ENGINEERINGNET.BE - Les panneaux solaires sont aujourd’hui partie intégrante du paysage. On les voit principalement sur les toitures orientées au sud et dans des parcs solaires implantés çà et là. Cette évolution est positive, car en mars dernier l’objectif de l’UE concernant la part de renouvelable dans le mix énergétique a été augmenté à 45% d’ici 2030, soit le double du niveau actuel en Europe (22%).
En même temps, vu la croissance exponentielle des ventes de véhicules personnels électriques, l’industrie automobile peut jouer un rôle clé dans la réduction des émissions mondiales de CO2 (avec comme objectif une réduction d’un tiers d’ici 2030). Les véhicules électriques émettent en effet jusqu’à trois fois moins de CO2 que les véhicules équipés d’un moteur thermique, et cette performance peut encore être améliorée en décarbonant l’électricité consommée pour la recharge.
Synergie entre marchés
Une synergie entre les deux existe déjà sur le marché, avec l’intégration de cellules solaires directement sur le toit des voitures électriques. Ainsi, la voiture se recharge en partie elle-même de façon écologique. Un ‘toit solaire’ efficace augmente le confort du conducteur, réduit la dépendance à la batterie primaire et soulage le réseau électrique. Autrement dit: des recharges moins fréquentes et une durée de vie de batterie allongée (vu le moindre niveau de décharge). Dans les voitures personnelles d’aujourd’hui, ces toits solaires ont cependant une puissance limitée, vu qu’elles augmentent l’autonomie d’à peine quelques kilomètres (par ex. Toyota Prius Prime, Karma Fischer Revero, Hyundai Sonata). Des toits solaires plus performants sont encore au stade de développement ou impliquent des coûts élevés, de sorte qu’il est essentiel de poursuivre les efforts de recherche.
Nouvelle génération de panneaux solaires à haut rendement
Dans le cadre d’un projet imec.icon, un consortium d’entreprises flamandes et de partenaires de recherche se sont penchés sur cette problématique. Le projet SNRoof (Solar multi-junction cells iNtegrated in 3D curved ROOFs of electric vehicles) a analysé la fiabilité et la sécurité d’une nouvelle génération de panneaux solaires à haut rendement à intégrer dans les toits de voitures en verre incurvé. Les aspects esthétiques, qui ne sont pas à dédaigner dans l’industrie automobile, ont également été pris en compte.
Production maximale d’électricité
Deux années de recherches ont porté leurs fruits: l’interconnexion ‘multifils’ de imec a été intégrée avec succès aux panneaux solaires en verre incurvé. Contrairement aux configurations classiques en série, la configuration multifils donne une grande liberté dans l’agencement (électrique) du panneau solaire, ce qui permet d’utiliser au maximum la surface disponible (et donc de produire plus d’électricité) avec un minimum de matériaux et/ou coûts supplémentaires. De plus, la configuration ‘multifils’ permet un maillage en parallèle des circuits de cellules solaires, ce qui a pour effet d’augmenter la production électrique lorsque les cellules ont des orientations différentes par rapport au soleil (du fait de la surface incurvée), et d’obtenir un gain d’énergie en situation ombragée. Au final, le nouveau modèle d’interconnexion engendre un gain de rendement de 6% par rapport aux connexions classiques.
Autres possibilités
Mais les possibilités sont multiples. Le consortium a également étudié l’ajout de revêtements optiques pour augmenter encore plus le rendement, tout en atténuant le réchauffement des panneaux solaires et de l’habitacle. Ces revêtements permettraient d’améliorer le confort des passagers et de réduire les besoins en climatisation. De plus, l’intégration de cellules en tandem – mode de production d’électricité très prometteur via une combinaison de cellules solaires en silicium et en pérovskite – a également été démontrée. Et vu que le procédé de production des 'films' d’inter-
connexion multifils», initialement réalisé à la main, a pu être automatisé, les prochaines innovations pourront être intégrées de façon économique aux panneaux solaires en verre.
Flexibilité
«Il est essentiel de poursuivre le passage à l’échelle», dit Jonathan Govaerts, coordinateur de projet et chercheur principal à imec et UHasselt au sein d’EnergyVille. «Ce qui rend ce projet si particulier, c’est la preuve de concept qu’il apporte pour un large éventail d’applications. La nouvelle interconnexion multifils permet d’intégrer les cellules solaires à différentes surfaces et suivant diverses configurations de façon ultra flexible. Avec la prochaine génération de cellules solaires, la pose de toits solaires sur des camions n’est plus très éloignée. Cette technique ouvre aussi la porte à d’autres applications, comme l’intégration de cellules aux capots métalliques, à des structures légères ou à des formes architecturales complexes.»
Parfaite intégration
Bien que le maillage actuel des panneaux solaires ne soit pas près de disparaître, ce n’est qu’une première étape. Le projet SNRoof ouvre la porte à une intégration parfaite et organique des panneaux solaires dans notre environnement, ce qui nous permettra d’avancer sans heurt vers un futur climatiquement neutre.
Consortium
Le consortium imec.icon SNRoof comprenait les partenaires industriels AGP eGlass, IPTE Factory Automation, Arkema France SA et Michiels Group, ainsi que les centres de recherche imo-imomec et imec/EnergyVille (TFPV, PVCM, groupes de recherche Energy Systems). Ce projet imec.icon a été financé par imec et l’Agence flamande Innoveren & Ondernemen.
Dr Jonathan Govaerts a obtenu son doctorat en électrotechnique à l’Université de Gand (Belgique) en 2009. Depuis lors, il travaille à imec dans le domaine des cellules solaires en silicium, en concentrant ses efforts sur l’interconnexion et l’encapsulage des cellules solaires à base de plaquettes de silicium. En tant que chercheur principal à imec/UHasselt/EnergyVille, il est impliqué dans divers projets, avec des intérêts techniques couvrant à la fois les cellules et les modules et abordant tout le spectre depuis la fabrication, la caractérisation et la simulation jusqu’à la fiabilité et l’application. Il axe son travail sur le développement de technologies permettant une parfaite intégration des cellules photovoltaïques dans la vie quotidienne.
