Les générateurs thermophotovoltaïques (TPV) exploitent l'effet photovoltaïque pour transformer la chaleur en électricité, en se connectant facilement à diverses sources de chaleur telles que les flux de chaleur résiduelle à haute température, l'électricité renouvelable intermittente, les combustibles et les systèmes solaires thermiques à concentration. Dans un système TPV, le rayonnement émis est dirigé vers la cellule photovoltaïque froide, facilitant ainsi le transfert de chaleur vers l'émetteur thermique. Des stratégies comme la réflexion ou la suppression du rayonnement thermique de basse énergie (hors bande) réduisent l'apport de chaleur, tandis que l'absorption des photons de haute énergie (dans la bande) par la cellule génère des paires électron-trou.
Ce procédé de conversion offre une solution de production d'électricité silencieuse et proche du lieu de consommation, présentant des avantages par rapport aux générateurs conventionnels et aux cycles de production d'électricité traditionnels. Cette technologie innovante permet non seulement de valoriser la chaleur à basse température, auparavant considérée comme un déchet, pour le chauffage des locaux, mais aussi de produire de l'eau chaude sanitaire. La cellule thermophotovoltaïque révolutionnaire, représentant un nouveau type de cellule solaire convertissant l'énergie thermique en énergie électrique, a le potentiel de transformer la production d'électricité en améliorant l'efficacité et le respect de l'environnement.
Quels sont les matériaux utilisés dans les cellules TPV ?
Les cellules TPV à bande interdite étroite comprennent l'antimoniure de gallium (GaSb), l'arséniure d'indium-gallium (InGaAs) et plusieurs autres matériaux tels que le germanium (Ge) et l'arséniure d'indium (InAs). Elles comprennent également l'arséniure d'indium-gallium-antimoniure (InGaAsSb), l'arséniure d'indium-antimoniure-phosphure (InAsSbP) et l'arséniure d'indium-gallium-antimoniure-phosphure (InGaAsSbP).
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Comment fonctionnent les cellules TPV ?
Contrairement aux systèmes solaires photovoltaïques, les systèmes thermophotovoltaïques (TPV) peuvent fonctionner pendant de longues périodes à une température de chauffage plus basse. Ce système comprend quatre composants essentiels :
- un générateur produisant de l'énergie thermique par combustion de carburant,
- un radiateur convertissant l'énergie thermique en un Spectre d'émission,
- un filtre alignant le spectre d'émission avec une cellule TPV, et
- la cellule TPV convertissant le rayonnement photonique en énergie électrique.
Les performances de chaque composant ont été analysées en détail, avec une attention particulière portée à la cellule TPV, élément essentiel qui convertit directement le rayonnement photonique en électricité. La cellule TPV fonctionne en absorbant la chaleur et en la transformant en lumière , laquelle est ensuite convertie en énergie électrique. Ce processus est similaire à celui d'une cellule solaire classique, mais s'avère plus efficace que les cellules solaires traditionnelles qui convertissent directement la lumière du soleil en électricité. Il est important de noter que le rendement d'une cellule thermophotovoltaïque dépend de la température de la source de chaleur : plus la température est élevée, plus le rendement est important.
Voir aussi : Qu’est-ce qu’un système solaire thermique à concentration ?
Quelles sont les utilisations des cellules TPV ?
Les cellules thermophotovoltaïques présentent une variété d’applications :
1. Centrales électriques
Ces cellules constituent une option intéressante pour la production d’électricité dans les centrales électriques, capables de convertir l’électricité à partir de n’importe quelle source de chaleur.
2. Les automobiles
Les cellules thermophotovoltaïques, en fournissant une source d'énergie, ont le potentiel d' améliorer l'efficacité et le respect de l'environnement des véhicules électriques.
3. Vaisseau spatial
L'application comprend des engins spatiaux dans lesquels des cellules thermophotovoltaïques pourraient générer de l'électricité, réduisant ainsi la dépendance aux ressources de la Terre.
4. Électronique portative
Les cellules thermophotovoltaïques ont le potentiel d’alimenter des appareils électroniques portables tels que des ordinateurs portables et des téléphones portables.
5. Joints automobiles et industriels
Les joints automobiles et les joints de tuyauterie, notamment dans les environnements exigeant une résistance à la chaleur jusqu'à 120 °C, en sont des exemples d'applications. Les joints thermoplastiques (TPV) présentant des valeurs de dureté Shore comprises entre 45A et 45D sont parfaitement adaptés aux applications automobiles sous capot nécessitant une résistance accrue à la température et à l'huile.
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