Les panneaux solaires photovoltaïques ont pour défaut majeur de prendre beaucoup de place, et de ne pas pouvoir facilement s'intégrer dans des lieux exigus. Les panneaux solaires installés sur les toits des bâtiments sont assez souvent inesthétiques.

Misant sur la R&D, des entreprises ont développé des solutions innovantes reprenant la technologie des cellules photovoltaïques, mais l'appliquant à des surfaces nouvelles. Plusieurs applications ont ainsi vu le jour : la route solaire, le vitrage solaire et le film solaire photovoltaïques.

Facilement installables, ces solutions durables sont amenées à prendre place dans nos villes et nos foyers dès à présent, et à se développer dans les années à venir.

Revêtement solaire photovoltaïque vitrage solaire

@Vista Window Film

Principe de fonctionnement de la route solaire photovoltaïque

La route solaire photovoltaïque est constituée de panneaux photovoltaïques en forme de dalles, collés sur l’asphalte. Au sein de ce revêtement, les feuilles de silicium générant le courant sont enrobées dans une résine protectrice qui les rend capables de supporter la circulation tant des véhicules légers que des véhicules lourds.

L’électricité produite rejoint le réseau de distribution local, via un raccordement direct. D’après la société française Colas, une surface de 20 m2 suffit à approvisionner un foyer en électricité (hors chauffage) et 1 km de route équipée fournit l’équivalent de la consommation de l’éclairage public d’une ville de 5 000 habitants.

Avantages :
S'installe directement sur les routes actuelles
Rendement satisfaisant
Utilisation d'une surface déjà utilisée pour les transports, ne nécessite pas d'espace supplémentaire
Permet d'alimenter en électricité des régions isolés
Inconvénients :
Coût élevé
Durée de vie inconnue

Principe de fonctionnement du vitrage solaire photovoltaïque

Le verre photovoltaïque à haute transparence conçu par l'entreprise française Sunpartner est constituée de cellules photovoltaïques fines réparties de manière homogène sur l’ensemble d’un support en verre, prenant l’aspect d’un verre légèrement fumé. Cette technologie se décline en plusieurs transparences de 20 à 70 %. En fonction de cette dernière, la puissance nominale variera de 18 Wc/m² à 50 Wc/m².

Le vitrage solaire photovoltaïque a été développé dans d'autres pays, notamment aux Etats-Unis (SolarWindow) et au Japon.

Une gamme de vitrage Wysips ("What you see is photovoltaic surface") a été brevetée par Sunpartner. Cette technologie utilise un type de cellule photovoltaïque couche mince et hautes performances CIGS (pour "cuivre, indium, gallium, sélénium").

Le but est de créer des façades photovoltaïques pour les bâtiments, qui puissent s'obscurcir en cas de forte luminosité, afin de réguler la température à l'intérieur du bâtiment ; et inversement s'éclaircissent en cas de faible luminosité. Selon le fabricant, les vitrages photovoltaïques pourront alimenter un éclairage LED ou des capteurs spécifiques associés au vitrage photovoltaïques.

Avantages :
Discret et esthétique
Permet de recouvrir de grandes surfaces vitrées de bâtiments
"Smart Window" alimentée par l'énergie solaire (capteurs, opacification, affichage, éclairage, autoconsommation)
Inconvénients :
Rendement faible
Coût élevé

Principe de fonctionnement du film solaire photovoltaïque

Ce dispositif est un film fin et souple sur lequel des cellules photovoltaïques sont imprimées.

Un film de cellules solaires de 10 centimètres carrés est suffisant pour générer jusqu’à 50 watts.

Le film solaire HeliaFilm conçu par l'entreprise allemande Heliatek est composée de couches très fines de cellules photovoltaïques organiques déposées sur un film plastique PET.

Avantages :
Film souple et léger, nombreuses applications possibles
Facile à produire et à transporter
Nécessite peu de matières premières (1g de cellules photovoltaïques organiques pour 1 m2 de film) et matériaux non toxiques (ne contient pas de silicium)
Inconvénients :
Coût élevé
Rendement faible

La route solaire

Les routes pourraient remplir une nouvelle fonction : produire de l'électricité.

Plusieurs projets voient le jour pour utiliser les routes comme de gigantesques panneaux solaires. Par exemple, un projet de route solaire est développé aux Etats-Unis par l'entreprise Solar Roadways.

En France, en octobre 2015, Le groupe de BTP français COLAS, leader mondial de la construction de routes, a présenté une solution de revêtement solaire photovoltaïque : Wattway.
Les modules solaires se posent sur la route existante, et ne prennent donc pas de place supplémentaire.

 

Revêtement route solaire photovoltaïque

Inauguration d'une dalle de route solaire par Ségolène Royal en 2016 @Colas @Sageret

En juin 2016, en périphérie de La Roche-sur-Yon, Colas a installé les premières dalles de route solaire Wattway, soit 50 m2 de dalles photovoltaïques.

Une centaine d’autres chantiers pilotes sont prévues en 2017. La ministre de l’Environnement en 2016, Ségolène Royal a officiellement inauguré un «plan national des routes» visant notamment à couvrir 1 000 kilomètres de routes françaises de panneaux photovoltaïques d’ici à 5 ans.

La résistance des cellules solaires au poids des véhicules est assurée par un matériau multicouche à base de polymères et de résines.

La société entend vendre son produit aux alentours de 6 € le Watt-crête (contre environ 2 € le Watt-crête pour un panneau solaire polycristallin classique actuellement).

Avantages du système WATTWAY de COLAS

  • Se pose sur la chaussée existante, sans besoin de reconstruire la route (contrairement au système américain Solar Roadways)
  • Permet le passage fréquent de tous types de véhicules
  • Permet l’électrification des zones rurales isolées du réseau électrique
  • Utilisation d'une surface déjà utilisée pour les transports : un atout par rapport aux centrales solaires classiques qui occupent de grandes surfaces au sol.

D'après Hervé le Bouc, PDG de COLAS, le recouvrement d'un quart des routes assurerait l’indépendance énergétique de la France.

 

Le vitrage solaire photovoltaïque

L'entreprise française Sunpartner, fondée en 2008, a conçu différents types de verres solaires photovoltaïques.

La production en série des gammes Wysips Design-Glass et Vision-Glass est été lancée cette année (2017).

La gamme de vitrage solaire photovoltaïque comprend six produits. Certaines technologies brevetées par Sunpartner ont déjà trouvé des applications dans des produits de grande consommation, par exemple une vitre tactile photovoltaïque pour smartphone ou un verre photovoltaïque pour montre connectée, permettant de recharger ces appareils lors de leur utilisation à l'extérieur.

Vitrage solaire photovoltaïque appliqué à un smartphone

@3M @Sunpartner

 

Dans le domaine du bâtiment, la gamme de vitrages Wysips se décline en trois modèles :

- Wysips Caméléon, une surface vitrée photovoltaïque et décorative ;

- Wysips Design-Glass, un vitrage photovoltaïque semi-transparent ;

- Wysips Vision-Glass, un vitrage translucide et photovoltaïque.

Ces vitrages ont une puissance de 50 à 110 Wc/m² selon le degré de transparence choisi (compris entre 10 et 70 %). Ils sont destinés à l'autoconsommation, sans réinjection de l'électricité produite sur le réseau.

"Nous ne sommes pas en concurrence avec des panneaux photovoltaïques cristallins classiques, dont les rendements sont plus élevés. En revanche, en nous adressant au marché des façades verticales, nous sommes une alternative aux systèmes de protection solaire comme les stores et brise-soleil", précise le fondateur Luvodic Deblois (@Batiactu).

 

LE film solaire photovoltaïque

Alternative aux cellules cristallines traditionnelles, les films photovoltaïques flexibles ouvrent la porte à de nouvelles applications.

Cellule photovoltaïque organique souple

@HeliaFilm by Heliatek

 

Les panneaux solaires sont à l’heure actuelle composés de cellules photovoltaïques fabriquées avec du silicium mono ou polycristallin, qui ont pour particularité d’être rigides.

Les cellules photovoltaïques souples offrent des perspectives attrayantes. Plus faciles et moins chères à produire, elles composent les films photovoltaïques organiques qui permettent d’envisager de nouvelles applications : revêtement des toits de véhicules automobiles, meilleure autonomie des ordinateurs et autres téléphones mobiles, etc.

Les films photovoltaïques sont constitués de cellules de type organique, contenant des polymères de carbone (une molécule est qualifiée d’organique lorsqu’elle possède minimum un atome de carbone lié à un atome d’hydrogène).

Pendant longtemps le développement du photovoltaïque souple a été limité par le faible rendement des cellules organiques. Les avancées en R&D permettent d’envisager une production industrielle basée sur des procédés d’impression, comme le font actuellement les entreprises DisaSolar en France et Heliatek en Allemagne.

Les équipes de R&D d’Heliatek sont parvenues à améliorer le rendement de leurs cellules photovoltaïques organiques, atteignant 13,2%. Avec leur technologie HeliaFilm, Heliatek met en œuvre une stratégie visant à fournir une production d’électricité verte dans des matériaux appliqués sur les bâtiments du monde entier.

 

Les films solaires photovoltaïques ne contiennent pas de silicium, mais sont constitués d’une couche de polymères organiques de 0,2 mm d’épaisseur. Ils sont fabriqués avec des techniques d’impression utilisés dans l’industrie textile, leur coût est donc bien inférieur au coût de production des panneaux solaires classiques.

Les ingénieurs du Centre de recherche technique de Finlande ont imprimé un film photovoltaïque dont les motifs de feuilles contiennent des cellules photovoltaïques organiques.

Chaque feuille a une surface active de 1,44 cm2. 200 feuilles permettent une puissance de 10,4 W (sous le soleil de Méditerranée).

Si cette efficacité est bien moindre que celle des panneaux au silicium, le faible coût de ces panneaux souples permet de les utiliser sur des surfaces diverses, pour de petits appareils électriques, tant à l’extérieur qu’à l’intérieur d’un bâtiment.

 

Film solaire souple - Cellules photovoltaïques organiques

Une centaine de mètres de panneaux peuvent être fabriqués en une heure. © Antti Veijola.

 

L'intérêt est avant tout économique : les cellules photovoltaïques organiques coûtent moins cher à produire que le silicium. Par ailleurs, ces matériaux sont solubles, ce qui permettrait de concevoir des liquides photovoltaïques (encres, peintures), et donc les imprimer sur des matériaux divers.

Cela ouvre de nouvelles possibilités : emballages, vêtements, écrans flexibles, recharge de téléphones cellulaires ou d'ordinateurs portables...

 

Partager l'article :