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lundi 15 avril 2013

Le Photovoltaïque 2.0 b: nano-technologies et cellules organiques

Les nanotechnologies au service du solaire !

 
 
De grands groupes industriels investissent massivement dans la recherche et le développement afin d’étudier les possibilités liées aux nanotechnologies appliquées au domaine de l’énergie solaire.




La majorité des modules photovoltaïques actuellement commercialisés sont composés de cellules en silicium d’une épaisseur d’environ une centaine de microns. Les ingénieurs visent à réduire cette épaisseur à environ un micron, tout en conservant des rendements similaires pour la production d’énergie.

Intérêt et applications des cellules à couche fine

Les équipements solaires photovoltaïques utilisant le fruit de cette recherche deviennent plus légers, plus flexibles et moins fragiles du fait d’un matériaux plus souple, sans compter que les installations de projets importants sont largement facilitées.
On imagine aisément les applications possibles pour de mini-capteurs solaires. Ainsi nos appareils électriques du quotidien – notre téléphone portable par exemple – rechargés par de mini champs photovoltaïques cousus sur nos tee-shirts ou autres sacs à mains.

Technologies photovoltaïques de demain

Les technologies à couche mince existent déjà, par exemple certains fabricants produisent des champs photovoltaïques à base de cellules CIS, à base de Cuivre Indium Sélénium, qui transforment en électricité un spectre lumineux plus large que les cellules à base de silicium et qui ont des performances plus élevées à faible luminosité.
Mais à n’en pas douter dans l’avenir de nouvelles technologies photovoltaïques encore aujourd’hui en phase de recherche viendront compléter la gamme des équipements solaires, chacune d’entre elles apportant des avantages selon les applications souhaitées.
 source


Les nano-technologies ouvrent de nouveaux horizons pour les produits photovoltaïques et les grands groupes investissent massivement au sein des plus prometteuse des "startups" photovoltaïques.

Article(s) à lire avant : Intégration architecturale des panneaux solaires et Raccordement d'un générateur photovoltaïque au réseau

La technologie Cuivre Indium Sélénium (CIS) présente plusieurs avantages. C'est une technologie de couche mince qui peut être construite sur un substrat flexible.
Les progrès réalisé ces dernières années permettent aux cellules CIS d'approcher les rendements atteints par les cellules silicium polycristallin (autour de 12% de rendement) avec un coût de fabrication bien inférieur.
Les grands groupes investissent massivement au sein des plus prometteuse des "startups" photovoltaïques.


Nanosolar

Nanosolar avait déjà rempli son carnet de commandes pour 18 prochains mois avant même d’avoir commencé la production dans ses locaux tout neufs.

En septembre 2009, la production a démarré dans l'usine d'assemblage de Nanosolar située à Luckenwalde près de Berlin. L'automatisation permet de maintenir une cadence de production d'un panneau toutes les dix secondes, soit une capacité annuelle de 640 MW, à condition que l'usine fonctionne en continue (24 h / 7 jours).
Fabrication continue de cellules CIS par impression.
Photo Nanosolar 


Recherche et développement


Les nano-technologies ouvrent de nouveaux horizons pour les produits photovoltaïques.  Innovalight dans le Silicon Valley développe un "encre de silicium" composé des nanoparticules de silicium mélangées à un solvant et versées sur un substrat. Le solvant est ensuite extrait, laissant une cellule solaire dont la forme dépend de la surface où elle a été versée.



Les chercheurs de l'Institut Fraunhofer de l'énergie solaire (ISE) à Fribourg-en-Brisgau travaillent des procédés pour la production en masse de cellules photovoltaïques organiques de l'épaisseur d'une feuille de papier.
Les cellules solaires organiques ont de bonnes perspectives d'avenir, mais elles ne sont pas encore en mesure de concurrencer les cellules en silicium car leur rendement reste faible.


Cellules organiques


Le photovoltaïque organique considéré comme une technologie d'avenir utilisera des polymères organiques semi-conducteurs. Les capteurs solaires se présenteront sous forme de films de type photographique, souples, légers et très faciles à installer, ouvrant ainsi l'accès à de nouveaux marchés.
Cellules de l'entreprise britannique Eight19


La société américaine Konarka Technologies annonce la production des cellules solaires organiques en couche mince transparentes. Ces cellules solaires réalisées par l'intermédiaire d'une presse rotative auront un rendement de 3 à 4%.
Konarka a aussi développé une sorte de fibre solaire qui pourrait servir pour la fabrication des sacs ou des vêtements.

Cellules solaires de Grätzel

Des chercheurs de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) et de l’Université de Stanford ont développé et testé à Lausanne des cellules photovoltaïques nanocristallines à colorants.
Couramment désigné sous le nom de cellules solaires de Grätzel en référence à leur concepteur (Michael Grätzel, Professeur, École Polytechnique Fédérale de Lausanne), la technique a vu le jour au début des années 90. L'équipe développe un système à base de colorants qui, comme la chlorophylle naturelle, sont stimulés par la lumière et génèrent des charges électriques. Grâce à l’adjonction d’un second colorant, les cellules solaires sont désormais capables de réagir à une plus grande partie du spectre lumineux.
La technique permet de produire des cellules solaires particulièrement efficaces en faible luminosité et à moindre coût, ce qui permet d'envisager de nouveaux domaines d'applications.


Cellules hybrides


Des scientifiques du Laboratoire Cavendish (département de Physique) de l'Université de Cambridge, ont mis au point un nouveau type de cellule solaire "hybride" qui absorbe la lumière rouge tout en exploitant l'énergie additionnelle de la lumière bleue afin d'augmenter le courant électrique.
Typiquement, une cellule solaire génère un électron unique pour chaque photon capturé. Cependant, en ajoutant du pentacène, un semi-conducteur organique, les cellules solaires peuvent produire deux électrons pour chaque photon du spectre de la lumière bleue. Cela pourrait permettre ainsi aux cellules solaires de capter jusqu'à 44% de l'énergie solaire.


Cellules solaires flexibles


Ces cellules solaires sont fabriquées par des chercheurs de l'Institut technologique de Californie en utilisant un maillage de longs fils minces de silicium qui sont ensuite incorporés dans un substrat en polymère.
Ce nouveau type de cellules, avec une meilleure absorption de la lumière du soleil et une conversion plus efficace des photons en électrons, n'utilise qu'une faible proportion de matériaux semi-conducteurs. Les fils de silicium mesurent entre 30 et 100 microns de long et possèdent un diamètre de 1 micron de diamètre.
Par ailleurs, le fait que ces cellules soient souples est un avantage parce qu'elles peuvent être fabriquées dans un processus d'impression rotative, dont le coût est largement inférieur à celui de la fabrication des cellules solaires conventionnelles


Cellules solaires transparentes


Cellules solaires transparentes développées par l'inventeur Joël Gilbert sous le nom de wysips (what you see is photovoltaic surface). C'est une technologie optique qui permet d'intégrer des capteurs solaires dans une surface sans en changer l'aspect. Ainsi toute surface visuelle, peut devenir photovoltaïque : les écrans de téléphone ou d'ordinateur, les livres électroniques, les voitures, ...
Le film appliqué sur un écran de smartphone.

dimanche 14 avril 2013

Un inventeur tunisien met au point une éolienne révolutionnaire, la moins chère au monde

Une invention tunisienne vient d’être annoncée, qui produit de l'énergie éolienne grâce à une technologie inspirée des voiliers. Elle a l’avantage d’être moins chère et énergétiquement plus efficace.

C’est l’éolienne sans lame, le Saphonian, baptisée d'après la divinité du vent qui était adorée par les Carthaginois .

Elle est également plus respectueuse de l'environnement que les éoliennes existantes qui produisent du bruit et qui tuent les oiseaux à cause de la rotation de la lame. 

Au lieu de tourner les lames, le Saphonian, en forme de voile, capte l'énergie cinétique du vent, a déclaré son inventeur, Anis Aouini, au SciDev.Net - le Réseau Sciences et Développement, une organisation à but non lucratif dont l'objectif est la diffusion d'une information scientifique et technologique fiable et faisant autorité dans le monde en développement.

Il a expliqué que l'énergie mécanique obtenue déplace les pistons générateurs de pression hydraulique qui peut être stockée dans un accumulateur hydraulique ou convertie en électricité.
"Ce n'est pas la première éolienne sans lame, mais l'idée initiale est venue de voiles - le seul système humain qui peut capturer et convertir la majeure partie de la puissance du vent en énergie mécanique", a-t- il précisé.
Une éolienne moyenne ne capte que 30 à 40 pour cent de l'énergie cinétique du vent, tandis que le Saphonian peut capturer jusqu'à 80 pour cent, selon l’inventeur.

Hassine Labaied, directeur général de Saphon Energy, la start-up qui va commercialiser cette invention, a déclaré que le Saphonian réduit les pertes d'énergie aérodynamiques et mécaniques associées aux turbines à lame tournante .
«Notre prototype de seconde génération est de 2,3 fois plus efficace, et les coûts sont près de la moitié moins chers que ceux de ses prédécesseurs [éoliennes conventionnelles]. Il supprime les composants les plus coûteux dans une éolienne traditionnelle, qui sont les lames, le hub et la boîte de vitesse", a-t-il ajouté.
Aouini et Labaied ont breveté la technologie en Tunisie, en septembre 2010, et reçu un brevet international, en mars 2012. Saphon Energy est maintenant à la recherche d'un partenariat avec un fabricant pour promouvoir la technologie dans le monde entier.

«Nous sommes en négociation avec un certain nombre de sociétés internationales qui produisent des technologies d’énergies renouvelables, et, nous finaliserons le processus, d'ici la fin de cette année", a déclaré Labaied. Il a estimé qu'il faudrait jusqu'à deux ans avant que le produit n’arrive sur le marché commercial.
Ali Kanzari, un expert en énergie renouvelable et directeur général de systèmes d'énergie solaire, a déclaré à SciDev.Net que le Saphonian « semble une alternative radicale et économiquement viable aux turbines à pales". Toutefois, il a ajouté que "l'étape de fabrication est importante, car elle permettra de déterminer comment le marché va l'accepter."
"L'électricité produite par le vent en Tunisie représente cinq pour cent de la production totale d'électricité dans le pays," a déclaré, pour sa part, Ayadi Ben Aissa, ancien directeur général à la société Tunisienne de l'Electricité et du Gaz (STEG), à SciDev.Net .
Il a dit que l'utilisation de la technologie Saphonian pourrait produire jusqu'à 20 pour cent de l'électricité éolienne de la Tunisie sur le moyen terme.
Wiem Thebti
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