Les panneaux solaires et l'évolution des technologies (panneaux, cellules...)

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Un groupe de chercheurs de l’Ucla, en Californie, annonce avoir créé d'une nouvelle cellule photovoltaïque. Une concrétisation des travaux menés par plusieurs laboratoires dans le monde afin d'améliorer les cellules solaires en polymères transparents. Le but est toujours le même : rendement meilleur pour un coût de fabrication plus bas.

On parle de plus en plus de l’utilisation d'hydrogène comme source d’énergie pour remplacer le pétrole, plus précisément l’essence de nos voitures. Cependant, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie primaire, il faut de l’électricité pour en fabriquer de grandes quantités avec de l’eau. On ne fait donc que déplacer le problème.

L'enjeu est de trouver une nouvelle source d’énergie. L’une des plus prometteuses est évidemment l’énergie solaire. Pour la convertir en électricité, on a proposé diverses technologies, l'une des plus innovantes serait la photosynthèse artificielle.

Mais celle qui apparaît la plus facile à améliorer pour répondre à la croissance rapide des besoins en énergie de l’humanité est sans doute la cellule photovoltaïque.

Pour le moment, les rendements sont encore peu élevés et les coûts de fabrication pas assez bas. Ainsi, les cellules en silicium commerciales n'ont-elles un taux de conversion que de 15 % (un taux record de 40 % a été atteint en laboratoire cependant). Il n’est donc guère envisageable de se passer, à très court terme, du pétrole en utilisant ces cellules, pour de simples raisons économiques.

On cherche alors à faire baisser les prix et à augmenter les rendements avec de nouvelles cellules qui ne sont pas basées sur le silicium mais, par exemple, sur des polymères organiques. Des matières plastiques souples sont de bons candidats. On pourrait facilement les plaquer sur diverses surfaces comme des murs de maisons, des voitures, des ordinateurs ou même des coques de téléphones portables.

De fait, la société Wysips (à prononcer ouaïe-sips, pour what you see is a photovoltaic surface, « ce que vous voyez est photovoltaïque ») se propose de commercialiser de telles cellules solaires pour alimenter des téléphones. Cerise sur le gâteau, le polymère utilisé apparaît comme transparent. On est donc en présence d’un des éléments des téléphones du futur, comme le Morph de Nokia.

Bien connue pour, entre autres, ses recherches sur des polymères photovoltaïques transparents, l'équipe de chercheurs dirigée par Yang Yang, de l’université de Californie à Los Angeles, vient encore de frapper. Elle a publié un nouvel article sur les cellules solaires transparentes dans ACS Nano.

Cette cellule photovoltaïque apparaît comme transparente à 70 % dans le visible. Elle absorbe son énergie dans la bande infrarouge avec un taux de conversion de 4 %. C’est encore faible mais si l’on tient compte du fait qu’il faut faire un compromis entre transparence, rendement et prix de fabrication, c’est au final une avancée, selon les chercheurs. Pour fabriquer cette cellule, plusieurs ingrédients ont été nécessaires dont des nanoparticules en dioxyde de titane et des nanofilaments en argent. Il s’agit donc d’une application de la nanotechnologie.

Dans un avenir proche, les fenêtres des maisons et des immeubles seront peut-être recouvertes de ces plastiques transparents, assurant une partie de la production de l'électricité utilisée.



Maxisciences 26/07/2012

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LA SEYNE-SUR-MER (Var) - Exporter des centrales solaires thermodynamiques au Maghreb et au Moyen-Orient, c'est le pari dans lequel se sont lancés une poignée de groupes français, dont CNIM*, PME qui cherche à raviver la flamme de cette technologie dont la France fut autrefois pionnière.

Le solaire thermodynamique (ou à concentration) est une technologie bien distincte des panneaux photovoltaïques. Il consiste à concentrer les rayons du soleil en un point à l'aide de miroirs, pour produire de la vapeur qui fait ensuite tourner un générateur d'électricité.

La France fut longtemps pionnière dans ce domaine, en particulier à l'époque des chocs pétroliers des années 1970-80, avec le four solaire d'Odeillo et la centrale solaire Thémis, construits en Cerdagne (Pyrénées-Orientales), un bassin à l'ensoleillement exceptionnel. Mais des difficultés techniques ou financières, conjuguées à une rechute des cours du pétrole, ont tué dans les années 1980 leurs perspectives de développement.

Depuis, la France s'est engouffrée massivement dans l'éolien et le solaire photovoltaïque, mais s'est faite distancer par l'Espagne et les Etats-Unis dans le solaire à concentration.

Cependant, une poignée d'industriels hexagonaux, dont la CNIM -un groupe diversifié qui avait déjà fabriqué la chaudière de Thémis- ont décidé de réinvestir ce créneau.

Après avoir analysé le marché et étudié les capacités d'évolution des techniques existantes, CNIM a jeté son dévolu sur une technologie alternative: les miroirs de Fresnel, explique à l'AFP Roger Pujol, qui dirige sa division énergie solaire.

Ces miroirs très légèrement convexes suivent la course du soleil et en projettent les rayons sur un tube collecteur, pour y créer de la vapeur. Selon lui, cette technologie convient tout particulièrement au pays du sud de la Méditerranée et au Moyen-Orient.

Les miroirs de Fresnel sont une technologie plus simple et accessible que les autres centrales thermodynamiques, et répondent bien aux besoins des pays moins industrialisés: leurs dimensions peuvent être adaptées aux contraintes des réseaux électriques locaux, et font appel à des composants robustes, faciles à monter et à entretenir. Et leur nettoyage nécessite très peu d'eau.

Pour valider son choix, CNIM a construit en 2010 un prototype, dans son berceau de La Seyne-sur-Mer, dans le Var. Mission accomplie: dès que le soleil darde ses rayons, la centrale de 1.000 mètres carrés se met à produire de la vapeur. Celle-ci sert pour l'instant à chauffer un bassin mais il suffirait de l'injecter dans une turbine classique pour générer du courant.

Dans la foulée, le groupe a monté un projet de démonstrateur préindustriel, eCare, qui a reçu en avril le soutien de l'Ademe, l'agence publique oeuvrant pour la sobriété énergétique, dans le cadre des investissements d'avenir.

Il devrait être implanté au Maroc, pour aider les industriels français à percer en Afrique du Nord. CNIM a également remporté cet été un appel d'offres pour une nouvelle centrale dans les Pyrénées, toujours en Cerdagne.

Quand nous nous sommes lancés en 2009, nous faisions figure de précurseurs. Depuis, beaucoup de monde s'y est intéressé, observe M. Pujol devant le prototype de La Seyne, dont les miroirs nettoyés par un chariot automatisé reflètent un soleil éclatant.

Le solaire à concentration reste deux à trois fois plus cher que le photovoltaïque, mais nous sommes sur un marché naissant et appelé à se développer fortement, assure-t-il, en citant un scénario de l'Agence internationale de l'énergie, qui estime qu'il pourrait fournir 11% de l'électricité mondiale en 2050.

Parmi les autres groupes français intéressés par ce marché, le géant du nucléaire Areva s'est lancé lui aussi dans les miroirs de Fresnel en rachetant en 2010 la société californienne Ausra, et Alstom s'est focalisé sur les tours solaires.

* CNIM : CONSTRUCTIONS INDUSTRIELLES DE LA MEDITERRANEE



ROMANDIE.COM 27/09/2012

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Les cellules photovoltaïques produisent une énergie renouvelable sans pour autant être très écologiques. Cette situation pourrait progressivement changer. Des chercheurs américains viennent ainsi de créer un substrat composé de nanoparticules de cellulose qui se dissout en quelques minutes dans l’eau. C’est ainsi qu’est née une cellule solaire faite – partiellement – de bois.


Les cellules photovoltaïques produisent une énergie renouvelable, en l’occurrence de l’électricité, en exploitant une ressource inépuisable : la lumière solaire. Si cette approche est louable (rappelons qu’aucun gramme de CO₂ n’est émis dans l’atmosphère), elle pose tout de même quelques questions d’ordre environnemental. En effet, la fabrication et le recyclage de ces cellules nécessitent bien souvent l’utilisation de hautes températures particulièrement énergivores. Par ailleurs, certains composants renferment des éléments toxiques (comme le cadmium), qu’il serait préférable de ne pas perdre dans la nature. Une cellule photovoltaïque n’est pas vraiment un produit « vert », du moins pour le moment.


Le substrat sur lequel repose cette cellule photovoltaïque est fait de nanoparticules de cellulose produites à partir de végétaux. La température maximale requise durant la fabrication de cette cellule est de 80 °C, soit bien moins que les 3.000 °C qu’il faut atteindre pour obtenir le silicium à partir de la silice avant d'en faire des wafers. Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Institute of Technology

La situation pourrait changer dans les années à venir, puisque des travaux visant à trouver des alternatives sont menés dans le domaine des cellules photovoltaïques organiques. Leur technologie repose sur l’utilisation de semi-conducteurs principalement composés de carbone, comme les molécules du vivant. Ces cellules sont cependant assemblées sur des substrats, classiquement du verre (rigide) ou du plastique (souple), qui ne sont pas non plus eco-friendly. En effet, ils sont produits à partir de dérivés du pétrole ou grâce à de hautes températures.


Par le passé, des scientifiques ont déjà eu l’idée d’assembler des cellules sur du papier, donc sur de la cellulose d’origine végétale. Ce matériau n’a cependant pas rencontré le succès escompté, car il s’est montré trop poreux et rugueux. L’idée faisant son chemin, sous l’impulsion de Bernard Kippelen du Georgia Institute of Technology, des chercheurs ont trouvé un autre moyen pour exploiter la cellulose : la transformer en nanoparticules de CNC (pour cellulose nanocrystal), qui peuvent ensuite être assemblées sous forme de substrat. Les tests présentés dans Scientific Reports ont été concluants.


Ce substrat en CNC présente l’avantage d’être souple et transparent, tout en étant peu rugueux (ses reliefs font au maximum deux nanomètres de haut). Détail important, il se désagrège complètement en quelques minutes lorsqu’il est immergé dans de l’eau à température ambiante. Ainsi, son utilisation rendrait les cellules photovoltaïques en fin de vie particulièrement faciles à recycler.


Une cellule organique a été assemblée sur ce substrat. Il a successivement été recouvert par un contact arrière en argent, une couche de PEIE (un polymère), le mélange de semi-conducteurs (PBDTTT-C et PCBM), et enfin par l’électrode supérieure faite d’une strate de trioxyde de molybdène et d’une couche d’argent. Le rendement mesuré n'est que de 2,7 %. Un résultat intéressant, mais nettement inférieur aux 11,1 % affichés par la meilleure cellule photovoltaïque organique (assemblée sur un substrat en verre).


Des recherches sont déjà en cours pour améliorer les performances de la cellule construite sur CNC. L’équipe se concentre notamment sur la transparence des collecteurs de charges. Ainsi, les cellules photovoltaïques pourraient bientôt devenir durables et renouvelables, comme l’énergie qu’elles produisent.


FUTURA SCIENCES 28/3/2013

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La limite de Shockley-Queisser des cellules solaires classiques ne permettait pas d’espérer un rendement supérieur à 33,7 %. Mais d'après une récente publication de chercheurs du Niels Bohr Institutede Copenhague et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, ce n’est probablement pas le cas avec des nanofils.


Si l’on pouvait réaliser de la photosynthèse artificielle ou produire de l'hydrogène en utilisant l’énergie du Soleil avec des systèmes performants et à bas coût, cela pourrait contribuer à changer l’histoire de l’humanité au XXI^e siècle, selon le scénario imaginé par Freeman Dyson dans son livre Le soleil, le génome et Internet.


La récente publication d’un article dans le journal Nature Photonics, disponible en accès libre sur arxiv, pourrait contribuer à la réalisation des rêves du grand physicien dans un avenir proche. Elle concerne l’efficacité inattendue de cellules solaires constituées de nanofils en arséniure de gallium (GaAs) pour la conversion de l’énergie solaire en énergie électrique. Ces nanofils ont un diamètre de l'ordre de 100 nanomètres. Leur taille est comparable à celle d’un virus, et ils sont donc jusqu’à 1.000 fois plus fins qu’un cheveu humain.


Parce que leur diamètre est plus petit ou comparable aux longueurs d’onde de la lumière visible, ils collectent entre 12 et 15 fois plus d’énergie lumineuse qu’une cellule conventionnelle vers ces longueurs d’onde. À tel point que les auteurs de cette découverte, des chercheurs du Nano-Science Center du Niels Bohr Institute de Copenhague et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, espèrent grâce à ces nanofils réaliser des cellules solaires de troisième génération, capables de dépasser la mythique limite de Shockley-Queisser.


Rappelons que la limite de Shockley-Queisser a été évaluée la première fois en 1960 par Hans J. Queisser et William Shockley. Ce dernier est colauréat avec John Bardeen et Walter Houser Brattain du prix Nobel de physique en 1956 pour leurs recherches sur les semi-conducteurs et leur découverte de l'effet transistor. Cette limite concerne l’efficacité de conversion maximale de l’énergie lumineuse du Soleil que l’on peut atteindre avec une jonction p-n en physique des semi-conducteurs. De nos jours, on considère qu’elle vaut 33,7 %, une valeur guère plus élevée que celle obtenue en 1960 par le calcul. Si le coût de fabrication des cellules solaires avec jonction p-n a été divisé environ par 20 depuis les années 1970, l’efficacité de celles qui sont commercialisées plafonne à 20 % dans le meilleur des cas.


Si les chercheurs ont raison, les cellules solaires du futur seront non seulement plus efficaces mais aussi moins chères avec des nanofils. Elles pourraient nécessiter 10.000 fois moins de matière. Bien que le coût de panneaux en nanofils d'arséniure de gallium soit encore de 100.000 dollars par mètre carré, on estime que les prix pourraient chuter à seulement 10 dollars. Bon nombre de dispositifs, comme des téléphones portables ou même des sondes pour exploiter les astéroïdes, pourraient bien être équipés de ce type de cellules solaires.



Des images de la forêt de nanofils d'arséniure de gallium (GaAs) à l’efficacité de conversion de la lumière solaire en électricité spectaculaire. Elles ont été obtenues à l’aide d’un microscope électronique. Nano-Science Center, Niels Bohr Institute


FUTURA SCIENCES 15/4/2013

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Une fenêtre "intelligente" qui régule la chaleur solaire et qui en plus peut générer de l'énergie, tout en restant transparente: c'est le concept innovant présenté jeudi 24 octobre 2013 dans la revue Nature Scientific Reports par une équipe chinoise.

Les surfaces vitrées, agréables au confort de vie et largement utilisées dans la construction d'immeubles, sont l'une des principales sources de déperdition de chaleur en hiver, tandis que l'été elles ont tôt fait de transformer un bureau ou un appartement en fournaise.

 Une fenêtre "intelligente" qui régule la chaleur solaire et qui en plus peut générer de l'énergie, tout en restant transparente: c'est le concept innovant présenté jeudi dans la revue Nature Scientific Reports par une équipe chinoise. (c) Afp

Le principe des fenêtres dites "intelligentes" parce qu'elles s'adaptent aux conditions extérieures, est donc un enjeu important, car elles permettent de diminuer la consommation en énergie des bâtiments, pour le chauffage l'hiver ou la climatisation l'été.

"La principale innovation de nos travaux est d'avoir développé un concept de fenêtre intelligente pour simultanément générer et économiser de l'énergie", a expliqué un des chercheurs, Gao Yanfeng, de l'université de Shanghai et de l'Académie des Sciences chinoise.

Les fenêtres intelligentes actuelles peuvent seulement réguler la lumière du soleil et la chaleur, explique le chercheur. "Elles ne sont pas conçues pour générer de l'énergie". Le défi pour les chercheurs était de garder la transparence de la vitre.

Le nouveau concept repose sur l'utilisation pour le vitrage d'un film incluant des particules d'oxyde de vanadium (VO2), pris en sandwich entre deux plaques de polycarbonate. Le VO2 est un composé chimique dont les propriétés se modifient en fonction de la température. En-dessous de 68°C, le matériau est isolant et transparent à la lumière infrarouge, mais au-dessus de 68°C, il devient conducteur et réfléchit la lumière infrarouge.

Ce dispositif peut réguler la chaleur solaire et générer de l'électricité à l'aide de cellules solaires positionnées autour de la vitre. Il pourrait ainsi contribuer à réduire les coûts d'énergie pour le chauffage, la climatisation et l'éclairage des bâtiments, espèrent les chercheurs.

"La technologie est mûre pour l'industrialisation", a assuré Gao Yanfeng, dans un échange de mails avec l'AFP. Interrogé sur son coût, il a indiqué qu'il n'avait pas été encore établi, mais a estimé qu'il devrait être "bas", en comparaison avec d'autres dispositifs existants.

sciences et avenir 25/10/2013

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Depuis un peu plus d’un mois, une ville japonaise dispose d’une centrale solaire composée de panneaux dits bifaces. Son but : également tirer profit de la lumière réfléchie par le sol pour générer de l’électricité. Ainsi, sa production serait dopée par la présence de neige, et ce d’autant plus qu’elle possède un innovant système chauffant en test. Quelques précisions s’imposent.

À la fin du mois de novembre 2013, la ville japonaise d’Asahikawa a inauguré une centrale photovoltaïque d’une puissance de 1,25 mégawatt (MW). Nous sommes loin des 143 MW par exemple affichés par l’installation française de Toul-Rosières. Cependant, cet événement a tout de même un intérêt, puisque les 5.320 panneaux solaires installés sont bifaces. Ils produisent donc de l’électricité aussi bien au niveau de leur face avant, que dans leur partie arrière.

D’une superficie d’environ 35.000 m2, l’Asahikawa Hokuto Solar Power Plant a été construite sur l’ancien site de l'école de commerce Hokkaido Asahikawa Hokuto par la compagnie Nishiyama Sakata Denki. Cette entité a d’ailleurs précisé qu’il s’agissait de la première structure de ce type installée dans le monde qui soit de la « classe mégawatt ». Sa production annuelle devrait être de 1,47 million de kWh, de quoi subvenir aux besoins d’environ 450 ménages.

 Vue aérienne de l'Asahikawa Hokuto Solar Power Plant et de ses 5.320 panneaux solaires bifaces. Leur agencement doit permettre aux faces arrière des différents modules de recevoir le plus de lumière réfléchie possible. PVG Solutions

Les panneaux solaires ont été développés et assemblés par la société nippone PVG Solutions. Ils se composent de cellules photovoltaïques au silicium monocristallin nommées EarthON. Leur face avant présente un rendement maximum de 19,5 %, soit un peu plus que les 19 % de la partie arrière. Cependant, il s’agit de valeurs théoriques calculées dans des conditions d’exposition directe à une source lumineuse. Or, dans la réalité, la couche postérieure se trouve à l’ombre, ce qui signifie qu’elle ne reçoit que des rayons lumineux réfléchis (environ 20 % de la lumière incidente sur du gazon). Dans ces conditions, l’efficacité réelle de la couche arrière est donc de 3,8 %. Au total, les cellules ont tout de même un rendement d’environ 23,3 %.

L’intérêt des cellules photovoltaïques bifaces ne se limite pas qu’à cet aspect. De décembre à mars, la ville d’Asahikawa subit des températures moyennes négatives et d’importantes chutes de neige. Or, en se déposant sur les panneaux solaires inclinés de 40° par rapport au sol, les cristaux de glace bloquent une partie de la lumière, et causent donc une baisse de productivité des modules solaires. En contrepartie, ils réfléchissent mieux la lumière parvenant au sol, ce qui accroît la productivité de la couche arrière. Le rendement de cette zone pourrait alors augmenter de 13,5 %.

  Chaque module solaire se compose de 60 cellules photovoltaïques EarthON carrées mesurant 15,6 cm de côté. Leur galette de silicium monocristallin mesure en moyenne 180 µm d’épaisseur. Les contacts sont en argent. PVG Solutions

Ainsi, grâce à la technologie biface, la productivité de la centrale ne serait pas trop affectée par les chutes de neige, bien au contraire. En effet, un tissu chauffant conçu par Kurarayliving a été installé sur les panneaux solaires dans le but de faire fondre le manteau blanc éventuellement présent sur leur face avant. Or, il est alimenté par le courant généré par l’installation. En d’autres mots, la neige dope la productivité des faces arrière, ce qui fait fondre la neige accumulée sur les faces avant, leur permettant ainsi d’à nouveau fonctionner normalement. Précisons néanmoins que le tissu composé de nanotubes de carbone est en test.

Les cellules photovoltaïques bifaces pourraient tenir de nombreuses promesses à l’avenir. Parmi leurs avantages, citons notamment le fait qu’elles se révèlent efficaces lorsqu’elles sont installées verticalement sur des façades de bâtiments (elles exploitent alors la lumière incidente et celle réfléchie par les murs). Or, positionnée de la sorte, elles sont moins sensibles aux dépôts de neige, de feuilles mortes ou de fientes d’oiseaux que leurs concurrentes. Voici donc une technologie sur laquelle il serait bon de méditer.

Futura Sciences 14/1/2014

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Générer de l’électricité à partir d’un panneau solaire … la nuit?! C’est le défi que s’est lancé une équipe de chercheurs de Harvard. Ils espèrent capturer et utiliser le rayon thermique infrarouge émis par la Terre la nuit pour créer de l’électricité. Une technologie qui servirait à améliorer, un peu, le rendement des panneaux solaires. Mais le jour où les panneaux solaires pourront nous éclairer de jour comme de nuit n’est pas encore arrivé...

Photo Edf

L’énergie solaire est de plus en plus utilisée dans certains pays mais elle est aussi confrontée à des limites. Cette énergie intermittente n’est pas disponible la nuit ou quand la météo n’est pas conciliante. Elle nécessite donc d'être complétée par d’autres dispositifs, comme des batteries électriques (chères), pour assurer une alimentation électrique continue. Cependant, une équipe de l’université de Harvard a peut être trouvé une solution pour produire de l’électricité solaire la nuit.

Chauffée par le soleil le jour, la terre se réchauffe. La nuit, cette chaleur accumulée durant la journée est renvoyée dans l'atmosphère. Or, à chaque fois que de la chaleur circule d’un corps chaud vers un corps froid de l‘énergie renouvelable peut être générée. Cet échange thermique sous forme de rayonnement infrarouge pourrait être capturé, et représenter une source d’énergie jusqu’alors inexploitée.

« Ce n’est pas du tout évident, au premier abord, la façon dont vous pouvez générer de l’énergie à partir du rayonnement infrarouge de la Terre vers l’atmosphère refroidie », expliquent les professeurs de physique appliquée Frederico Capasso et  Robert L. Wallace et le Senior Research Fellow à Harvard SEAS, Vinton Hayes. « Produire de l’énergie naturelle sans absorption de lumière, n’est pas habituel. C’est logique physiquement, mais pas intuitif. Nous parlons de l’utilisation de la physique à l’échelle nanométrique pour une application entièrement nouvelle. »

Ce qui peut sembler contre-intuitif, c’est de produire de l’énergie, non pas en récupérant de la lumière, mais en émettant de la lumière infrarouge vers l’atmosphère froide. Le domaine de l’infrarouge a toujours été considéré comme très dur à exploiter et il reste beaucoup de travail avant de pouvoir utiliser ce rayonnement nocturne. L’équipe de Capasso propose deux exemples de capteur générateurs d’électricité.

Le premier type de capteur ressemblerait à un panneau solaire photovoltaïque, mais au lieu de capter la lumière, le dispositif produirait de l’énergie électrique en provenance de la lumière infrarouge. Il y aurait une plaque « chaude » à température ambiante et d’une plaque « froide » au dessus de celle-ci. Cette dernière aurait pour objectif d’émettre la chaleur communiquée par la plaque chaude vers le ciel. Les chercheurs ont calculé que la différence de chaleur entre les deux plaques pourrait générer quelques watts par mètre carré, de jour comme de nuit. Cependant garder la plaque « froide » à la bonne température risque d’être délicat ; mais le principe physique est là : les différence de température génèrent de l’énergie.

« Cette approche est assez intuitive, car nous combinons les principes des moteurs thermiques et du refroidissement radiatif », explique Capasso. « Si vous avez deux composants à la même température, évidemment, vous ne pouvez pas extraire de l’énergie, mais si vous avez deux températures différentes vous le pouvez. »

Une autre idée serait d’utiliser un dispositif reposant sur le même principe, mais dont les éléments à température différente ne seraient cette fois-ci non pas des plaques, mais des composants électroniques nanométriques tels que des diodes.

Dans un circuit électrique, une diode a une température plus élevée qu’une résistance par exemple, ce qui pousse le courant dans une direction. Les travaux de Capasso montrent que le rôle de la résistance pourrait être assuré par une antenne microscopique émettrice de radiations infrarouges terrestres vers le ciel (un peu comme la plaque « froide » dans le dispositif précédent). « On obtient directement un courant électrique à partir de la radiation, sans passer par l’étape intermédiaire consistant à refroidir l’objet macroscopique », explique Byrnes, un post doctorant au SEAS.

Tout n’est pas si simple. Beaucoup de recherches ont été effectuées sur des diodes infrarouges pendant 50 ans, sans beaucoup de résultats. Même avec les meilleures diodes actuelles, « vous pouvez captez l’énergie des émissions infrarouges, mais la tension obtenue sera relativement faible » d’après Byrnes.  « Cela signifie qu’il est très difficile de créer une diode infrarouge qui va bien fonctionner. »

 Enerfrance 9/12/2010

EDF : l'énergie en question 10/3/2014

[mustang91 0]

Des cellules photovoltaïques bon marché, légères et facile à fabriquer : c'est la piste qu'explorent des scientifiques français, qui parviennent à synthétiser de manière simple une molécule active sans l'aide de catalyseurs métalliques. C’est une nouvelle étape vers un développement industriel.

Les cellules solaires organiques (CSO) ouvrent de vastes possibilités d'extension des applications de la conversion photovoltaïque (PV) en tirant parti de la plasticité et de la légèreté des matériaux organiques. Cependant, l'intérêt potentiel majeur des CSO réside dans une réduction drastique du coût de l'électricité PV par rapport aux cellules à base de silicium. Une CSO repose sur la création d'une hétérojonction à l'interface de deux matériaux respectivement donneur et accepteur d'électrons. Un atout majeur des matériaux actifs organiques réside dans leur possible mise en œuvre par voie humide, ce qui permet de réduire fortement l'empreinte carbone de la fabrication par rapport à la filière silicium.

Les cellules photovoltaïques sont le plus souvent en silicium, cuivre, indium et sélénium. Les recherches s'orientent de plus en plus vers la fabrication de cellules solaires organiques. Zigazou76, Flickr, cc by 2.0

L’intense compétition internationale sur le PV organique a conduit à faire de l'efficacité de conversion le critère quasi exclusif d'évaluation de la recherche. Cependant, cette course au rendement à tout prix entraîne la recherche dans une direction qui semble s'éloigner des critères souhaitables pour un réel développement industriel. En réalité, l'augmentation impressionnante de rendement obtenue dans un laps de temps relativement court a mobilisé une sophistication croissante de la technologie des dispositifs et de la chimie des matériaux.

Ainsi, la fabrication de ces cellules implique l'insertion de couches additionnelles optimisées, le remplacement des accepteurs à base de C60 par des dérivés du C70 beaucoup plus chers, l'utilisation de métaux précieux dans certains cas, de solvants toxiques, d'additifs et de traitements thermiques. Par ailleurs, les matériaux actuellement les plus efficaces reposent sur des structures chimiques complexes impliquant des synthèses multiétapes de faible rendement global, et donc d'un coût élevé.

Prototype de cellule solaire organique à base de petites molécules. Se passer de catalyseurs métalliques réduirait les coûts et augmenterait le développement industriel de ces cellules. Institut Moltech-Anjou

Les polymères conjugués ont longtemps constitué la seule classe de matériaux actifs pour les CSO. Cependant, la polydispersité des polymères pose des problèmes de reproductibilité des propriétés électroniques dues en particulier à la purification : élimination de groupes terminaux résiduels, extractions successives et mise à l'écart d'une partie importante du produit brut.

Une voie alternative consiste à remplacer les polymères par des molécules de structure parfaitement définie. Dans ce contexte, une équipe du CNRS poursuit la mise au point de nouveaux matériaux actifs en s'efforçant d'intégrer dès la conception des molécules les contraintes liées à un futur développement industriel : simplicité de la structure, synthèse en peu d'étapes, rendement global élevé, réactions compatibles avec une montée en échelle et recours en priorité à une chimie propre. Les chercheurs ont récemment montré que des molécules de structure minimalistes étaient capables de fournir des performances intéressantes dans des cellules de structure rudimentaire.

ActuEnvironnement 20/8/2013

Dans une étude publiée dans la revue ChemSusChem, les scientifiques viennent de franchir une nouvelle étape vers le développement industriel des CSO en synthétisant une molécule active à l'aide de deux réactions de condensation qui ne nécessitent pas de catalyseurs métalliques coûteux et ne produisent comme sous-produit de réaction que de l'eau. Les premiers tests sur des dispositifs basiques montrent des performances intéressantes, bien qu'encore modestes, et le travail de recherche se poursuit afin de valoriser cette approche par la synthèse de nouvelles molécules actives.

les conférences 1/3/2014

FUTURA SCIENCES 7/4/2014

[mustang91 0]

Grâce à un système composé de nanotubes de carbone, des scientifiques du MIT et de Harvard ont réussi à stocker une plus grande partie de l’énergie solaire sous forme chimique, de manière à pouvoir produire de la chaleur à la nuit tombée…

En ces périodes de réchauffement climatique, il est nécessaire de trouver des alternatives crédibles et durables aux hydrocarbures. Parmi les sources d’énergies renouvelables les plus en vogue : l’éolien et le solaire. Néanmoins, leur production dépend des conditions climatiques et de l’heure de la journée. Or, autre inconvénient, elles ne se stockent ni ne se transportent aussi facilement que le pétrole ou le gaz.

Cet arc lumineux imite la lumière du soleil afin de pousser des molécules dites photocommutatrices à changer de forme et à stocker de l’énergie, qu’elles pourront plus tard, et à la demande, restituer sous forme de chaleur. MIT

Différentes équipes de recherche travaillent justement à résoudre ces questions. Il y a trois ans, Jeffrey Grossman et son équipe du MIT, associé à des chercheurs de l’université Harvard, avaient mis au point un modèle informatique qui visait à récupérer de l’énergie solaire sous forme chimique et à la relâcher à la nuit tombée. Du virtuel au réel, il y a parfois des différences. Ainsi, ces scientifiques ont voulu éprouver grandeur nature leurs prévisions.

Leur méthode repose sur des molécules appelées photocommutateurs. Ces composés, soumis à l’énergie du soleil, changent de forme, et peuvent garder leur position durant un moment. Le jour donc, les réserves gonflent au fur et à mesure. Mais à la nuit tombée, par une petite stimulation électrique, lumineuse ou thermique, ces molécules retrouvent leur forme d’origine, et libèrent en même temps de la chaleur, directement exploitable pour la cuisine ou le chauffage d’un logement. En revanche, il ne sert à rien de la convertir en énergie électrique, sous peine de perdre l’intégralité du rendement. Gros avantage : rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme… en énergie. Pas d’émission de composés toxiques pour la planète donc.

Ce schéma explique le fonctionnement de ces batteries rechargeables. Les rayons du soleil (hν) modifient la conformation spatiale (à droite), qui se trouve dans un état d'énergie plus élevé. C'est une forme de stockage photochimique (photochemichal energy storage). Lorsque les molécules retrouvent leur forme originelle (à gauche), il y a un dégagement de chaleur (heat). L’opération peut se répéter éternellement. Kucharski et al., Nature Chemistry

Ces photocommutateurs, des Azobenzènes, sont positionnés dans des nanotubes de carbone, et doivent être suffisamment empaquetés pour que le procédé se révèle avantageux, ce qui n’est pas une tâche aisée. Mais d’après leur étude, publiée dans [b]Nature Chemistry[/b], les résultats obtenus n’étaient pas du tout ceux que le modèle avait prédit. En effet, les densités mesurées étaient deux fois inférieures à celles qu’ils auraient dû obtenir, mais cela suffisait malgré tout pour générer l’énergie thermique désirée. D’où venait le problème ?

En creusant plus profondément, les scientifiques ont découvert le pot aux roses : les azobenzènes ne se liaient pas comme prévu. Faisons une analogie avec un peigne : ces photocommutateurs formeraient les dents. L’espace entre chaque dent se révèle deux fois plus important que ce que le modèle numérique avait calculé. Mais à l’inverse, ces molécules étaient en contact plus étroit, compensant ainsi l’écart précédemment noté.

Les nanotubes de carbone, reliés entre eux par les molécules d’azobenzène. Dans cette confromation, de grandes quantités d’énergies peuvent être stockées, jusqu’à 120 kJ/mol. Kucharski et al., Nature Chemistry

Les auteurs ont aussi noté une interaction entre les molécules d’azobenzène et les nanotubes de carbone voisins, ce qui n’avait pas été pris en compte dans les modélisations. Or, au lieu d’améliorer le stockage d’énergie de 30 %, ces interactions induisent expérimentalement une augmentation du rendement de 200 %. Une sacrée différence !

Cette découverte ouvre la voie à de nouvelles possibilités dans le stockage des énergies renouvelables. Déjà, en améliorant encore le système sur lequel ils travaillent, à l’aide de nouveaux photocommutateurs ou des couches de nanotubes de carbone différentes. Mais aussi en imaginant des processus équivalents pour d’autres énergies et d’autres modes de stockage.

Pour l’heure, ce processus ne permet de fournir que de la chaleur, ce qui peut être utile dans des circonstances particulières mais qui demande quelques améliorations afin de produire de l’énergie sous d’autres formes. De progrès en progrès, les énergies renouvelables devraient finir par s’imposer.


FUTURA SCIENCES 21AVR.2014

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L'architecte allemand André Broessel, de  Rawlemon (page Facebook), a regardé dans "sa boule de cristal" et vu l'avenir de l'énergie renouvelable.

Plaisanterie mise à part, il s'agit d'une nouvelle génération de captage de l'énergie solaire. C'est un globe sphérique robotisé, composé essentiellement de verre de marbre, monté sur un châssis en acier, qui suit le soleil. Ce n'est ni un jouet, ni un objet décoratif ! Il concentre aussi bien la lumière du soleil que celle de la lune. Les rayons de lumière au point focal de cette sphère sont amplifiés jusqu'à 20.000 fois. Et ce n'est pas tout : sa capacité de rétention de la lumière est 35% plus efficace que les modèles classiques photovoltaïques à deux axes !

 Rawlemon ltd. 17/12/2013

André Broessel a été finaliste au Prix World Technologye Network 2013 (catégorie energy enterprise) avec son  globe et a produit après, cette première version, appelée Betaray, une sphère qui peut concentrer la lumière diffuse par un jour nuageux... !

Conclusion : c'est 35% plus efficace que les panneaux solaires actuels, peut réflecter (pour transformation en énergie) par temps nuageux. Il concentre la lumière par 10.000. C'est certainement un avenir prometteur pour cet objet qui surclasse bien des systèmes actuels et qui pourrait être utilisé dans des pays ou régions ayant un, ensoleillement moyen. Comme on peut imaginer cette conception à d'autres fins, telles que pour la cuisson par exemple.

La grande sphère Betaray d'un diamètre de 180 cm produit environ 6 kWh d'électricité sur une journée normale. Une comparaison montre que 8 m² de modules photovoltaïques ne produisent qu'entre 2,5 et 3 kWh par jour sur un toit.

Cerise sur le gâteau : Cette invention peut servir à refroidir une maison, puisque 75% de la chaleur de rayonnement est interceptée. À l'automne 2014 une version mini de la Betaray arrivera sur le marché, dont le but sera de recharger un smartphone.

Kate McKinnon 17/10/2013

La première vidéo est en anglais, la seconde en espagnol. Pour des informations complémentaires, cliquez ICI


Sources:  NewsDiscovery 21/12/2013 - Energyload.eu 2/5/2014

[mustang91 0]

Les centrales solaires thermodynamiques à concentration sont des alternatives aux centrales solaires qui utilisent des cellules photovoltaïques. Leur taux de conversion de l’énergie solaire en vapeur pourrait être fortement augmenté avec des coûts moins élevés grâce à un matériau simple à base de carbone que viennent de mettre au point des chercheurs du MIT.

Les centrales solaires thermodynamiques concentrent les rayons du soleil avec des miroirs pour chauffer de l'eau. Malheureusement, le processus conduit à des pertes de chaleurs importantes. La galette à base de carbone que l'on voit ici permet de contourner cet obstacle. Placée à la surface de l'eau et chauffée par un faisceau de rayons solaires concentrés, elle produit de la vapeur avec un excellent rendement. MIT

L’histoire de l’humanité au XXIe siècle va dépendre fortement de sa capacité à relever le défi de l’utilisation de l’énergie solaire. On multiplie donc les travaux de par le monde afin de mettre au point des cellules photovoltaïques toujours plus performantes et moins coûteuses, en utilisant par exemple la nanotechnologie. On cherche aussi à faire de la photosynthèse artificielle. D’autres voies de recherche sont également explorées parmi lesquelles il en est une fort ancienne : les centrales solaires thermodynamiques à concentration. Le principe est simple, il s’agit de concentrer les rayons du soleil à l’aide de miroirs afin de chauffer un fluide caloporteur. La vapeur produite peut alors être utilisée pour produire de l’électricité ou pour d’autres usages comme la stérilisation. Surtout, c’est aussi un moyen pour dessaler l’eau de mer. Cette technologie est donc particulièrement appropriée pour des régions comme l’Afrique, l’Inde et le Moyen-Orient où l’ensoleillement est élevé et les ressources en eau potable de plus en plus problématiques.

Malheureusement, ces centrales solaires thermiques à concentration reposent encore sur des technologies relativement coûteuses et des rendements qui ne sont pas à la hauteur des besoins. Cela va peut-être changer grâce à une découverte faite par plusieurs chercheurs du MIT qui viennent d’exposer leurs travaux dans un article de Nature Communication.

Elle a consisté à fabriquer un matériau poreux à bon marché capable d’absorber efficacement la lumière du soleil pour produire de la vapeur avec des pertes de chaleur très faibles, contrairement à ce qui se produisait avec d’autres matériaux et les grands champs de miroirs ou de lentilles utilisés pour concentrer la lumière solaire sur de grands volumes de liquide. Pour cela, un matériau de couleur noir est bien sûr idéal et on ne sera donc pas surpris que les chercheurs aient fini par se tourner, après de multiples essais, vers le graphite.

La galette mise au point par les chercheurs du MIT pour générer de la vapeur à partir de la lumière du soleil est constituée de deux couches comme indiqué sur le schéma de gauche. Il y a d’abord une couche isolante (insulating) en mousse de carbone, sur laquelle se trouve une autre tout aussi poreuse que la précédente, où se réalise la génération de vapeur. MIT

Ils ont constitué avec lui une galette assemblée de flocons de graphite sur une mousse de carbone. Poreuse, elle est suffisamment légère pour flotter sur l’eau contenue dans le récipient qu’elle recouvre. Les flocons furent obtenus simplement en plaçant du graphite dans un four à micro-ondes, ce qui a provoqué la formation de bulles (un peu à la façon dont on obtient du pop-corn).

Lorsqu’un faisceau de lumière solaire concentrée touche la galette, le graphite s’échauffe. Il s’installe alors un gradient de pression qui va faire remonter l’eau par capillarité à travers les pores de la mousse de carbone. L’eau finit par se vaporiser dans la couche de graphite de sorte que la galette fonctionne comme une éponge qui, placée dans l’eau pendant une journée chaude et ensoleillée, peut continuellement absorber et évaporer du liquide. Par ailleurs, la couche de carbone sert aussi d’isolant, empêchant la chaleur de s’échapper de l’eau sous-jacente.

Les chercheurs ont constaté qu’avec un faisceau de lumière dont l’intensité était seulement 10 fois supérieure à celle d’une journée ensoleillée typique, ils pouvaient atteindre un taux de conversion record de 85 % de l’énergie solaire en vapeur. D’autres expériences similaires, cette fois avec des nanoparticules, ont nécessité une intensité 1.000 fois supérieure. Il semble possible d’augmenter ce taux de conversion avec une intensité lumineuse encore moindre. Une technologie semblable qui pourrait être développée à grande échelle est peut-être bien la clé de l’énergie de demain.

Futura Sciences 25juil.2014

[BelleMuezza 0]

À l'heure actuelle, la production de l'énergie solaire nécessite souvent des installations coûteuses et peu pratiques. Et si une peinture pouvait changer la donne ? Dernière avancée dans le domaine de l'énergie verte, une nouvelle technique permet d'appliquer des cellules photovoltaïques sur pratiquement tout type de surfaces.

 En France, la capacité de la filière photovoltaïque est de 1.054 MW (données 2010). Le futur nous dira si des panneaux solaires de nouvelle génération peuvent être en mesure d'augmenter ce chiffre. Mr__H, Flickr, cc by nc sa 2.0

Des chercheurs de l'université de Sheffield, au Royaume-Uni, ont développé des cellules photovoltaïques en pérovskite qui pourraient s'appliquer à la manière d'une peinture en aérosol. Il deviendrait donc possible, en théorie, de transformer toute une gamme de produits et de surfaces en générateurs d'énergie. L'idée de panneaux solaires souples n'est pas nouvelle mais tarde à se concrétiser.

Cette nouvelle piste apporte un autre avantage : le coût de fabrication plus faible. Alors que les cellules solaires sont souvent composées de matériaux dont la fabrication réclame beaucoup d'énergie (notamment avec le silicium), l'utilisation de la pérovskite (un minéral abondant sur Terre) en nécessiterait beaucoup moins.

EDF Energies Nouvelles Réparties 20/7/2012

Les cellules s'appliqueraient par une méthode qui s'apparente à la peinture d'une voiture ou à l'imprimerie graphique : des pulvérisateurs les répartissent en plusieurs couches. Le gaspillage serait ainsi minimisé. Le concept pourrait s'adapter facilement à une production en série et devenir plus accessible.

En remplaçant la couche d'absorption de lumière, essentielle à toute cellule photovoltaïque, par une pérovskite sous forme de peinture pulvérisée, les chercheurs ont également amélioré le rendement énergétique. « Les meilleurs rendements des cellules organiques sont autour des 10 %. Les cellules pérovskite ont désormais un rendement qui peut atteindre 19 %. Ceci n'est pas loin derrière le silicium à 25 %, le matériel qui domine le marché mondial du solaire » explique le professeur David Lidzey, chercheur principal sur ce projet.

Futura Sciences 8/8/2014

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Neuchâtel (awp/ats) - Les tout premiers panneaux solaires blancs au monde ont été dévoilés mardi à Neuchâtel par le CSEM, le Centre suisse d'électronique et de microtechnique. Pour ses concepteurs, cette innovation constitue une révolution pour l'intégration architecturale des modules solaires.

"Les modules solaires blancs deviennent un élément de construction qui produit de l'électricité", a relevé devant des représentants des milieux de la recherche ainsi que du monde politique et industriel Laure-Emmanuelle Perret-Aebi, chef de secteur au CSEM. Un immeuble se dote ainsi, selon ses propres termes, d'un "élément actif".

A l'avenir, les éléments photovoltaïques pourront être totalement intégrés aux bâtiments et constituer une source d'énergie discrète et efficace. Cette technologie qui valorise le blanc se révèle attrayante pour le secteur de la construction grâce à son esthétisme, a expliqué cette chercheuse.

L'institut de recherche et de développement estime avoir créé un produit photovoltaïque conçu spécialement pour l'intégration architecturale. Actuellement, la plupart des modules solaires qui sont construits pour maximiser l'absorption des rayons du soleil présentent un aspect bleu-noir. Les composants des panneaux solaires, comme les cellules et les connecteurs intérieurs, demeurent également bien visibles. Cette situation renforce l'allure peu esthétique des modules et rend leur utilisation plus ardue pour les architectes confrontés à des oppositions en faveur du patrimoine.

L'innovation mise au point par les chercheurs permet la réalisation de modules solaires blancs, uniformes, sans cellules ni connecteurs apparents. Malgré la forte demande des milieux de la construction, personne n'avait été en mesure de réaliser un module parfaitement blanc. L'équipe du CSEM aura elle mis deux ans pour achever ce projet.

Le principe repose sur deux éléments: 

- une cellule solaire sensible à la lumière infrarouge qu'elle va convertir en électricité,

- et un film nanotechnologique qui a la propriété de laisser passer la lumière infrarouge. Il est possible de fabriquer des modules de couleur blanche à partir de modules solaires standards.

Pour Laure-Emmanuelle Perret-Aebi, il pourrait ainsi être possible à l'avenir d'acheter son propre rouleau de film nanotechnologique pour l'appliquer sur les panneaux solaires. Le producteur peut aussi intégrer son film directement à ses modules.

Le coût de production est estimé entre 150 à 200 francs (CHF) le m2 contre 100 à 150 francs (CHF) pour les modules bleus classiques. Le rendement de ces nouveaux modules, qui peuvent se décliner en d'autres couleurs que le blanc, est légèrement inférieur aux panneaux photovoltaïques actuels.

Le fait qu'une cellule blanche ne chauffe pas autant qu'une cellule foncée constitue un avantage. Le recours aux modules solaires blancs contribuera à réaliser des économies d'énergie à l'échelle du bâtiment: une température intérieure plus basse permet de réduire les besoins en air climatisé.

Aux Etats-Unis, certaines villes dont New York ont commencé à peindre les toits en blanc. Pour le CSEM, l'on peut envisager l'installation de modules solaires blancs pour atteindre le même effet.

Romandie 28/10/2014

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Suisse : Cellules solaires nouvelle génération développées à Hauterive (NE)


La production-pilote de panneaux solaires ultraperformants a démarré à Hauterive (NE). En collaboration avec le CSEM, Meyer Burger, spécialiste bernois des technologies photovoltaïques, veut développer les "meilleures cellules solaires au monde".

"On redevient champion du monde dans l'efficacité des panneaux solaires", s'est enthousiasmée lundi à Hauterive la conseillère fédérale Doris Leuthard lors de l'inauguration de l'unité-pilote. La production de cellules solaires à hétérojonction (Pdf en français) (HJT) influencera décisivement le secteur dans le futur, car elle est plus efficace, avec un rendement plus élevé et de faibles coûts de fabrication.

C'est la raison pour laquelle, elle constitue la pièce maîtresse du programme Swiss-Inno HJT, financé par l'Office fédéral de l'énergie et le canton de Neuchâtel. L'enveloppe se monte à 10 millions de francs sur trois ans.

"Ce projet va dans la bonne voie" pour atteindre le tournant énergétique cher au Conseil fédéral, a ajouté la cheffe du Département fédéral de l'environnement, des transports, de l'énergie et de la communication (DETEC). Il permettra aussi de réduire la dépendance énergétique vis-à-vis de l'étranger, ce qui a un sens au niveau économique et géopolitique, a précisé Doris Leuthard.

"Actuellement, la Suisse importe les 78% de son énergie et dépense chaque année 31 milliards de francs" dans ce domaine.

Peter Pauli, CEO de Meyer Burger, s'est réjoui de la réussite de "la collaboration entre la recherche et l'industrie" sans devoir dégager des moyens financiers énormes. D'ici à 2020, "notre objectif est de réaliser des cellules de nouvelle génération 30% plus efficaces", a-t-il ajouté. Dans un premier temps, un taux de rendement de plus de 22% est attendu.

Christophe Ballif, directeur du centre photovoltaïque du CSEM, a rappelé que les bases de ce procédé de production novateur ont germé en 2006 déjà dans les locaux de l'Institut de microtechnique (IMT) de l'Université de Neuchâtel, repris depuis par l'EPFL. Le professeur se réjouit que le projet ait pu arriver à maturité industrielle. "Nos chercheurs sont motivés pour lutter contre le réchauffement climatique".

"Les futurs clients proviennent à 80% du marché asiatique et sont de gros producteurs de cellules solaires", a expliqué Benjamin Strahm, directeur de R&D de Meyer Burger. La nouvelle installation, développée à Hauterive, dispose d'une capacité de production de 600 kilowatts.


Romandie 17/11/2014

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Étrange découverte : en se servant de disques Blu-ray du commerce, une équipe de chercheurs de l’université nord-américaine d’Evanston a créé des cellules photovoltaïques absorbant 22 % de lumière en plus. Explication : la nanostructure résultant de la gravure d'une vidéo est particulièrement adaptée pour capter les photons sur l’ensemble du spectre solaire.

Des disques Blu-ray du commerce peuvent servir à fabriquer des cellules photovoltaïques plus performantes. L'amélioration ne vient pas des supports optiques eux-mêmes mais de la manière dont ils sont gravés, offrant des qualités insoupçonnées susceptibles d’améliorer le rendement des panneaux solaires. Précédemment, des travaux de recherche avaient déjà démontré que des gravures à l’échelle nanométrique pratiquées à la surface de cellules photovoltaïques permettaient de capter plus de lumière. Mais cette technique implique une mise en œuvre onéreuse pour fabriquer les moules, ce qui ne se prête pas à une production de masse de tels panneaux solaires.

 Les creux et les bosses résultant de l’encodage binaire des disques Blu-ray forment une structure nanométrique proche d'une répartition aléatoire et dont les dimensions sont proches de l'idéal pour absorber un maximum de longueurs d'onde de la lumière. Northwestern University in Evanston

C’est en partant de ce constat qu’une équipe de chercheurs de l'université Northwestern d’Evanston aux États-Unis (Illinois) a eu l’idée de s’intéresser aux disques Blu-ray. Ils ont réalisé plusieurs moulages de la surface de ces galettes pour imprimer le profil de gravure sur des cellules photovoltaïques en polymère. Ces dernières ont alors révélé une capacité d’absorption de la lumière 22 % plus élevée qu’une cellule photovoltaïque lisse. Au final, cette technologie permet d’augmenter le rendement de conversion de 12 %.

Dans leur article scientifique publié dans la revue Nature Communications, les scientifiques expliquent que l’expérimentation a été menée à partir d’un disque Blu-ray contenant le film Police Story 3: Supercop. Ils ont d’abord délaminé la couche de protection sur la surface de lecture afin de révéler le motif fait de creux et bosses nanométriques correspondant aux « 0 » et aux « 1 » de l’encodage binaire. Puis, à l’aide d’un moule négatif, ils ont copié cette structure afin de la reporter sur une couche de polymère via un dépôt sous évaporation par faisceaux d’électrons.

 À l’avenir, les cellules photovoltaïques des panneaux solaires seront peut-être fabriquées à partir de la technique utilisée pour encoder les disques Blu-ray. Mr_H, Flickr, cc by nc sa 2.0

Cette méthode fonctionne avec n’importe quel Blu-ray, pourvu qu'il soit enregistré et ce, bien sûr, quel que soit le film... L’équipe de l’université d’Evanston a ensuite voulu comprendre pourquoi cette structure fonctionnait mieux que les autres. Les chercheurs se sont penchés sur les algorithmes utilisés pour le transfert des données sur les Blu-ray et ont découvert qu’ils remplissaient deux fonctions. La première est d’assurer un taux de compression le plus élevé possible en convertissant le signal vidéo en une séquence aléatoire de 0 et de 1. La seconde fonction des algorithmes est d’augmenter la marge d’erreur en ajoutant un contrôle de redondance à la séquence de données afin de limiter le nombre de 0 et 1 consécutifs.

Le fait est que ces deux fonctions combinées produisent un ensemble « quasi aléatoire » de creux et de bosses dont la taille est comprise entre 150 et 525 nanomètres. Il s’avère que cette fourchette est particulièrement efficace pour capter les photons dans les parties visibles et proche de l'infrarouge du spectre solaire. Cette découverte ouvre des perspectives intéressantes quant au recyclage des millions de Blu-ray en circulation. Mais la solution la plus efficace serait sans doute d’intégrer directement l’outil industriel de production de ces disques dans la fabrication des cellules photovoltaïques.


Futura Sciences 28/11/2014

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Ce capteur solaire de l'extrême a été conçu par des Français et des Allemands. Il pourrait être utilisé dans les gigantesques "fermes solaires" des régions bénéficiant d'un large ensoleillement.

L'Europe, championne du monde. Le vieux continent confirme sa première place dans un domaine enviable, celui de la conversion de la lumière en électricité. Le seuil était de 44,7%, il vient de passer à 46%. Ce taux a été atteint par une cellule solaire développée conjointement par le CEA-Leti, l'entreprise française Soitec (à l'origine une émanation, justement, du CEA) et l’Institut Fraunhofer pour les Systèmes Energétiques Solaires (ISE) en Allemagne.

 A l'institut Fraunhofer, le capteur solaire ayant permis une conversion de 46% de la lumière en électricité. Fraunhofer ISE/Photo Alexander Wekkeli

Contrairement à ces panneaux photovoltaïques qui recouvrent les toits des maisons écolos, la cellule solaire de tous les records n'est pas fabriquée en silicium. "Nous utilisons d'autres semi-conducteurs, des matériaux dits III-V", commente Thomas Signamarcheix, responsable du labo des substrats avancés du CEA-Leti. Comprenez des éléments chimiques classés dans les 3e et 5e colonnes du tableau périodique de Mendeleïev *. Leur avantage : "Ils ont un rendement meilleur que le silicium", reprend le chercheur français.

Ainsi, le capteur solaire ayant atteint le taux de conversion de 46% est constitué d'un empilement de plusieurs couches - ou "jonctions" - dont chacune réagit à la lumière dans une certaine longueur d'onde. "Imaginez des briques de Lego vert, rouge et bleu. Nos jonctions sont de même, chacune convertissant en électricité qui la lumière verte, qui la rouge, qui la bleue", reprend Thomas Signamarcheix.

Reste une question : ce record de 46 % restera-t-il confiné aux quatre murs du laboratoire ? "Non. Car la cellule solaire qui a produit ce taux de conversion n'est en rien un mouton à 5 pattes. Elle a au contraire été fabriquée à l'aide d'une technologie - consistant à coller les couches les unes sur les autres par de l'adhésion moléculaire - parfaitement maîtrisée par l'industrie depuis 20 ans, et notamment par l'entreprise Soitec, même si c'était dans le cadre d'autres applications".

Le dispositif aux semi-conducteurs III-V doit donc pouvoir être utilisé par exemple dans les "fermes solaires", ces grandes centrales solaires installées dans les régions qui bénéficient d’un ensoleillement direct élevé. Mais l’intégration de ces dispositifs dans les systèmes photovoltaïques à concentration (CPV) s'accompagnera néanmoins d'une perte en rendement total, "d’où l’importance d’implémenter rapidement ces dispositifs dans des installations pilotes qui seront le seul moyen de valider ce gain" précise Thomas Signamarcheix.

Car les cellules à 46% y seront encapsulées, parmi d'autres composants, dans des systèmes photovoltaïques à concentration (CPV) - par exemple des lentilles qui concentrent la lumière du Soleil, 508 fois ! "Et il y a fatalement des pertes à chaque niveau des systèmes CPV. Ainsi les modules consistant en l’assemblage des dispositifs avec les lentilles présentent actuellement au mieux un rendement de 36,7%, explique le chercheur du CEA-Leti. Néanmoins, chaque électron gagné par la conversion du dispositif représentera toujours un gain pour ces systèmes de production d’énergie propre". Déjà un sacré progrès par rapport aux 25% (au mieux) des bons vieux capteurs solaires en silicium.

* Tableau périodique des éléments, selon la table établie par Mendeleïev. En fait, il s'agit d'une classification périodique des éléments (CPE) ou simplement tableau périodique. Elle représente tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leur configuration électronique, laquelle sous-tend leurs propriétés chimiques. Poke2001 CC BY-SA 3.0


Le même tableau que ci-dessus, mais très détaillé. Il s'agit là de la traduction du tableau périodique des éléments que l'on peut trouver sur https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Periodic_table_large.svg. Jeantantou CC BY-SA 3.0

Sciences et avenir 5/12/2014 - Wikipedia

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Les nouvelles technologies peuvent aider à faire face au réchauffement climatique, comme l'énergie solaire concentrée.

Au coeur des Pyrénées-Orientales se trouve le four solaire d'Odeillo. Un centre d'essai unique au monde. Depuis 50 ans, ingénieurs et scientifiques développent une technique inventée par Archimède il y a plus de 2 000 ans, l'énergie solaire concentrée. Principe : un miroir parabolique réfléchit les rayons du soleil qui se croisent en un seul point.

L'énergie solaire concentrée

À quelques kilomètres du centre a été construite il y a 35 ans Thémis, la première centrale électrique solaire concentrée. Elle a servi de modèle un peu partout sur la planète. Mais ces centrales ont un défaut majeur : de nuit, elles ne produisent pas d'électricité.

Toutefois, le laboratoire d'Odeillo vient de résoudre ce problème. L'équipe a expérimenté le stockage d'énergie à très haute température. Les chercheurs ont élaboré une poudre de métal qui se comporte comme un liquide et permet le transport de la chaleur produite par le soleil.

"Quasiment plus personne ne nie le réchauffement climatique et on est vraiment devant un choix politique à partir du moment où les technologies sont quasiment disponibles", estime Gilles Flamant, directeur du laboratoire PROMES/CNRS. 

En développant l'énergie solaire concentrée, en quelques heures, on produirait assez d'énergie pour alimenter la planète entière pendant une année.


Francetv info 20/10/2015

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Après plusieurs années de développement, le capteur solaire Rawlemon fait ses débuts commerciaux. Imaginé par un architecte allemand, il s’agit d’une boule transparente pleine d'eau capable de convertir environ 70 % d’énergie de plus qu’un panneau solaire classique. Ce dispositif ingénieux fonctionne de jour comme de nuit et peut alimenter aussi bien de petits appareils que des bâtiments ou des véhicules électriques.

 Attivo.tv - Canale 1 30/12/2013

L’une des principales causes du faible rendement des panneaux solaires actuels est qu’ils sont pour la plupart fixes et ne suivent donc pas le soleil. Il existe bien des panneaux montés sur des pylônes motorisés mais ce système est onéreux et fragile à cause de la prise au vent qui en résulte. La forme sphérique du capteur Rawlemon évite cet écueil. Les cellules se déplacent sur un double arc de cercle (pour la hauteur et l'azimuth), et peuvent même suivre la Lune. L’efficacité serait ainsi 70 % supérieure à celle des panneaux solaires classiques.

Le Rawlemon est décliné en plusieurs tailles, avec un diamètre de 10 cm à 1,80 m, selon l'usage envisagé. 

 - Le plus petit est un modèle de bureau qui peut recharger des appareils électroniques domestiques (smartphones, tablettes, ordinateurs portables…) équipés d’une prise USB 2.0 en délivrant 9 Wh par jour. (Photo Rawlemon.com)

 - Les modèles plus grands peuvent être installés à l’extérieur pour servir de stations de charge pour les voitures électriques, alimenter des générateurs autonomes ou fournir de l’électricité et du chauffage dans les bâtiments. Ce capteur solaire est en effet compatible avec des collecteurs hybrides pour convertir de l’électricité ou de l'énergie thermique. Le modèle de Rawlemon le plus imposant (le Beta.ray 1.80) peut fournir jusqu’à 3,4 kWh par jour avec un rendement de 57 % en configuration hybride. (Photo Beta.ray 1.00 (6.000€) Rawlemon.com)

 Ce n’est pas tout. Le matériau employé pour fabriquer la sphère est un polymère acrylique à 99 % de transparence. André Broessel a donc eu l’idée de décliner le concept sous forme de vitrage produisant de l'énergie thermique. Il a créé un panneau composé de 12 sphères de 50 millimètres de diamètre pour concentrer les rayons solaires. Selon les données du constructeur, cette « fenêtre » placée en façade peut fournir jusqu'à 150 W par m². (Photo Rawlemon.com)

Reste désormais à transformer ce concept prometteur en succès commercial. Après avoir levé un peu plus de 230.000 dollars (un peu plus de 210.000 euros au cours actuel) sur la plateforme de financement Indiegogo, Rawlemon a débuté la commercialisation. Des modèles de bureau sont vendus en ligne à partir de 149 euros. Deux modèles d’extérieur équipés de sphères de 1 m et 1,80 m de diamètre sont disponibles au prix respectif de 6.000 et 8.999 euros. Le module fenêtre coûte quant à lui 8.499 euros. Des tarifs élevés pour des particuliers mais qui pourraient être plus facilement supportés par des promoteurs immobiliers, des entreprises de BTP ou encore des organismes publics.


Futura Sciences 10/12/2015