Après un premier opus pour découvrir les technologies éoliennes innovantes et alors que l’été s’est enfin installé, nous allons nous intéresser aux innovations dans le domaine de l’énergie solaire. L’un des enjeux est d’améliorer les panneaux photovoltaïques que nous connaissons bien, mais surtout de trouver d’autres moyens de tirer profit de cette énergie.
Les panneaux photovoltaïques deviennent invisibles : mais où sont-ils ?
Actuellement, le but est de rendre le maximum de surfaces productrices d’électricité grâce à l’installation facile et économique de panneaux photovoltaïques. C’est pourquoi, les scientifiques essaient de repenser le design des panneaux afin qu’ils s’intègrent au mieux au paysage.
Films photovoltaïques organiques (technologie OPV)
Les films créés sont extrêmement minces, souples et légers ce qui leur permet de s’adapter à un maximum de surfaces. Ils peuvent fonctionner avec une luminosité faible ou à des températures élevées contrairement au photovoltaïque classique dont le rendement est énormément impacté par les conditions de l’environnement. En outre, ces films n’utilisent pas de produits toxiques ni de matériaux rares, sont peu énergivores à la fabrication et leur durée de vie est nettement supérieure aux systèmes classiques. Seul inconvénient, pour l’instant le rendement maximal obtenu est de 13,2% (HeliaFilm de Heliatek) ce qui ne permet pas encore de concurrencer les systèmes habituels. Le procédé de fabrication consiste à déposer une couche d’encre photovoltaïque sur une pellicule souple à l’aide d’une imprimante jet d’encre (projet Inkjet OPV de DisaSolar) ou thermique (Beautiful light du Groupe ARMOR).
Une application de cette technologie outre les films photovoltaïques est : les textiles photovoltaïques. En effet, en plus d’être de bons isolants thermiques utiles pour l’efficacité énergétique des bâtiments, les textiles peuvent également être producteurs d’énergie puisque certains tissus arrivent à capter l’énergie solaire grâce à des cellules solaires imprimées. Par exemple, le projet Soltex, coordonné par Sunpartner Technologies et soutenu par BPI France et Capernergies, vise à mettre au point un fil textile photovoltaïque capable de s’intégrer dans les fils standards lors de la fabrication des tissus (ex : stores, toiles d’ombrages pour les bâtiments, les bâches de protection, les garnitures intérieures de voiture, de train ou d’avion). Les tissus pourraient alors produire jusqu’à 10 W/m2 à partir de lumière naturelle ou artificielle.
Films optiques (pour les écrans)
La filiale Wysips (What You See Is Photovoltaic Surface) de Sunpartner a mis au point un film photovoltaïque de 0,1mm d’épaisseur et transparent qui peut donc être installé sur des écrans de téléphones, ordinateurs portables ou encore des panneaux publicitaires afin de les alimenter en énergie en transformant la lumière du soleil ou d’une lampe électrique en électricité. La technologie se base sur un principe d’optique : elle utilise un ensemble de microlentilles qui permettent de concentrer la lumière vers de minces bandes de cellules photovoltaïques situées sur les côtés de l’écran. Le capteur solaire capte ainsi la lumière sous un certain angle tandis que l’observateur conserve une vision transparente de son image sous un autre angle. Fin mai 2016, Sunpartner s’est également doté d’une unité de production de vitrages photovoltaïques basés sur cette technologie afin d’augmenter le volume de production et être en mesure de suivre sa commercialisation.
Peinture solaire à pigment photosensible
Il s’agit d’appliquer sous forme de peinture une couche conductrice transparente, puis une couche semi-conductrice, et enfin un colorant photosensible sur le dessus (qui génère l’électricité), avant de faire sécher la peinture à la chaleur. Les chercheurs tentent de perfectionner les colorants photosensibles générateurs d’électricité. Les plus efficaces sont issus d’une famille de produits chimiques appelés pérovskites, qui convertissent environ 20 % de l’énergie solaire en électricité, plus que les panneaux solaires les plus efficaces actuellement sur le marché. Malheureusement, ces colorants contiennent du plomb, toxique. Les chercheurs devront donc mettre au point un colorant non toxique efficace, stable et directement utilisable par tout un chacun, partout où la lumière du soleil est disponible.
Et si les panneaux prenaient de la hauteur ?
Sur le même principe que les éoliennes volantes (cf. le premier article de cette série), des scientifiques franco-japonais du laboratoire NextPV (CNRS et Université de Tokyo) travaillent actuellement sur une ferme photovoltaïque en altitude afin d’améliorer les rendements et de diminuer l’emprise au sol des panneaux photovoltaïques. En effet, plus on monte en altitude moins il y a de nuages (ils disparaissent totalement au-delà de 20km d’altitude) : le facteur de charge(1) d’un ballon photovoltaïque à 5-6 km d’altitude pourrait avoisiner 50% contre une vingtaine de pourcents pour le parc photovoltaïque actuellement en service en France.
L’idée est de fixer des cellules photovoltaïques sur des ballons en polymères, situés à quelques kilomètres du sol et reliés à celui-ci par un câble. De plus, ces ballons seraient associés à des piles à combustible afin de produire de l’électricité mais aussi de l’hydrogène par électrolyse de l’eau dans la journée et d’utiliser cet hydrogène de nuit pour produire de l’électricité. Ainsi, on peut stocker une partie de l’énergie solaire et également maintenir le ballon dans les airs facilement.
Le démonstrateur sera probablement un ballon de 30 m de rayon et d’une puissance de 1MW.
Transformer le rayonnement solaire en hydrogène : que demander de plus ?
La technologie chimique solaire (photo-électrolyse) a été identifiée par la Breakthrough Energy Coalition formée par Bill Gates pour le développement des énergies propres. Le but : utiliser l’énergie solaire pour créer de l’hydrogène. « L’application la plus simple repose sur une sorte de sandwich de cellules : une série de catalyseurs séparés par une membrane avec un revêtement capteur de lumière sur le dessus et le dessous. Ces cellules utilisent la lumière du soleil pour générer suffisamment d’énergie pour séparer l’eau en oxygène et hydrogène, ce dernier pouvant servir directement de carburant ». Le principal avantage de cette technologie, appelée électrolyse de l’eau, est de rendre l’énergie solaire stockable en la transformant en hydrogène. À l’heure actuelle, les systèmes comprenant une cellule photovoltaïque classique permettent de produire de l’hydrogène par électrolyse à un coût de 15 euros par kilogramme au mieux. Mais, des scientifiques ont récemment réussi à diviser ce coût par 3 en utilisant de la rouille à la place du platine pour les électrodes. Cependant, le rendement reste faible.
Le soleil n’a pas fini de nous étonner ! Les scientifiques veulent tirer profit au maximum de cette source colossale d’énergie qui nous arrive chaque jour en réduisant les effets de l’intermittence (notamment via le stockage) et surtout en mettant à profits tous les espaces et objets grâce à des films photovoltaïques transparents, des peintures photovoltaïques, des textiles photovoltaïques, des ballons photovoltaïques, des routes solaires…
Prochainement nous nous intéressons aux énergies marines et nous comprendrons tout le potentiel de notre planète bleue.
(1)Facteur de charge : rapport entre l’énergie électrique effectivement produite par un appareil sur une période de temps donnée et l’énergie qu’il aurait produit s’il avait fonctionné à sa puissance nominale durant toute la période.
Sources : https://www.lenergieenquestions.fr/un-panneau-solaire-nocturne-realite-ou-fiction/ http://www.connaissancedesenergies.org/un-film-photovoltaique-bientot-sur-vos-ecrans-111214 https://www.edf.fr/entreprises/le-mag/expertise-innovation/solutions-textiles-l-innovation-energetique-a-la-fibre http://www.faiteslepleindavenir.com/2016/02/04/films-solaires-organiques-armor/ https://www.gatesnotes.com/~/media/Files/Energy/Energy_Innovation_French_11_30_2015.pdf?la=en http://www.connaissancedesenergies.org/vers-une-ferme-photovoltaique-20-km-daltitude-160122
Article très intéressant. Ces recherches semblent très prometteuses pour l’utilisation de l’énergie solaire. Merci de me les avoir fait connaître