L'éclairage intérieur, une nouvelle source d'énergie pour nos appareils intelligents ?

De nos jours, l’Internet des Objets (IoT) offre une personnalisation et une commodité accrues aux appareils qui facilitent la gestion de nos maisons. Cette technologie implique souvent des câbles électriques enchevêtrés ou des batteries nécessitant un remplacement régulier.

Une solution à ce problème pourrait résider dans l’application de la technologie des panneaux solaires à l’intérieur des maisons pour alimenter ces appareils intelligents. Des chercheurs ont récemment présenté dans une études les systèmes photovoltaïques (PV) les plus efficaces sous des LED blanches froides, un type d’éclairage intérieur courant.

La différence entre l’éclairage intérieur et la lumière du soleil

Il est important de noter que l’éclairage intérieur diffère de la lumière du soleil. Les ampoules sont moins lumineuses que le soleil, et la lumière du soleil comprend des rayons ultraviolets, infrarouges et visibles, tandis que les lumières intérieures émettent généralement de la lumière provenant d’une région plus étroite du spectre.

Les scientifiques ont trouvé des moyens d’exploiter l’énergie du soleil, en utilisant des panneaux solaires PV, mais ces panneaux ne sont pas optimisés pour convertir la lumière intérieure en énergie électrique.

Les matériaux PV de nouvelle génération

Certains matériaux PV de nouvelle génération, y compris les minéraux de pérovskite et les films organiques, ont été testés avec de la lumière intérieure, mais il n’est pas clair quels sont les plus efficaces pour convertir la lumière non naturelle en électricité.

De nombreuses études utilisent différents types de lumières intérieures pour tester les PV fabriqués à partir de différents matériaux. C’est pourquoi Uli Würfel et ses collègues ont comparé une gamme de différentes technologies PV sous le même type d’éclairage intérieur.

Les résultats de l’étude

Les chercheurs ont obtenu huit types de dispositifs PV, allant du silicium amorphe traditionnel aux technologies à couches minces telles que les cellules solaires sensibilisées par des colorants. Ils ont mesuré la capacité de chaque matériau à convertir la lumière en électricité, d’abord sous une lumière solaire simulée, puis sous une lumière LED blanche froide.

Les cellules PV en phosphure de gallium indium ont montré la plus grande efficacité sous la lumière intérieure, convertissant près de 40% de l’énergie lumineuse en électricité.

Comme les chercheurs s’y attendaient, la performance du matériau contenant du gallium sous la lumière du soleil était modeste par rapport aux autres matériaux testés en raison de sa large bande interdite. Un matériau appelé silicium cristallin a démontré la meilleure efficacité sous la lumière du soleil mais était moyen sous la lumière intérieure.

Le phosphure de gallium indium n’a pas encore été utilisé dans les cellules PV disponibles commercialement, mais cette étude indique son potentiel au-delà de l’énergie solaire, selon les chercheurs.

En synthèse

Cependant, ils ajoutent que les matériaux contenant du gallium sont coûteux et peuvent ne pas constituer un produit de masse viable pour alimenter les systèmes de maison intelligente. En revanche, les cellules PV en minéraux de pérovskite et en films organiques sont moins coûteuses et ne présentent pas de problèmes de stabilité sous les conditions d’éclairage intérieur.

De plus, dans l’étude, les chercheurs ont identifié qu’une partie de l’énergie lumineuse intérieure produisait de la chaleur au lieu de l’électricité – une information qui aidera à optimiser les futurs PV pour alimenter les appareils intérieurs.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’Internet des Objets (IoT) ?

L’Internet des Objets (IoT) fait référence à la connexion d’appareils ou de systèmes via Internet, permettant l’échange et la collecte de données. Cela comprend tout, des systèmes de sécurité domestique connectés au Wi-Fi aux toilettes intelligentes.

Qu’est-ce que la technologie des panneaux solaires ?

La technologie des panneaux solaires utilise des systèmes photovoltaïques (PV) pour convertir la lumière du soleil en électricité. Ces systèmes sont généralement utilisés en extérieur, mais les chercheurs ont commencé à les utiliser en intérieur pour alimenter les appareils intelligents.

Comment la lumière intérieure diffère-t-elle de la lumière du soleil ?

La lumière intérieure est généralement moins lumineuse que la lumière du soleil et provient d’une région plus étroite du spectre. Par exemple, les LED blanches froides, un type courant d’éclairage intérieur, n’émettent pas de lumière ultraviolette ou infrarouge comme le fait le soleil.

Quels sont les matériaux PV de nouvelle génération ?

Les matériaux PV de nouvelle génération incluent les minéraux de pérovskite et les films organiques. Ces matériaux ont été testés avec de la lumière intérieure, mais il n’est pas clair quels sont les plus efficaces pour convertir la lumière non naturelle en électricité.

Quels sont les avantages et les inconvénients des différents types de cellules PV ?

Les cellules PV en phosphure de gallium indium ont montré la plus grande efficacité sous la lumière intérieure, convertissant près de 40% de l’énergie lumineuse en électricité. Cependant, ces matériaux sont coûteux et peuvent ne pas être viables pour une production de masse. D’autre part, les cellules PV en minéraux de pérovskite et en films organiques sont moins coûteuses et ne présentent pas de problèmes de stabilité sous les conditions d’éclairage intérieur.

Principaux enseignements

Enseignements
L’Internet des Objets (IoT) apporte une personnalisation et une commodité aux appareils qui aident à gérer les maisons.
Les chercheurs ont apporté la technologie des panneaux solaires à l’intérieur pour alimenter les appareils intelligents.
La lumière intérieure diffère de la lumière du soleil, les ampoules sont moins lumineuses que le soleil.
Les cellules PV en phosphure de gallium indium ont montré la plus grande efficacité sous la lumière intérieure, convertissant près de 40% de l’énergie lumineuse en électricité.
Les matériaux contenant du gallium sont coûteux et peuvent ne pas constituer un produit de masse viable pour alimenter les systèmes de maison intelligente.
Les cellules PV en minéraux de pérovskite et en films organiques sont moins coûteuses et ne présentent pas de problèmes de stabilité sous les conditions d’éclairage intérieur.

Résumé

Le photovoltaïque (PV) est un candidat intéressant pour alimenter le marché en pleine croissance des appareils intelligents de l’internet des objets (IoT), tels que les capteurs, les actionneurs et les objets portés sur soi. L’utilisation de cellules solaires et de batteries rechargeables pour alimenter les appareils IoT permet d’éviter le remplacement coûteux de batteries jetables et de réduire l’impact sur l’environnement. Les appareils IoT sont souvent utilisés à l’intérieur sous une lumière artificielle, qui diffère de la lumière du soleil (extérieure) car elle a un spectre beaucoup plus étroit, principalement visible, avec une intensité généralement inférieure d’un facteur de 500 à 1000. Dans ce travail, les performances des dispositifs de pointe de huit technologies PV différentes (silicium amorphe et cristallin, séléniure de cuivre indium gallium, tellurure de cadmium, III-V, organique, à colorant et pérovskite) sont comparées dans des conditions d’éclairage intérieur identiques. Leurs performances sous de faibles éclairements entre 100 et 1000 lx sont analysées, et l’importance cruciale d’une résistance parallèle suffisamment grande est mise en évidence. Les matériaux absorbants avec des bandes interdites plus larges présentent moins de pertes par thermalisation et atteignent donc des rendements de conversion de puissance plus élevés, en accord avec les attentes théoriques. Le meilleur dispositif, une cellule solaire au phosphure de gallium et d’indium, avec une bande interdite de 1,89 eV, présente un rendement record de 39,9 % sous une lumière LED blanche froide de 500 lx.