L’invention d’un mur-rideau solaire avec un « vitrage sous vide » pour isoler et produire de l’électricité simultanément

Les murs-rideaux transparents conventionnels procurent des vues dégagées sur l’extérieur et laissent la lumière naturelle pénétrer à l’intérieur d’un immeuble. Mais ils ont aussi l’inconvénient d’afficher une efficacité d’isolation thermique moins satisfaisante. En raison de cette défaillance, la consommation énergétique d’un bâtiment augmente d’environ 40 à 50 % pour garantir le confort thermique de ses occupants. Actuellement, dans une démarche de lutte contre le changement climatique, il est de mise de réduire l’impact carbone du secteur du bâtiment, qui est principalement lié à l’utilisation d’énergies d’origine fossile. De nombreux immeubles modernes en zones urbaines peuvent contribuer à cet effort en adoptant des murs-rideaux à haute efficacité énergétique. Dans cette étude, une équipe de scientifiques chinois est parvenue à concevoir un système de mur-rideau photovoltaïque (PV) avec un vitrage sous vide. Cette innovation serait efficace sur tous les plans : l’isolation thermique, la production d’énergie, la luminosité naturelle et la vue. Découverte.

Les spécificités de ce mur-rideau solaire

Ce groupe de recherche de l’Université Jiao Tong et de l’Université de Hunan, en Chine, a mis au point une conception optimisée des murs-rideaux PV en verre. Il a pu créer des fenêtres multifonctions qui permettent de profiter de la lumière du jour (sans éblouissement), de la vue extérieure, d’une efficacité d’isolation thermique élevée et d’une production d’énergie verte. Selon ces scientifiques, un mur-rideau équipé d’une couverture PV dense permet de refroidir l’intérieur d’un bâtiment et réduit la vue et l’entrée de la lumière naturelle. En revanche, un mur-rideau avec une faible couverture PV laisse davantage passer la chaleur du soleil. Il pourrait aider à faire baisser la consommation d’énergie pour le chauffage et l’éclairage.

Ainsi, ces chercheurs ont développé une solution combinant les avantages de ces deux options précédentes. Leur échantillon est composé d’un verre feuilleté photovoltaïque à base de tellurure de cadmium (CdTe), d’une cavité d’air et d’une couche de vitrage sous vide. Les cellules solaires ont été sectionnées en bandes au laser. L’équipe a régulé la transmittance du modèle en variant la densité d’arrangement des bandes de cellules solaires. Ces dernières ont été accolées pour obtenir différentes sections à densité distincte selon l’usage souhaité (production d’énergie en bas, accès de la lumière naturelle en haut et vue extérieure au milieu).

Les résultats obtenus lors de la recherche

Ces scientifiques ont pu optimiser la taille et le taux de couverture PV de chacune des sections composant un mur-rideau. Ils ont utilisé un logiciel Window pour développer les modèles correspondant à chaque section. Puis, ils ont transféré les caractéristiques optothermiques des modèles générés vers des logiciels EnergyPlus et Radiance afin de co-simuler la partie « lumière naturelle » et la partie « production d’électricité ». Ils ont également recouru à la méthode de décision à critères multiples Topsis pour déterminer la configuration optimale du mur-rideau PV à vitrage sous vide cloisonné. Les résultats ont montré que la conception idéale inclut une couverture PV de 90 % pour la partie production d’énergie, de 40 % pour la partie réservée à la vue et de 50 % pour la partie laissant passer la lumière.

Avec cette configuration, un bâtiment pourrait atteindre une consommation énergétique nette zéro et un indice de lumière du jour utile de 82,8 %. Il pourrait produire un surplus d’énergie propre de 62,7 kWh. D’ailleurs, chaque section contribue à obtenir des performances d’isolation thermique élevées, selon ce rapport de recherche. L’échantillon du mur-rideau PV avec un vitrage sous vide aurait réduit de 64 % les déperditions de chaleur en hiver par rapport aux fenêtres à double vitrage traditionnelles. De plus, une baisse de 42 % du coefficient de gain de chaleur solaire a été remarquée au cours de l’étude. Plus d’informations : Science Direct.

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