Les cellules TPV pourraient permettre une énergie renouvelable « dispatchable »
Une équipe d’ingénieurs du MIT et du National Renewable Energy Laboratory (NREL) s’est rapprochée d’un réseau entièrement décarboné avec la conception d’une cellule thermophotovoltaïque (TPV) très efficace qui convertit la chaleur en électricité avec plus de 40% d’efficacité.
Depuis plus de 100 ans, les turbines à vapeur sont utilisées pour obtenir de l’électricité à partir de sources de chaleur telles que le charbon, le gaz naturel, l’énergie nucléaire et l’énergie solaire concentrée. Cependant, les turbines à vapeur reposent sur des pièces mobiles qui ne peuvent pas fonctionner après une certaine température. Alors qu’ils peuvent convertir environ 35% d’une source de chaleur en électricité, les machines deviennent trop chaudes après 2 000 ° C (3 600 ° F).
Contrairement à une turbine à vapeur, cette cellule TPV révolutionnaire ne comporte aucune pièce mobile et peut convertir environ 40 % d’une source de chaleur en électricité. Il fonctionne également de 1 900 °C à 2 400 °C (4 300 °F).
«L’un des avantages des convertisseurs d’énergie à semi-conducteurs est qu’ils peuvent fonctionner à des températures plus élevées avec des coûts de maintenance réduits car ils n’ont pas de pièces mobiles. thé, restez assis là et produisez de l’électricité de manière fiable, ‘ déclare Asegun Henry, professeur de développement de carrière Robert N. Noyce au département de génie mécanique du MIT.
Le thermophotovoltaïque fonctionne en convertissant la chaleur en électricité via des photons. «Tout comme les cellules solaires, les cellules TPV pourraient être fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs avec une bande interdite particulière, l’écart entre la bande de valence d’un matériau et sa bande de conduction. Si un photon avec une énergie suffisamment élevée est absorbé par le matériau, il peut envoyer un électron à travers la bande interdite, où l’électron peut alors conduire, et ainsi générer de l’électricité. explique le bureau des nouvelles du MIT.
Les cellules TPV précédentes utilisaient des matériaux à bande interdite relativement faible, qui convertissent les photons à basse température et à faible énergie, et convertissent donc l’énergie moins efficacement. Ce qui rend cette conception plus efficace, c’est l’utilisation de matériaux à bande interdite plus élevée et d’une source de chaleur à plus haute température pour capturer des photons à plus haute énergie.
schéma montrant comment l’énergie thermique pourrait être stockée, convertie et distribuée
Les chercheurs veulent transformer la cellule thermophotovoltaïque en une batterie thermique à l’échelle du réseau qui serait utilisée conjointement avec des sources d’énergie renouvelables telles que solaire† L’énergie excédentaire par une journée ensoleillée serait stockée dans des bancs de graphite chaud fortement isolés. Les cellules TPV convertiraient ensuite l’énergie thermique stockée en électricité les jours où il n’y a pas de soleil, permettant ainsi une énergie renouvelable « distribuable ».
«Les cellules thermophotovoltaïques ont été la dernière étape clé pour démontrer que les batteries thermiques sont un concept viable», continue Henri. “Il s’agit d’une étape absolument critique sur la voie de la prolifération des énergies renouvelables et de l’obtention d’un réseau entièrement décarboné.”
Pour y parvenir, la cellule TPV expérimentale devrait être massivement agrandie d’un centimètre carré à 930 m². Cependant, Henry note que l’infrastructure pour construire des cellules à cette échelle existe déjà pour fabriquer des cellules photovoltaïques à grande échelle.
“Il y a certainement un énorme avantage net ici en termes de durabilité”, ajoute Henri. “La technologie est sûre, respectueuse de l’environnement dans son cycle de vie et peut avoir un impact considérable sur la réduction des émissions de dioxyde de carbone provenant de la production d’électricité.”
La recherche a été publiée dans la revue en ligne Nature.