Bientôt pour les propriétaires : des panneaux solaires qui ont l’air attrayants

Aujourd’hui, des chercheurs et des entreprises privées travaillent sur de nouvelles conceptions qui pourraient changer l’apparence de l’énergie solaire résidentielle et inciter davantage de personnes à essayer la technologie. Ils testent tout, des cellules solaires si fines qu’elles peuvent être étalées comme de la peinture, aux panneaux intégrés dans le tissu à utiliser comme auvents ou tentes, à ceux qui viennent dans des couleurs différentes et plus agréables.

“Nous avons besoin que plus de gens adoptent l’énergie solaire”, déclare Sheila Kennedy, architecte en exercice et professeur d’architecture au Massachusetts Institute of Technology. « Nous devons en faire une partie joyeuse et quotidienne de la vie domestique, et cela nécessitera du design. Ce n’est pas qu’un problème technique. »

Fin 2020, il y avait environ 2,7 millions de foyers équipés de systèmes photovoltaïques au silicium standard aux États-Unis, selon le National Renewable Energy Laboratory (NREL).

Et la technologie pourrait sembler plus attrayante pour les propriétaires de nos jours, avec le récent projet de loi sur le climat prolongeant un crédit d’impôt fédéral existant pour les dépenses en énergie solaire résidentielle jusqu’en 2032, en plus des incitations offertes par de nombreux États.

Voici quelques façons dont de nouvelles conceptions solaires pourraient élargir les options dont disposent les gens pour ajouter de l’énergie renouvelable à la maison.

Technologie fine et flexible

Les systèmes de construction résidentielle les plus courants utilisent des panneaux bleus ou noirs constitués de cellules solaires au silicium, qui sont volumineuses et rigides, énergivores à fabriquer et sujettes à des pénuries dans la chaîne d’approvisionnement.

Aujourd’hui, les chercheurs solaires explorent de nouveaux matériaux qui promettent de créer des panneaux solaires aussi fins que quelques nanomètres et de les rendre beaucoup plus esthétiques.

L’une des technologies à couches minces les plus prometteuses implique les pérovskites, des minéraux dont la structure cristalline peut être étalée jusqu’à un demi-micron, ce qui est plus petit que certaines bactéries. Cette finesse permettrait de rendre les cellules solaires à base de pérovskite flexibles ou même pulvérisées comme de la peinture un jour.

Le concept fonctionne extrêmement bien pour transformer le soleil en énergie. La technologie pérovskite n’a que quelques décennies et a déjà une efficacité de 25,7% – la quantité de lumière solaire qui est transformée en énergie – dans les paramètres de test, selon le NREL. Pendant ce temps, le silicium, sur lequel les chercheurs travaillent depuis plus de 40 ans, culmine à 26,7 %. Compte tenu des recherches actuelles, un taux d’efficacité de 33% pour les pérovskites est possible dans les prochaines années, selon Bin Chen, professeur de chimie à la Northwestern University.

Quelques entreprises développent également des panneaux de silicium avec des couches de pérovskite – principalement à des fins commerciales – qui tirent parti des processus de fabrication actuels et ressemblent beaucoup aux panneaux solaires photovoltaïques existants.

Transformer les pérovskites en un matériau flexible ou les utiliser comme peinture nécessite de nouveaux procédés de fabrication et est encore en phase de recherche. Mais ces technologies ont la possibilité d’être très bon marché à produire et plus respectueuses de l’environnement, et de nombreuses entreprises travaillent à la commercialisation des pérovskites, ce qui pourrait faire baisser les coûts, selon le Dr Chen.

À l’avenir, la production d’énergie solaire pourrait être intégrée directement dans les bâtiments, via des cellules solaires intégrées dans les puits de lumière, les revêtements, les balustrades de balcon, les pergolas et les systèmes d’ombrage. David T. Moore, chercheur au NREL, affirme que les pérovskites pourraient également contribuer à rendre les fenêtres solaires – des fenêtres en verre capables de convertir la lumière du soleil en électricité – plus populaires. La façon dont les fenêtres solaires sont fabriquées les laisse actuellement teintées, dit-il. Pour certaines installations, c’est bien, mais les pérovskites pourraient être fines et transparentes, imitant plus étroitement les fenêtres non solaires.

Des recherches sont menées sur un certain nombre d’autres technologies à couches minces, y compris de minuscules semi-conducteurs appelés points quantiques et des méthodes impliquant des matériaux organiques, mais en raison de leur moindre efficacité, ces technologies solaires n’ont pas reçu la même attention que les pérovskites. Et, en fin de compte, les pérovskites devront surmonter leur propre obstacle : la technologie photovoltaïque d’aujourd’hui a une longue histoire de performances dans le monde réel.

« C’est un gros défi pour la commercialisation », déclare le Dr Moore. “Est-ce que les gens veulent prendre un risque sur quelque chose qui ne durera peut-être pas?”

Toits solaires

La technologie intégrée au bâtiment qui a le plus décollé est celle des bardeaux solaires, qui sont conçus pour ressembler aux bardeaux traditionnels et se fondre dans le toit.

Tesla a commencé à vendre des toits solaires faits de ces bardeaux aux États-Unis en 2017, et d’autres entreprises se sont récemment jointes à diverses options, des tuiles noires plates à l’aspect terre cuite.

La création d’un toit en bardeaux solaires est généralement plus coûteuse que l’ajout de panneaux solaires, principalement parce que l’installation est plus complexe, les coûts pour chaque maison variant en fonction de facteurs tels que la forme du toit, les obstacles tels que les puits de lumière et la marque de bardeau.

Peter Hakenberg, directeur général de paXos Consulting & Engineering, un fabricant allemand de bardeaux solaires, affirme que les toits avec les bardeaux solaires de l’entreprise peuvent coûter le double du prix d’un toit ordinaire et fonctionner 20 % plus cher que l’installation de panneaux photovoltaïques typiques sur un toit ordinaire. . Ainsi, les bardeaux solaires pourraient avoir plus de sens pour les personnes qui remplacent un toit ou construisent une nouvelle maison, dit M. Hakenberg.

Alors que la plupart des clients veulent faire ce qu’il faut et utiliser des énergies renouvelables, ajoute-t-il, le choix se résume souvent à l’esthétique.

“Ils ne veulent pas rendre leurs maisons laides”, dit-il. “C’est aussi simple que ça.”

Tissu solaire

Alors que les panneaux solaires sont généralement installés sur des structures permanentes et rigides, ils peuvent également être intégrés dans des tissus pour des structures telles que des treillis, des auvents et des abris de voiture, ce qui les rend beaucoup moins gênants.

“Tout ce qui est en tissu est une opportunité de générer de l’électricité”, déclare Colin Touhey, co-fondateur et PDG de Pvilion, une société de Brooklyn, NY, qui fabrique des structures solaires photovoltaïques flexibles.

Les produits de Pvilion utilisent des cellules solaires au silicium typiques, mais les stratifient et les intègrent dans le tissu. Le matériau composite est plus résistant que la plupart des panneaux solaires, dit M. Touhey, et il peut offrir une efficacité similaire.

Les structures mobiles telles que les tentes solaires pourraient permettre aux gens d’augmenter l’énergie solaire en cas de besoin et de la déplacer là où se trouve le soleil, ou de l’utiliser davantage pendant les périodes ensoleillées de l’année. Jusqu’à présent, Pvilion a principalement travaillé avec des entreprises cherchant à installer des auvents et des abris dans de grands espaces, mais ils reçoivent des demandes de propriétaires, explique M. Touhey. Un article qui pourrait être utilisé pour les résidences, un auvent solaire de 10 pieds sur 12 pieds, coûte actuellement environ 8 000 $, avec des prix inférieurs pour les achats en gros.

Panneaux colorés

Étendre la palette des panneaux solaires au-delà du noir ou du bleu foncé typique vers des options plus variées et attrayantes s’est avéré délicat – lors des premiers essais, les nouvelles couleurs réduisaient l’efficacité d’environ 50 %.

Mais les scientifiques travaillent sur de nouvelles méthodes. Dans un processus développé à l’Université Jiao Tong de Shanghai, des chercheurs ont pulvérisé un matériau nanoparticulaire sur des cellules solaires qui les ont rendus bleus, verts et violets tout en réduisant l’efficacité des panneaux de seulement 5 % environ. Le spray pourrait être ajouté à la production existante de cellules solaires, selon Tao Ma, professeur adjoint d’ingénierie à l’Université Jiao Tong de Shanghai qui a travaillé sur le projet.

Une autre méthode, utilisant une molécule de colorant qui peut créer des panneaux bleu-vert à violet-rouge, ne perd pas une quantité notable d’efficacité de conversion de puissance, selon Andre Taylor, professeur d’ingénierie à l’Université de New York et chercheur à l’origine de ce travail. . Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour réduire les coûts, mais le professeur Taylor affirme que l’intérêt du marché semble être là. “Les gens veulent une esthétique agréable et colorée qui peut également dégager une énergie appréciable”, dit-il.

À partir du sol

Les expériences d’installation de panneaux solaires sur les routes se sont largement révélées coûteuses et inefficaces. Mais certaines entreprises pensent qu’elles peuvent faire fonctionner l’idée à une échelle beaucoup plus petite : mettre de l’énergie solaire au sol dans des zones comme les allées ou les patios.

“C’est assez bon marché maintenant pour être installé dans des endroits non optimaux”, déclare Joe Byles, cofondateur de Solar Hardscapes, une entreprise solaire de Dallas qui fabrique des pavés solaires.

Solar Hardscapes utilise un revêtement polymère qui donne aux pavés l’apparence de pierre ou de béton typique. Le revêtement signifie également que les panneaux, qui sont des cellules solaires au silicium standard, peuvent résister à la conduite et au stationnement des camions. La société propose deux panneaux : une version 50 watts pour 125 $ inclus et une version 100 watts pour 250 $.

La technologie n’est pas aussi puissante que l’énergie solaire sur les toits. Le revêtement polymère réduit l’efficacité de 5 %, et le fait d’être au sol peut réduire de 10 % à 15 % supplémentaires, par rapport à l’énergie solaire sur le toit. Cela pourrait ne pas suffire à tout alimenter dans une grande maison, mais même une section limitée de pavés solaires pourrait générer de l’énergie pour faire fondre la neige sur les allées ou alimenter les lumières extérieures.

« Chaque technologie a un effet additif pour atteindre nos objectifs de production d’énergie propre », déclare M. Byles.

Mme Snow est écrivain à Los Angeles. Envoyez un e-mail à [email protected].