Des panneaux solaires qui se préservent des trop fortes températures

Les capteurs solaires thermiques permettent de produire l’eau chaude sanitaire et contribuent au chauffage domestique. Entre-saison, toute l’énergie qu’ils absorbent est utile. Mais en été, il surchauffent et fournissent bien plus de chaleur que nécessaire. Une surproduction dont on ne sait que faire pour l’instant et qui peut même endommager les installations.

Une équipe de chercheurs, menée par Andreas Schüler, a développé un matériau intelligent qui change ses propriétés en fonction de sa température. Dans le cas d’une surchauffe en été, ce nouveau matériau permettrait au capteur solaire de se débarrasser de l’énergie excessive en rayonnant. Leur recherche vient d’être publiée dans le journal Solar Energy [1].

Plusieurs fois par été, les capteurs, les réservoirs ainsi que tous les autres éléments des panneaux solaires, doivent supporter de très grandes températures, parfois jusqu’à 180 degrés. Avec le temps, le liquide caloporteur se dégrade, les capteurs, l’isolation thermique et la couche absorbante souffrent et deviennent moins efficients. Un panneau solaire «idéal» devrait être capable d’absorber la chaleur jusqu’à un certain point puis de repousser les rayons du soleil - comme le ferait un miroir – pour éviter la surchauffe : «Le miroir n’absorbe pas la chaleur, c’est pour cette raison que les couvertures de sauvetage en montagne ont un revêtement alu. Mais nous avons aussi besoin d’éléments absorbants», explique Andrea Schüler.

A l’EPFL, le Laboratoire d'énergie solaire et physique du bâtiment (LESO-PB) se penche sur l’optimisation de la température de transition, par un «dopage» adapté du matériau. Le matériau doit se comporter comme un « bon » semi-conducteur à des températures inférieures, et comme un « mauvais » conducteur métallique à des températures plus élevées. «Avec un revêtement de ce matériau sur un substrat métallique, on peut obtenir une surface qui aura une basse émissivité thermique dans l’état froid et une émissivité thermique élevée dans l’état chaud» explique le chercheur.

L’équipe du LESO-PB travaille précisément sur des matériaux absorbants dans la gamme solaire et réfléchissant dans la gamme des moyens infrarouges, un distinguo que l’on peut faire selon la longueur d’onde. C’est ce qu’on appelle l’effet sélectif. L’innovation de ce projet consiste à avoir réussi à combiner un effet sélectif avec une fonction thermochrome – la couleur réagi et change avec la chaleur, un changement de phase qui se produit à 68 °C. Le nouveau matériau développé au laboratoire permet une absorption efficace de l’énergie solaire, tout en réduisant l’impact de la surchauffe.

L’équipe du (LESO-PB) Antonio Paone, Anna Krammer, Raman Kukreja et Olivia Bouvard

[1] Antonio Paone et al., Temperature-dependent multiangle FTIR NIR-MIR ellipsometry of thermochromic VO2 and V1-xWxO2 , accepted for publication in Solar Energy