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Les nouvelles conceptions de fenêtres peuvent-elles aider les bâtiments à produire leur propre énergie?

Les nouvelles conceptions de fenêtres peuvent-elles aider les bâtiments à produire leur propre énergie?

Fenêtres d'immeuble de bureaux [Image: C P Storm, Flickr]

Les bâtiments modernes représentent actuellement environ 40 pour cent de l'énergie consommée dans les pays développés, dont les deux tiers peuvent être attribués au chauffage et à la climatisation. Cependant, au fil des ans, un certain nombre de conceptions de fenêtres innovantes sont apparues dans le cadre des tentatives globales du secteur de l'énergie et des instituts de recherche pour réduire la consommation d'énergie et réduire les coûts.

L’une des innovations les plus récentes est la «fenêtre intelligente» à économie d’énergie mise au point par l’University College London (UCL). Cette conception, encore très en phase de test, intègre une fonction antireflet constituée de nanostructures qui réduisent la quantité de lumière réfléchie autour d'une pièce à moins de 5%. Les nanostructures sont disposées selon un motif qui émule les qualités antireflet de certains insectes tels que les mites, contribuant ainsi à réduire l'éblouissement. Les fenêtres ont également une fine couche de dioxyde de vanadium qui empêche la chaleur de s'échapper du bâtiment les jours froids tout en empêchant également l'entrée du rayonnement infrarouge de la lumière du soleil les jours chauds.

Les nanostructures ont également été conçues pour réduire l'adhérence de l'eau, de sorte que les gouttes de pluie ont tendance à rouler sur le verre, collectant la poussière et la saleté pendant qu'elles le font, rendant les fenêtres, en effet, partiellement autonettoyantes. L'objectif général du projet, financé en partie par le Conseil de recherche en ingénierie et sciences physiques (EPSRC), est d'économiser de l'énergie, de réduire les coûts de nettoyage et de réduire les factures de chauffage de 40%.

L'équipe de recherche de l'UCL, dirigée par le Dr Ioannis Papakonstantinou, espère que ces fenêtres seront disponibles dans le commerce d'ici trois à cinq ans. Pendant ce temps, l'équipe vise également à développer un film polymère intelligent qui pourrait être installé sur les fenêtres existantes pour offrir le même type d'effet autonettoyant et d'économie d'énergie.

Les fenêtres sont également fabriquées avec des revêtements générateurs d'électricité qui génèrent de l'énergie renouvelable. SolarWindow Technologies, qui a annoncé qu'elle testait un tel produit en mars de l'année dernière, est une entreprise qui produit de tels modèles. L’objectif de la société était de développer une fenêtre capable de générer de l’énergie, offrant un retour sur investissement en un an. En août, SolarWindow a annoncé que sa nouvelle fenêtre pourrait générer 50 fois la quantité d'énergie produite par les panneaux solaires conventionnels par bâtiment, ainsi que la production de revêtements générateurs d'énergie pour les fenêtres existantes faites de matériaux organiques tels que le carbone, l'hydrogène, l'azote et l'oxygène. Ces revêtements devraient être installés à l'intérieur d'une fenêtre afin de protéger les cellules solaires. L'énergie sera générée par un certain nombre de fils «invisibles» à l'intérieur du revêtement.

[Image: SolarWindow Technologies]

SolarWindow n'est pas le seul à travailler sur de telles conceptions. Des chercheurs de la Michigan State University ont créé une fenêtre de production d'énergie entièrement transparente en août 2014. La fenêtre agit comme une cellule solaire photovoltaïque et a été, comme le produit de SolarWindow, conçue pour les immeubles de grande hauteur tels que les immeubles de bureaux et d'appartements dans les villes américaines. La recherche est menée par la startup Ubiquitous Energy du MIT, cofondée par Richard Lunt, professeur assistant en génie chimique et science des matériaux à la Michigan State University. La façon dont la fenêtre fonctionne est qu'elle récolte la partie invisible du spectre solaire tout en laissant passer la lumière visible, contrairement aux autres `` fenêtres solaires '' qui ne sont que `` partiellement transparentes '', du fait que la production solaire photovoltaïque nécessite normalement l'absorption de photons afin de les convertir en électrons. Cela signifie que la création d'une cellule photovoltaïque entièrement transparente est fondamentalement impossible. Si une fenêtre tente de suivre l'approche PV, une partie de la lumière doit au moins être absorbée par la fenêtre, la rendant au mieux partiellement transparente.

La Michigan State University et Ubiquitous Energy ont suivi une approche différente en ce sens qu’elles ont développé un «concentrateur solaire luminescent transparent» (TLSC) qui se compose de sels organiques qui absorbent des longueurs d’onde spécifiques de la lumière ultraviolette et infrarouge. Celles-ci sont ensuite luminescentes comme une autre longueur d'onde non visible de la lumière infrarouge qui est guidée vers le bord de la fenêtre où des bandes de matériau PV conventionnel, visibles sous forme de bandes noires le long du bord de la feuille de plastique, la convertissent en électricité.

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À l'heure actuelle, le TLSC n'a qu'une efficacité d'environ 1%, mais les chercheurs pensent que cela pourrait augmenter avec une production de masse. Cela pourrait ensuite être utilisé pour les fenêtres des immeubles de grande hauteur ou, à plus petite échelle, pour les écrans d'affichage des appareils mobiles.

Certaines fenêtres génératrices d'énergie peuvent réduire la température de l'air intérieur dans un bâtiment, en d'autres termes, fournir un effet de refroidissement. Solaria développe une fenêtre incorporant des bandes de 2,5 mm de PV intégré dans le verre de la fenêtre qui non seulement génère de l'énergie mais réduit également le «coefficient de gain de chaleur solaire», l'effet de la lumière du soleil sur la température interne.

Reste à voir dans quelle mesure ces innovations seront efficaces une fois qu'elles seront mises sur le marché, en supposant qu'elles soient commercialisées avec succès. À l'heure actuelle, la plupart d'entre eux sont encore en cours de test et de développement et ce secteur de niche en est encore à ses balbutiements.

Néanmoins, si des conceptions de fenêtres peuvent être produites qui génèrent de l'énergie de manière efficace et efficiente, ce sera un pas de plus vers les bâtiments capables de produire de l'énergie totalement par eux-mêmes, de distribuer la production d'énergie plus localement, d'économiser l'énergie et les coûts et de réduire les émissions de carbone.

Cela pourrait être assez excitant - si cela fonctionne.


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