sunpartner technologies News

23/01/2018

Quand le solaire se fait transparent - Tribune de Ludovic Deblois

Le solaire est devenu la locomotive du développement des énergies renouvelables. Sur le terrain, les capacités croissent rapidement. La nouvelle cible devient l’intégration du solaire aux façades des bâtiments ou dans les véhicules, et en particulier dans leurs surfaces vitrées. Les laboratoires et les startups sont pour leur part en pleine effervescence. En ligne de mire : le développement massif du photovoltaïque transparent.

Une expansion rapide et des coûts de production très bas, flirtant parfois avec le niveau de 30$ le MégaWattheure en Inde, aux Émirats Arabes Unis, au Mexique et au Chili. C’est, pour l’électricité photovoltaïque, le constat dressé pour l’année 2016 par l’Agence internationale de l’énergie (AIE).

Dans sa publication Renewables 2017, l’Agence souligne l’impact cumulé du soutien public et de la chute des coûts pour les énergies renouvelables (EnR) en général, et pour le solaire photovoltaïque en particulier.

La locomotive du solaire

Avec des raccordements de l’ordre de 165 GW dans le monde, et grâce à la locomotive chinoise, les EnR ont ainsi constitué de très loin l’essentiel des nouvelles capacités mises en service en 2016.

Electricity capacity additions by fuel

Le photovoltaïque mène la danse : 74 GW de capacités installées en 2016, dont près de la moitié en Chine. D’ici à 2022, l’AIE entrevoit un ajout de 920 GW de capacité pour les énergies renouvelables, soit une augmentation de 43%. Cette croissance devrait être largement tirée par le photovoltaïque, « pour lequel s’ouvre une nouvelle ère », écrit l’AIE.

Renewable electricity capacity growth

Capacité de croissance de l’énergie renouvelable par technologie
Les tendances épousent d’autres évolutions majeures. Ainsi, puisque l’humanité se concentre dans les villes, la production devra se situer au plus près de cette demande. De plus, le développement de technologies nouvelles comme l’autoconsommation favoriseront la décentralisation accélérée de la production.

Les directives Européennes stipulent clairement que tout nouveau bâtiment à partir de 2020 devra être à énergie « quasi-nulle ».

En France, le Récent label Energie+ Carbone – stipule la nécessité pour atteindre un haut niveau de performance énergétique que les nouveaux bâtiments doivent produire 40 kwh/m2 au sol d’énergie renouvelable pour les bâtiments tertiaires et 20 kwh pour les bâtiments résidentiels.

Dans ce cadre, le solaire photovoltaïque semble présenter des arguments de poids par rapport aux autres catégories d’EnR. Comment en effet installer un méthaniseur au pied d’un immeuble ? Ou des éoliennes sur le toit ? Difficile, en l’état des technologies disponibles.

Potentiel inexploité

Un autre argument plaide en faveur du solaire : le gisement solaire des villes reste largement sous-exploité. Les toits, les tuiles, les façades, les fenêtres : le potentiel semble pourtant immense.

Une équipe de chercheurs américains a publié dans la revue Nature Energy une étude qui évalue ce potentiel. Deux des auteurs, Christopher Traverse et Richard Lunt sont chercheurs au département Chemical Engineering and Materials Science de la Michigan State University. Les deux autres, Richa Pandey et Miles Barr travaillent dans une société américaine dont Richart Lunt est également le co-fondateur. Tous les quatre rappellent qu’une installation théorique couvrant 20 % de l’État du Nevada, suffirait à traiter les besoins en électricité de l’ensemble des États-Unis d’Amérique. Or, soulignent-ils, les installations terrestres de PV ne couvrent qu’un petit pourcent des besoins de la planète en énergie, très loin derrière les énergies fossiles.

Le photovoltaïque intégré aux bâtiments

L’idée qu’ils avancent n’est pas nouvelle : transformer un grand nombre de surfaces qui nous environnent en autant de moyens de capter et stocker l’énergie de la lumière, sans en compromettre les fonctions de base ni l’esthétique. Les chercheurs essaient toutefois d’en approcher le potentiel et les défis techniques.

La solution vient selon eux du photovoltaïque appliqué — ou mieux, intégré — aux bâtiments : les BIPV (Building-integrated photovoltaics) et les BAPV (Building-applied photovoltaics). L’essor du BIPV est déjà incontestable : le marché a été estimé à 3 milliards de dollars en 2015 et promet à une forte croissance pour les années qui viennent. Cependant, soulignent les chercheurs, sa contribution reste encore modeste : les performances des BIPV sont loin des besoins globaux en électricité.

Mettre à contribution les fenêtres et façades

Les chercheurs estiment qu’il faudrait un effort massif pour apporter une réponse à la hauteur des enjeux. Pour chiffrer celui-ci, ils reprennent la surface des toits exploitables à des fins de production photovoltaïque aux États-Unis : plus de 8 milliards de m2 selon eux. Sur ce total, 16 % rempliraient les conditions pour une exploitation satisfaisante. À la clé : la capacité à générer 1 400 TWh annuels, soit 40 % de la demande en électricité du pays. Or, cette surface pourrait être doublée si les espaces environnant les toits étaient mis à contribution : fenêtres, façades, notamment. Ce qui amènerait le pays à la neutralité électrique, au moins sur le papier.

Pour ce faire, les chercheurs estiment que la technologie du photovoltaïque transparent est un élément-clé. Deux catégories de solutions existent : les solutions non sélectives, qui absorbent l’ensemble du spectre de la lumière et affichent un niveau de transparence de 0 à 50%. Les solutions sélectives, quant à elles, traitent une partie du spectre lumineux (ultra-violet et/ou proches des infrarouges) et laissent passer la lumière visible, atteignant un niveau de transparence de 50 à 90 %.

Laboratoires et startups en effervescence

Qu’elles soient en cours de développement ou déjà disponibles sur le marché, ces solutions devront relever des défis. Se pose par exemple la question de la résistance à l’usure due à l’exposition aux éléments (air, intempéries). Selon les auteurs, les dispositifs électroniques de ce type ont une durée de vie de dix ans, inférieure donc aux bâtiments qu’ils équipent. Ces défis techniques étant peu à peu relevés, un monde de possibilités s’ouvrira au photovoltaïque transparent : les surfaces des bâtiments, les fenêtres, les écrans, les véhicules.

De tels enjeux suscitent l’effervescence des laboratoires et startups du monde entier. Les chercheurs de la Michigan State University ambitionnent de créer des fenêtres et écrans transparents et photovoltaïques ainsi que des équipements pour l’Internet des objets, en transformant l’énergie appartenant à une certaine longueur d’onde en électricité.

Le projet Smart Solar Mobility

C’est sur ce créneau que Sunpartner Technologies opère d’ores et déjà. Aux surfaces photovoltaïques et vitrages intelligents pour les bâtiments et l’IoT, bâtis sur la technologie Wysips®, Sunpartner vient d’ajouter une initiative dans le domaine des transports. Le projet Smart Solar Mobility fédère des industriels projets afin de fournir des solutions photovoltaïques souples pour l’automobile, le ferroviaire, l’aéronautique et le nautisme.

Le solaire au secours de l’humanité ?

De retour dans les laboratoires, une équipe du National Renewable Energy Laboratory du Colorado (NREL) a mis au point une « fenêtre réversible« . Celle-ci est capable, par une réaction chimique complexe, de passer d’un état transparent permettant de diffuser la lumière dans un bâtiment à un état opaque permettant d’intercepter les photons et de les transformer en électrons. À Tokyo, des chercheurs de l’Institute of Industrial Science ont pour leur part mis au point une fenêtre qui filtre les composantes rouges et bleues de la lumière pour en faire de l’électricité, tout en laissant passer les composantes vertes indispensables à la vision humaine.

Toutes ces avancées pourraient bien confirmer l’intuition d’un autre chercheur : Richard Perez, référence internationale sur les questions d’énergie solaire, professeur de la State University of New York (Albany). Selon lui, le PV serait capable de couvrir 100 % des besoins énergétiques de l’humanité. Il illustre son raisonnement par le schéma qui donne une idée du potentiel solaire largement inexploité.

Regard sur les réserves d’énergie de la planète

Lui-même oriente ses travaux, et leurs applications, vers l’expression maximale du potentiel des installations photovoltaïques. Son plan consiste à adjoindre des modèles prédictifs et des capacités de stockage à des installations solaires mises en réseau. Avec à la clé une production énergétique solaire non intermittente, disponible aussi simplement que les électrons issus du fossile ou du nucléaire partout dans le monde.

Oil reserves

La part encore très émergente du solaire photovoltaïque dans la consommation d’énergie mondiale indique que les défis à relever sont importants. Tous ces travaux de chercheurs confirment que cette part ira croissant et que le solaire apporte une solution de très long terme aux défis de notre temps.