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L’idée de fenêtres solaires transparentes semble presque trop belle pour être vraie, et elle l’est, mais pas entièrement. Depuis des années, les chercheurs s’acharnent à relever le défi d’exploiter la lumière du soleil pour produire de l’électricité à partir de fenêtres transparentes. Le prix est des hectares sur des hectares de nouveaux sites pour les panneaux solaires sur les bâtiments, sans perdre les avantages d’économie d’énergie de l’éclairage naturel. Il suffit de regarder n’importe quel bâtiment en verre et vous pouvez pratiquement sentir l’éclosion des possibilités. Les obstacles sont nombreux mais il semble qu’une véritable percée soit enfin à portée de main, pour ainsi dire.
Fenêtres solaires transparentes, pour de vrai
Des cellules solaires transparentes rebondissent autour du CleanTechnica radar depuis au moins 2010, lorsque la possibilité de créer une fenêtre solaire transparente commençait à émerger aux côtés de la technologie solaire à couche mince.
La technologie solaire à couche mince est exactement ce que cela ressemble. Au lieu d’un panneau solaire rigide et volumineux que personne ne peut voir à travers, la plate-forme à couche mince consiste à fabriquer des cellules solaires flexibles sous la forme d’une solution qui peut être littéralement peinte sur diverses surfaces, permettant à la lumière du soleil de s’infiltrer.
L’un des premiers obstacles entre les cellules solaires entièrement transparentes et le marché commercial est le passage des échantillons de laboratoire à une taille commercialisable.
Ce problème a commencé à disparaître de l’image, mais les chercheurs s’affairent toujours à manipuler du graphène et d’autres réglages de haute technologie pour s’attaquer au vrai problème, à savoir comment formuler une fenêtre solaire vraiment transparente qui fonctionne suffisamment efficacement pour justifier le coût.
MSU plonge dans le territoire transparent des cellules solaires
Le dernier buzz sur les cellules solaires transparentes a été déclenché en août dernier, lorsque l’Université d’État du Michigan a annoncé la rénovation de son bâtiment des sciences biomédicales et physiques avec des fenêtres solaires entièrement transparentes.
Pour être clair, le projet MSU est plus un plongeon qu’un plongeon. Pourtant, il semble plus ambitieux que d’autres projets de transparence à faire surface cette année. Le nouveau panneau solaire MSU consiste en une installation de 100 pieds carrés de panneaux transparents au-dessus de l’entrée principale du bâtiment. Si tout se passe comme prévu, ce qui est probablement le cas, l’idée est de récolter suffisamment de lumière solaire pour éclairer l’atrium.
Fenêtres transparentes qui produisent de l’électricité
La société à l’origine du projet est Ubiquitous Energy, qui a été co-fondée par le professeur MSU Richard Lunt, titulaire du professeur Johansen Crosby de génie chimique et de science des matériaux au College of Engineering de l’école.
Vous avez tout ça ? Bon! La contribution de Lunt au domaine des cellules solaires transparentes est une fenêtre qui ressemble exactement au verre conventionnel, mais elle trie la lumière visible de la lumière invisible aux deux extrémités du spectre, c’est-à-dire la lumière ultraviolette et infrarouge. La lumière visible passe à travers et le reste est mis au travail pour produire de l’électricité.
C’est une tournure intéressante, car normalement on pourrait penser que la lumière du soleil visible fait tout le gros du travail dans une cellule solaire. C’est peut-être le cas, mais des chercheurs comme Lunt ont également découvert que la lumière invisible peut également générer une part importante d’électricité.
En 2017, MSU a présenté le travail de Lunt et a expliqué que lui et son équipe « ont été les pionniers du développement d’un concentrateur solaire luminescent transparent qui, lorsqu’il est placé sur une fenêtre, crée de l’énergie solaire sans perturber la vue. Le matériau fin, semblable à du plastique, peut être utilisé sur des bâtiments, des vitres de voiture, des téléphones portables ou d’autres appareils avec une surface transparente.
« Le système de récolte solaire utilise des molécules organiques développées par Lunt et son équipe pour absorber les longueurs d’onde invisibles de la lumière du soleil. Les chercheurs peuvent « régler » ces matériaux pour capter uniquement les longueurs d’onde ultraviolettes et proches infrarouges qui convertissent ensuite cette énergie en électricité », ajoute MSU.
Bien sûr, les cellules solaires transparentes ne se classent pas aussi haut sur le tableau d’efficacité de conversion solaire que leurs homologues conventionnels, car elles ne tirent pas pleinement parti de toute la lumière du soleil qui les frappe. Pourtant, la technologie d’Ubiquitous Energy offre un rendement de conversion respectable de 10 % à un coût relativement bas, grâce à l’utilisation de matériaux abondants et peu coûteux.
L’emplacement de l’installation MSU suggère également que les installateurs solaires peuvent aider à réduire les coûts en plaçant des réseaux de cellules solaires transparentes à ou près de leur utilisation finale, ce qui contribuerait à réduire les dépenses liées au câblage et à d’autres systèmes électriques.
En avant et vers le haut pour Windows qui fonctionne
Quant aux prochaines étapes, c’est une question intéressante. Nos amis d’EnergySage ont récemment examiné le marché, et jusqu’à présent, il semble qu’Ubiquitous Energy soit le premier à proposer une forme vraiment transparente de technologie photovoltaïque qui ressemble à une fenêtre ordinaire.
EnergySage prend note d’une autre approche, qui consiste à traiter uniquement les bords d’une vitre comme des cellules solaires, laissant la majeure partie de la surface en verre standard. Cette approche a été adoptée par la société de cellules solaires Physee, commercialisée sous le nom POWER+.
« POWER+ est notre revêtement de verre générant de l’énergie. Il dirige la lumière du soleil sur les cellules solaires intégrées dans PowerWindows. Sans affecter la transparence de son verre, les fenêtres produiront la même énergie qu’1/5 d’un panneau solaire placé sur le toit d’un bâtiment », explique Physee.
La fenêtre high-tech du futur
Physee applique également son savoir-faire solaire aux serres, mais pas pour produire de l’électricité. Le revêtement PAR+ de la société est conçu pour augmenter les rendements des serres en transformant la lumière ultraviolette, que les plantes ne peuvent pas utiliser, en lumière visible, qu’elles peuvent utiliser.
Pendant ce temps, les chercheurs continuent de s’attaquer au défi des cellules solaires transparentes.
Parmi les développements intéressants cette année, citons une nouvelle conception de nanofils de silicium visant à améliorer l’efficacité de la conversion solaire et l’application de fullerènes (pensez au carbone et à Buckminster Fuller) pour améliorer la transparence.
Fenêtres solaires transparentes et environnement bâti
Ubiquitous Energy a certainement mis MSU sur la carte des cellules solaires. Un autre domaine d’intérêt émergent dans le domaine solaire est celui des panneaux solaires flottants, et MSU est également présent partout.
L’année dernière, une équipe de chercheurs de MSU a réalisé une étude indiquant que la poussée pour la construction de nouveaux barrages hydroélectriques pourrait être atténuée en utilisant la surface des barrages existants pour installer des panneaux flottants de panneaux solaires.
Le dénominateur commun avec les recherches de Lunt est l’utilisation de l’environnement bâti pour générer de l’énergie propre, plutôt que de détruire les habitats naturels pour de nouvelles constructions.
L’accent mis sur l’utilisation de sites pré-développés pour l’énergie solaire s’étend également aux terres agricoles. Les experts de MSU voient beaucoup de potentiel dans le nouveau domaine de l’agrovoltaïque, dans lequel les panneaux solaires montés au sol sur les terres agricoles sont élevés de plusieurs pieds plus haut que la pratique habituelle.
Les panneaux solaires surélevés permettent de faire paître le bétail ou de maintenir les habitats des pollinisateurs. Les panneaux solaires surélevés peuvent également apporter des avantages à l’agriculture régénérative, en réduisant l’évaporation et en conservant l’eau.
Les preuves s’accumulent que les rendements de certaines cultures vivrières peuvent également s’améliorer en raison de l’ombre partielle et des avantages régénératifs des panneaux solaires.
Si tout se passe comme prévu, la ferme verte étincelante du futur arborera des panneaux solaires sur le toit et des fenêtres solaires transparentes qui donnent également sur des hectares de champs luxuriants et de panneaux solaires.
Soit dit en passant, si vous avez beaucoup entendu parler de l’agrovoltaïque récemment, n’oubliez pas que vous l’avez entendu ici en premier. CleanTechnica a commencé à couvrir la tendance solaire plus agricole en 2019, y compris une tournure intéressante dans laquelle les panneaux solaires pourraient aider à sauver, et non à détruire, toute une industrie.
Suivez-moi sur Twitter @TinaMCasey.
Photo (capture d’écran) : Fenêtres solaires transparentes développées par une équipe de chercheurs solaires de la Michigan State University (crédit vidéo : MSU).
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