Des chercheurs arrivent à mettre au point une nouvelle cellule thermophotovoltaïque (TPV). Elle arriverait à convertir la chaleur en électricité avec un rendement supérieur à 40 %. Des « batteries thermiques » pourraient les accueillir. Cela offrirait une production d’énergie sans pièces mobiles.
Comment une cellule thermophotovoltaïque fonctionne-t-elle ?
Le fonctionnement des cellules TPV consiste à chauffer suffisamment les matériaux semi-conducteurs afin d’augmenter de manière conséquente l’énergie des protons. L’innovation propose une capture des photons à plus haute énergie. À plus haute température, les photons peuvent propulser un électron à travers la « bande interdite » du matériau. La production de l’énergie repose sur ce processus de franchissement.
La conception du MIT et du NREL (National Renewable Energy Laboratory) puise son énergie d’une source de chaleur entre 1 900 et 2 400 °C. Les chercheurs utilisent les alliages métalliques à « bande interdite » élevée. Cette dernière se place au-dessus d’un autre alliage à bande interdite légèrement inférieure. La couche élevée capture les photos les plus énergétiques. Ce processus a pour objectif de les convertir en électricité. Par contre, les moins énergétiques doivent traverser la première couche et augmentent la tension.
Tous les photons qui traversent les deux couches se trouvent renvoyés par un miroir. Ce dernier les renvoie vers la source de chaleur afin de se garder de tout gaspillage d’énergie. Ce nouveau concept TPV arrive à produire de l’électricité avec un rendement à hauteur de 40 %. Pour rappel, les cellules TPV déjà existantes atteignent seulement un rendement de 32 %. Ce pourcentage bas se trouve dû notamment à un fonctionnement sur des températures plus basses.
Des avantages comparés aux turbines à vapeur
Les turbines à vapeur peuvent donner le même rendement. Mais elles s’avèrent compliquées et limitées à basse température. Ainsi, le professeur du MIT Asegun Henry, explique les avantages des convertisseurs d’énergie à l’état solide. Cette technologie peut fonctionner à des températures plus élevées avec des entretiens et des coûts de maintenance moindre. Cela demeure possible avec l’absence de pièces mobiles. Ils restent immobiles tout en fournissant de l’énergie de manière fiable.
Dans une batterie thermique à l’échelle du réseau, le système absorberait l’excédent d’énergie des sources renouvelables comme le soleil. Ces énergies se stockeront dans des banques de graphite chaud et fortement isolées. De son côté, les cellules TPV pourraient modifier cette chaleur en électricité et l’injecter au réseau électrique.
La taille de la cellule expérimentale atteint juste 1 cm2. Les chercheurs devraient travailler sur une surface d’environ 1 000 m2 pour bénéficier de l’électricité au niveau du réseau. D’après toujours Asegun Henry, les cellules TPV restent la dernière étape afin de démontrer la viabilité des piles thermiques. Cela ouvrirait la voie au développement des énergies renouvelables. Nous devrions assurément nous diriger vers la mise en place de réseau entièrement décarboné.
Conclusion
La technologie existe déjà afin de créer pour une cellule thermophotovoltaïque. L’objectif est de les produire sur une plus grande échelle. Ainsi, Henry pense aux infrastructures déjà en place pour la conception des cellules voltaïques. Ces plateformes pourront s’adapter à la fabrication des cellules TPV.
Un optimiste invétéré qui ne prend presque rien pour acquis. Du moins, je suis de ceux qui disent : « fais mieux qu’hier ».