. Les chercheurs estiment qu'un tel appareil pourrait théoriquement atteindre un refroidissement net de 100 watts par mètre carré. Si la climatisation représente une grande partie de vos besoins énergétiques, ce qui n'est pas si inhabituel, elle pourrait être plus efficace que de prendre une cellule solaire et de conduire un climatiseur, dit-il.
Les panneaux eux-mêmes n'auraient aucune pièce mobile, donc le fonctionnement serait simple. Fan envisage des entrepôts recouverts de ces types de panneaux, qui seraient totalement blancs pour refléter la lumière du soleil. En théorie, la lumière solaire réfléchie pourrait être dirigée sur un panneau solaire photovoltaïque pour produire également de l'électricité.
Les matériaux qui entreraient dans l'appareil ne sont pas très chers et pourraient être fabriqués par lithographie ou d'autres techniques de fabrication à faible coût, dit-il.