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True Colours : Des panneaux solaires pour embellir l'extérieur des bâtiments

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Des modules photovoltaïques pouvant être produits dans un spectre de couleurs uniques, grâce à une technologie inspirée des ailes de papillons, sont en cours de développement par l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (ISE).

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L'objectif, explique le Dr Thomas Kroyer, chef du groupe Technologie et systèmes de revêtement de l'organisation, est de rendre les panneaux solaires plus esthétiques pour encourager les concepteurs à les intégrer dans les bâtiments

"Nous voyons beaucoup de potentiel pour ces panneaux dans le photovoltaïque intégré aux bâtiments (BIPV). Le BIPV est une technologie qui peut améliorer de manière significative le bilan de CO2 d'un bâtiment, idéalement au point d'un bâtiment à énergie zéro ou plus"

Ailes de papillon

Le BIPV consiste à utiliser des modules photovoltaïques au lieu de matériaux de construction conventionnels dans des domaines tels que les toits, les lucarnes et les façades. Pourtant, malgré ses avantages et l'amélioration esthétique des panneaux solaires ces derniers temps, les modules photovoltaïques ne sont toujours pas des éléments de conception populaires parmi les promoteurs, les planificateurs et les architectes

Les modules ISE de Fraunhofer, cependant, marient fonctionnalité et beauté et seront disponibles dans une gamme de couleurs pour rehausser ou se fondre dans le bâtiment sur lequel ils sont montés, explique le Dr Kroyer :

"Les méthodes conventionnelles de coloration des cellules solaires ou du verre de couverture offrent un choix limité de couleurs et présentent un inconvénient décisif, à savoir qu'elles entraînent des pertes d'énergie relativement élevées. Notre procédure permet de produire des modules colorés avec des pertes de transmission minimales et donc des pertes de rendement énergétique minimes"

Le procédé Fraunhofer ISE consiste à ajouter une couche de matériaux diélectriques à l'arrière du verre photovoltaïque qui présente une structure photonique en 3D

"Cette structure est inspirée du papillon morpho dont l'aile bleue brillante n'est pas créée par des pigments comme chez les autres papillons, mais plutôt par une structure de surface avec des lamelles [une fine couche de tissu organique] de l'ordre du nanomètre. Les lamelles miniatures, qui ne peuvent être vues qu'au microscope électronique, provoquent une diffraction et une interférence de la lumière. Les nombreuses lamelles réfléchissent la lumière d'une longueur d'onde spécifique, dans ce cas, le bleu ; les réflexions se renforcent mutuellement pour obtenir une couleur vraiment brillante"

Transmission de la lumière

La particularité de cette structure est qu'elle reste transparente pour les autres longueurs d'onde. Elle est donc idéale pour produire des couleurs brillantes tout en maintenant une transmission lumineuse élevée. Par rapport au verre de couverture non revêtu, les modules colorés présentent une perte de puissance relative de seulement sept pour cent, une efficacité unique dans le secteur de la construction. Les nuances peuvent être spécifiées en ajustant la distance entre les lamelles dans la structure 3D à la surface du verre, ce qui permet de fabriquer n'importe quelle couleur, explique le Dr Kroyer :

"Plus la structure photonique utilisée est complexe, plus la qualité de la couleur est bonne, par exemple en termes de stabilité angulaire, et plus l'efficacité est grande."

Des prototypes devraient être produits plus tard dans l'année. Les panneaux pourraient être sur le marché en 2022.

"Le plus grand défi du projet est de trouver un compromis entre l'effort de production - coût et temps - et l'effet de couleur. Notre objectif de recherche actuel est d'obtenir le meilleur effet de couleur possible à un coût raisonnable pour les fabricants de modules solaires"