Énergie solaire par batterie – The Green Living Guy, Green Guy
La Chine lance le flux redox d’énergie solaire sur batterie : récolter et stocker la lumière du soleil dans un seul appareil
Batterie sacrée à énergie solaire Batman !! Parce que des scientifiques de l’Université technologique de Nanjing en Chine viennent de déchiffrer un code majeur dans le domaine des énergies renouvelables. Au lieu d’utiliser des batteries et des panneaux solaires séparés, ils ont créé un seul appareil. Un véhicule qui capte la lumière du soleil et stocke l’énergie simultanément. Cette avancée pourrait changer notre façon de penser stockage d’énergie solaire pour toujours.
La technologie s’appelle une batterie solaire à flux redox (SRFB) ou pour moi c’est de l’énergie solaire sur batterie ! En outre, la production d’électricité solaire a atteint 4,3 % efficacité dans les tests réels. Bien que ce chiffre puisse paraître faible, il représente un énorme pas en avant pour les systèmes de stockage d’énergie solaire intégrés aux batteries.
Comment le stockage traditionnel de l’énergie solaire par batterie échoue
Actuellement, la plupart des installations d’énergie solaire par batterie fonctionnent en deux étapes distinctes. D’abord, les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité. Ensuite, le lithium-ion les batteries stockent cette électricité pour une utilisation ultérieure. Cependant, ce processus en deux étapes crée des pertes d’énergie à chaque point de conversion.
De plus, les configurations ou batteries traditionnelles pour l’énergie solaire nécessitent des systèmes de gestion de batterie coûteux. Ils ont également besoin d’onduleurs complexes pour gérer les conversions DC-AC. De plus, les batteries lithium-ion se dégradent avec le temps et contiennent des terres rares qui posent problème à l’environnement.
Les chercheurs chinois ont adopté une approche complètement différente. Au lieu de stocker l’électricité, leur l’appareil stocke l’énergie chimique directement de la lumière du soleil. Cela élimine les multiples étapes de conversion qui gaspillent généralement de l’énergie.
La science derrière l’énergie solaire sur batterie ou les batteries solaires à flux redox
Le SRFB combine deux technologies éprouvées en un seul système intégré. D’un côté, il utilise une cellule photovoltaïque en silicium amorphe à triple jonction comme composant absorbant la lumière. De l’autre côté, il utilise des solutions électrolytiques fluides qui subissent des réactions chimiques.
La magie opère avec la chimie à base d’anthraquinone. Deux solutions électrolytiques différentes circulent en permanence dans l’appareil. Le catholyte contient des molécules 2,6-DBEAQ, tandis que l’anolyte contient du K₄[Fe(CN)₆] composés. Ces produits chimiques subissent des réactions de réduction et d’oxydation lorsqu’ils sont exposés à l’énergie solaire.
Une membrane échangeuse d’ions Nafion spéciale maintient les deux électrolytes séparés. Cependant, cela permet toujours aux ions de se déplacer entre eux pendant les cycles de charge et de décharge. Cela crée une batterie chimique qui se charge directement à partir de la lumière du soleil sans avoir besoin d’un apport électrique externe.
La conception fluide offre des avantages significatifs par rapport aux batteries traditionnelles. Puisque les électrolytes sont stockés dans des réservoirs externes, le système peut théoriquement stocker une énergie illimitée. Vous ajoutez simplement plus de volume d’électrolyte pour augmenter la capacité de stockage.
Les principales innovations qui ont permis que cela fonctionne
Les tentatives précédentes de batteries solaires à flux redox se sont heurtées à de sérieux obstacles techniques. Les conceptions antérieures souffraient de corrosion des photoélectrodes et d’une chimie redox instable. Les électrolytes se décomposeraient rapidement, rendant les systèmes impraticables pour une utilisation réelle.
L’équipe Nanjing Tech a résolu ces problèmes grâce à une sélection minutieuse des matériaux. Leurs électrolytes à base d’anthraquinone s’avèrent beaucoup plus stables que les formulations précédentes. De plus, ils ont optimisé la compatibilité chimique entre la cellule photovoltaïque et les électrolytes en circulation.
L’appareil peut désormais se photocharger sans aucune polarisation électrique externe. Cela signifie qu’il fonctionne uniquement grâce à l’énergie solaire. De plus, il a réussi plus de 10 cycles de charge-décharge sans dégradation significative des performances.
En quoi cela diffère du stockage Solar Plus standard
La plupart installations solaires résidentielles suivent aujourd’hui un modèle prévisible. Les panneaux solaires génèrent de l’électricité en courant continu pendant la journée. Cette électricité alimente immédiatement votre maison ou est stockée dans des batteries lithium-ion pour une utilisation ultérieure. Tout excédent est généralement reversé au réseau électrique.
Les batteries solaires à flux redox fonctionnent fondamentalement différemment. Ils sautent complètement l’étape de production d’électricité. Au lieu de cela, la lumière du soleil entraîne directement des réactions chimiques dans les électrolytes en flux. Le produit chimique stocké l’énergie est ensuite reconvertie en électricité en cas de besoin.
Cette approche directe offre plusieurs avantages théoriques. Premièrement, il élimine les pertes d’énergie liées à la conversion DC-AC. Deuxièmement, cela réduit le nombre de composants électroniques susceptibles de tomber en panne au fil du temps. Troisièmement, elle offre potentiellement une durée de stockage beaucoup plus longue que les batteries lithium-ion.
Toutefois, les chiffres d’efficacité actuels racontent une histoire plus complexe. Avec 4,3 %, ces dispositifs sont encore loin derrière les panneaux solaires traditionnels en silicium, qui atteignent généralement un rendement de 20 à 22 %. De plus, l’ajout de stockage sur batterie aux panneaux traditionnels entraîne toujours une efficacité globale du système plus élevée malgré les pertes de conversion.
Les défis techniques doivent encore être résolus
Bien que cette avancée soit impressionnante, des obstacles importants subsistent avant le déploiement commercial. L’efficacité de 4,3 % doit être considérablement améliorée pour rivaliser avec les systèmes solaires et de stockage conventionnels. Les systèmes de batteries lithium-ion actuels atteignent des rendements aller-retour de 85 à 95 %.
Les coûts de fabrication présentent un autre défi majeur. Les électrolytes spécialisés et les membranes échangeuses d’ions sont coûteux à produire à grande échelle. De plus, la conception fluide nécessite des pompes et des systèmes de contrôle qui ajoutent de la complexité et des points de défaillance potentiels.
Les tests de stabilité à long terme sont encore limités. Même si l’appareil a survécu avec succès à 10 cycles, les batteries commerciales doivent fonctionner de manière fiable pendant des milliers de cycles sur 10 à 20 ans. De plus, les électrolytes à base d’anthraquinone peuvent se dégrader différemment selon diverses conditions environnementales.
L’équipe de recherche doit également s’attaquer aux problèmes de fuite d’électrolytes et de maintenance. Les systèmes de batteries fluides nécessitent historiquement plus de maintenance que les batteries lithium-ion à semi-conducteurs. Cela pourrait limiter leur attrait pour les applications résidentielles où la simplicité compte.
Applications du monde réel à l’horizon
Malgré les limitations actuelles, les batteries solaires à flux redox pourraient exceller dans des applications spécifiques. Le stockage des services publics à grande échelle présente l’opportunité la plus prometteuse à court terme. Les opérateurs de réseau ont souvent besoin d’un stockage de longue durée capable de décharger de l’énergie pendant 6 à 10 heures en continu.
Les batteries lithium-ion traditionnelles deviennent prohibitives pour des applications de si longue durée. Cependant, les batteries à flux peuvent stocker d’énormes quantités d’énergie en augmentant simplement la taille des réservoirs d’électrolyte. Cela les rend potentiellement rentables pour les projets à grande échelle.
Les installations industrielles éloignées pourraient également bénéficier de cette technologie. Les opérations minières, les tours de télécommunications et les stations de recherche opèrent souvent loin des réseaux électriques. Les batteries solaires à flux redox pourraient fournir des stockage d’énergie dans ces environnements difficiles.
Cette technologie pourrait éventuellement trouver des applications dans les secteurs maritime et aérospatial. La conception fluide pourrait théoriquement fonctionner en apesanteur ou sur des plates-formes mobiles mieux que les batteries chimiques traditionnelles. Cependant, de telles demandes restent hautement spéculatives à ce stade précoce.
Implications futures pour les énergies renouvelables
Cette recherche représente une étape importante vers une approche plus intégrée systèmes d’énergie renouvelable. Actuellement, les panneaux solaires, les batteries et les appareils électroniques de puissance sont fabriqués séparément par différentes entreprises. Les dispositifs intégrés tels que les SRFB pourraient simplifier les chaînes d’approvisionnement et réduire les coûts globaux du système.
La technologie ouvre également de nouvelles possibilités pour le stockage saisonnier de l’énergie. Les batteries traditionnelles se déchargent au fil des jours ou des semaines, ce qui les rend impropres au stockage de l’énergie solaire d’été. énergie pour l’hiver utiliser. Cependant, correctement les batteries à flux conçues pourraient potentiellement stocker de l’énergie pendant des mois avec des pertes minimes.
Le stockage de produits chimiques offre également des avantages en termes de stabilité du réseau. Les batteries traditionnelles répondent instantanément aux demandes de puissance, créant parfois une instabilité du réseau. Les batteries à flux peuvent être conçues avec des caractéristiques de réponse plus progressives qui complètent plutôt que perturbent les opérations du réseau.
La voie à suivre pour l’énergie solaire sur batterie
La percée de l’Université technologique de Nanjing prouve que les dispositifs intégrés de stockage d’énergie solaire par batterie sont techniquement réalisables. Il reste cependant d’importants travaux de développement à accomplir avant que ces systèmes puissent concurrencer commercialement les installations solaires et batteries traditionnelles.
L’amélioration de l’efficacité représente le défi le plus crucial. L’équipe de recherche se concentrera probablement sur l’optimisation des composants photovoltaïques et de la chimie des électrolytes pour atteindre des taux de conversion plus élevés. De plus, ils doivent démontrer une durée de vie opérationnelle beaucoup plus longue.
L’évolutivité de la fabrication présente un autre obstacle majeur. Les démonstrations en laboratoire utilisent souvent des matériaux et des processus coûteux qui ne se traduisent pas par une production de masse. Le succès commercial nécessitera le développement de méthodes de fabrication rentables pour les composants spécialisés.
Cette technologie ne représente qu’une approche pour résoudre stockage d’énergie renouvelable défis. D’autres chercheurs poursuivent différentes stratégies, notamment l’amélioration des produits chimiques lithium-ion, le stockage de l’hydrogène et les systèmes de stockage mécanique. Le gagnant sera finalement déterminé par des critères économiques plutôt que par de purs mérites techniques.
Néanmoins, cette avancée démontre que la pensée innovante peut encore produire des solutions surprenantes à des problèmes bien établis. Alors que l’adoption des énergies renouvelables s’accélère à l’échelle mondiale, l’énergie solaire sur batterie avec des approches intégrées peut s’avérer essentielle pour créer une véritable systèmes énergétiques durables.
Sources :