Ouvrir la voie à des panneaux solaires flexibles et bon marché

Pendant des années, les entreprises solaires ont voulu fabriquer des panneaux légers et flexibles, peu coûteux à expédier et faciles à installer (en les déroulant sur de grandes surfaces). Mais ils ont été freinés par un manque de substituts de verre bons et abordables.

Protection solaire : Ce film polymère scelle l'eau bien mieux que les autres plastiques - il peut protéger les panneaux solaires pendant des décennies.

À présent 3M pense avoir trouvé une solution. Cette semaine, la société a dévoilé un film plastique qui, selon elle, peut rivaliser avec le verre dans sa capacité à protéger les matériaux actifs des cellules solaires contre les éléments et à économiser de l'argent pour les fabricants et leurs clients.

Le film protecteur est une feuille multicouche à base de polymère fluoré qui peut remplacer le verre en tant que capot de protection avant des panneaux solaires, explique Derek DeScioli, directeur du développement commercial pour la division des énergies renouvelables de 3M. Les fabricants laminent les feuilles sur les panneaux solaires pour les sceller hermétiquement et les protéger de l'humidité et d'autres éléments météorologiques pouvant être mortels pour les cellules solaires à l'intérieur.

Le film est la réponse de 3M à la demande des fabricants de panneaux solaires, en particulier des fabricants de certaines cellules solaires à couche mince, pour une alternative au verre. Le verre a été l'armure de choix car il est bon marché, résistant aux intempéries et suffisamment durable pour durer des décennies. La grande majorité des panneaux solaires fabriqués aujourd'hui reposent sur du verre comme couvercle supérieur. Mais le verre ajoute également du poids et du volume aux panneaux solaires, et il doit être soigneusement emballé pour éviter qu'il ne se brise, ce qui augmente les frais d'expédition. En remplaçant le verre, le nouveau film permet de supprimer le besoin de supports, ce qui est particulièrement utile sur les toits qui ne peuvent pas supporter beaucoup de poids. L'intégration de panneaux solaires dans les toits peut également surmonter les objections esthétiques des propriétaires.

Les panneaux solaires flexibles présentent tous ces avantages, mais vous vous posez ensuite la question de savoir comment les encapsuler. Pendant de nombreuses années, les gens n'ont pas apprécié ce problème, explique Steven Hegedus, scientifique à l'Institute of Energy Conversion de l'Université du Delaware.

Utiliser du plastique pour protéger les cellules solaires n'est pas une idée nouvelle. Vous pouvez trouver des cellules solaires recouvertes de plastique dans le matériel de camping et des gadgets de nouveauté tels que des sacs à dos avec des chargeurs d'énergie solaire intégrés. Mais ce type de film plastique n'est pas conçu pour résister à des expositions extérieures continues pendant 20 à 25 ans, ce qui correspond à la durée de vie des panneaux solaires, explique Hegedus.

Plusieurs autres sociétés ont récemment commencé à commercialiser des couvercles avant en plastique pour panneaux solaires flexibles, mais le matériau de 3M a des performances de plusieurs ordres de grandeur en termes de protection contre l'humidité, ce qui est essentiel pour une longue durée de vie.

United Solar Ovonic est le seul grand fabricant de films minces à expédier des panneaux flexibles depuis des années. La société du Michigan utilise du silicium amorphe, qui n'est pas non plus aussi sensible à l'humidité que d'autres composés émergents. Ses panneaux solaires en silicium amorphe ne peuvent convertir qu'environ 7 % de la lumière du soleil qui leur tombe dessus en électricité, un faible taux d'efficacité qui a rendu les produits d'Uni-Solar moins désirables. Uni-Solar utilise une résine à base de fluoropolymère de DuPont comme couche de finition pour ses panneaux.

Les cellules solaires constituées d'un matériau semi-conducteur contenant du cuivre, de l'indium, du gallium et du sélénium (CIGS) peuvent être presque deux fois plus efficaces que le silicium amorphe, mais sont plus sensibles à l'humidité et nécessitent donc une meilleure protection contre les éléments. De nombreux fabricants de CIGS ont déjà mis au point des procédés de fabrication pour déposer le composé sur des rouleaux de feuille de métal ou de plastique pliable. Les entreprises disent qu'elles peuvent fabriquer des panneaux solaires plus rapidement en utilisant ce processus roll-to-roll ; atteindre des volumes de production plus élevés est crucial pour réduire les coûts de fabrication. Mais ils se sont appuyés sur du verre pour la feuille avant en raison d'un manque de plastique approprié. Outre les fabricants de panneaux solaires CIGS, 3M cible également les développeurs de films minces en tellurure de cadmium et organiques, a déclaré DeScioli.

La société 3M, basée au Minnesota, a entrepris de développer un boîtier avant plus durable, et le résultat est un film plastique de 23 micromètres d'épaisseur, beaucoup plus fin que le verre de 3 000 micromètres que l'on trouve généralement sur les panneaux solaires aujourd'hui, explique DeScioli. L'entreprise utilise du fluoropolymère car le matériau ne permet pas à l'eau de s'infiltrer facilement et il résiste aux températures élevées et aux rayons ultraviolets. 3M a également conçu le film pour l'empêcher de refléter beaucoup de lumière du soleil. 3M affirme que son film peut atteindre des taux de transmission de vapeur d'eau inférieurs à 0,0005 gramme d'eau par mètre carré et par jour. D'autres films de barrière frontale peuvent laisser entrer des centaines de fois plus d'humidité.

DeScioli dit que le film peut être stratifié dans le même processus rouleau à rouleau utilisé pour déposer des semi-conducteurs à couche mince, ce qui peut réduire les coûts de production. Les panneaux solaires flexibles peuvent également être plus grands que les panneaux de verre, car la variété flexible ne nécessite pas le support d'un système de rayonnage et peut être plus facile à transporter. Le temps et les coûts d'assemblage d'un ensemble de grands panneaux peuvent être considérablement inférieurs à ceux d'assemblage de nombreux petits panneaux, dit-il.

La principale valeur de notre film est qu'il permet à nos fabricants de fabriquer des modules plus grands avec le processus roll-to-roll, explique DeScioli. Il dit que même si le matériau lui-même ne coûtera pas moins que le verre, il réduira les coûts globaux en économisant sur la fabrication et l'installation.

3M réalise le film sur une chaîne de production pilote et prévoit de le produire en série l'année prochaine. La société dit avoir aligné des clients, mais DeScioli refuse de les divulguer.

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