Des propriétés à la nano-échelle au fonctionnement à grande échelle

Répondre à la demande mondiale en énergie de manière soutenable est l'un des défis les plus importants du XXIe siècle. La CES devrait répondre à 7 % des besoins mondiaux en énergie d'ici 2030 et jusqu'à un quart de ces derniers d'ici 2050. Cependant, les capteurs solaires cylindro-paraboliques actuels pour les systèmes de CES fonctionnent à environ 400 degrés Celsius, tandis que les nouvelles conceptions pour un meilleur rendement nécessitent de 20 à 25 ans d'exploitation à près de 600 degrés Celsius.

Le projet NECSO (Nanoscale enhanced characterisation of solar selective coatings), financé par l'UE, développe les outils nécessaires pour s'assurer que les revêtements absorbants sélectifs feront l'affaire. Les revêtements sélectifs solaires sont constitués de quatre couches de matériaux (anti-réflexion, absorbant, réflecteur infrarouge et anti-diffusion) appliquées avec de grandes machines sur plusieurs mètres carrés de substrat. Cependant, les performances de ces films à large surface dépendent essentiellement de propriétés à la nano-échelle telles que la rugosité, la dureté, la structure des cristaux, la composition et le spectre vibrationnel.

Les chercheurs développent des outils pour évaluer les propriétés à la nano-échelle et les corréler avec les performances optiques et la durée de vie. Le travail est soutenu par le développement de protocoles de caractérisation et de dégradation. Ceux-ci visent non seulement à prévoir la durée de vie, mais également à faciliter les tests pour étendre les conditions de fonctionnement en termes de températures et d'environnement général pour un meilleur rendement sans dégradation.

Au cours de la première période de référence, les revêtements absorbants solaires à couches ont été développés et déposés sur de petits échantillons plats et cylindriques avec un système de pulvérisation par dépôt physique en phase vapeur (PVD). Le système PVD permet de couvrir des tubes de 4 mètres, ce qui constitue l'objectif pour la démonstration finale de la technologie. En parallèle, les scientifiques ont développé et fabriqué un système de vieillissement thermique pour effectuer des tests de vieillissement sur des échantillons cylindriques sous des conditions de températures et de compositions gazeuses très bien contrôlées. Ces derniers permettront d'évaluer les effets de l'exposition à l'eau et à l'oxygène.

Les revêtements font maintenant l'objet de campagnes de test rigoureuses. Les valeurs de sélectivité solaire ont été calculées et le vieillissement thermique sous diverses températures a été conduit pour corréler la dégradation thermique et les performances optiques. L'équipe a également appliqué certaines techniques spectroscopiques dans l'objectif d'identifier des bandes spectrales associées à la dégradation, qui pourraient être utilisées comme indicateurs de la dégradation. Enfin, des spécimens ont également été soumis à des tests tribologiques et mécaniques pour évaluer des propriétés telles que l'adhérence, l'usure et la résistance aux rayures.

La technologie NECSO devrait soutenir le développement de revêtements absorbants solaires améliorés pour augmenter les rendements et accroître la durabilité des produits de prochaine génération. L'adoption à grande échelle pourrait avoir un impact majeur sur les émissions globales et le changement climatique tout en créant des emplois et en améliorant l'économie de l'UE.