Solaire holographique

La principale limitation de l'énergie solaire à l'heure actuelle est le coût, car le silicium cristallin utilisé pour fabriquer la plupart des cellules solaires photovoltaïques (PV) est très cher. Une approche pour surmonter ce facteur de coût consiste à concentrer la lumière du soleil à l'aide de miroirs ou de lentilles, réduisant ainsi la surface totale de silicium nécessaire pour produire une quantité donnée d'électricité. Mais les concentrateurs de lumière traditionnels sont encombrants et peu attrayants – moins qu'idéal pour une utilisation sur les toits des banlieues.

Des rangées de cellules solaires en silicium alternent avec des rangées d'hologrammes transparents dans les concentrateurs de Prism Solar. (Avec l'aimable autorisation de Prism Solar)

À présent Technologies solaires prismatiques de Stone Ridge, NY, a développé un module solaire de validation de principe qui utilise des hologrammes pour concentrer la lumière, réduisant éventuellement le coût des modules solaires jusqu'à 75 %, ce qui les rend compétitifs par rapport à l'électricité produite à partir de combustibles fossiles.

La nouvelle technologie remplace les concentrateurs disgracieux par des panneaux plats élégants laminés avec des hologrammes. Les panneaux, explique Rick Lewandowski, président et chef de la direction de l'entreprise, sont une solution plus élégante pour les concentrateurs traditionnels et peuvent être installés sur les toits - ou même intégrés dans les fenêtres et les portes vitrées.

Le système a besoin de 25 à 85 pour cent de moins de silicium qu'un panneau de silicium cristallin de puissance comparable, explique Lewandowski, car le matériau photovoltaïque n'a pas besoin de couvrir toute la surface d'un panneau solaire. Au lieu de cela, le matériau PV est disposé en plusieurs rangées. Une couche d'hologrammes - des motifs créés au laser qui diffractent la lumière - dirigent la lumière dans une couche de verre où elle continue de se refléter sur la surface intérieure du verre jusqu'à ce qu'elle trouve son chemin vers l'une des bandes de silicium PV. La réduction du matériel photovoltaïque nécessaire pourrait réduire les coûts d'environ 4 $ par watt à 1,50 $ pour les panneaux de silicium cristallin, dit-il.

La société s'attend à retirer 6 millions de dollars supplémentaires des investisseurs en capital-risque intéressés et à commencer à fabriquer ses modules de première génération d'ici la fin de l'année, en les vendant à environ 2,40 $ le watt. Des modules de nouvelle génération dotés d'une technologie plus avancée devraient encore réduire les coûts.

Dans leur capacité à concentrer la lumière, les hologrammes ne sont pas aussi puissants que les concentrateurs conventionnels. Ils ne peuvent multiplier la quantité de lumière tombant sur les cellules que par un facteur 10, alors que les systèmes à lentilles peuvent augmenter la lumière par un facteur 100, et certains même jusqu'à 1 000.

Mais les concentrateurs traditionnels sont compliqués. Étant donné que les lentilles ou les miroirs qui focalisent la lumière doivent faire face directement au soleil, ils doivent suivre mécaniquement le soleil. Ils chauffent également les cellules solaires et nécessitent donc un système de refroidissement. En conséquence, bien qu'ils redirigent la lumière avec plus d'intensité que l'hologramme, ils sont encombrants… et pas aussi pratiques pour les usages résidentiels, explique George Douglas, porte-parole du National Renewable Energy Laboratory.

Les hologrammes présentent des avantages qui compensent leur pouvoir de concentration relativement faible. Ils peuvent sélectionner certaines fréquences et les concentrer sur les cellules solaires qui fonctionnent le mieux à ces fréquences, en convertissant le maximum de lumière possible en électricité. Ils peuvent également être conçus pour éloigner les fréquences génératrices de chaleur des cellules, de sorte que le système n'a pas besoin d'être refroidi. De cette façon, vous n'utilisez efficacement que la partie de la lumière du soleil qui compte vraiment, dit Selim Shahriar , directeur du laboratoire de technologie atomique et photonique de la Northwestern University à Evanston, IL.

En outre, différents hologrammes dans un module concentrateur peuvent être conçus pour focaliser la lumière sous différents angles – ils n'ont donc pas besoin de pièces mobiles pour suivre le soleil.

Le système de Prism Solar intègre ces avantages. Néanmoins, pour être compétitive par rapport aux autres technologies solaires disponibles aujourd'hui, l'entreprise pourrait devoir réduire son prix en dessous de 2,40 $ le watt, explique Christo Stojanoff, professeur émérite d'ingénierie à l'Université de technologie d'Aix-la-Chapelle en Allemagne.

Le PDG Lewandowski a déclaré que les modules holographiques coûteraient environ 1,50 $ le watt dans quelques années, en utilisant leur technologie de deuxième génération, qui aura des cellules solaires prises en sandwich entre deux panneaux de verre contenant des hologrammes. À ce prix, ils commenceront à concurrencer l'électricité produite à partir de combustibles fossiles, qui coûte désormais près de trois fois moins que l'électricité solaire conventionnelle, selon une société de recherche et de conseil basée à San Francisco, en Californie. Buzz solaire .

L'utilisation intensive du verre par les modules pourrait augmenter leur coût, explique Douglas. Pourtant, une idée aussi nouvelle pour un concentrateur, utilisant des hologrammes, pourrait être un investissement lucratif car il nécessite moins de silicium que les modules à écran plat et permet donc d'économiser de l'argent. La forte demande de cellules solaires en Allemagne et dans d'autres pays européens a désormais dépassé l'offre, ce qui a [conduit à] une pénurie de silicium et une pénurie de fabrication dans le monde photovoltaïque, dit-il.

Bien que l'idée des concentrateurs solaires holographiques existe depuis le début des années 1980, personne ne les a encore développés commercialement, selon le professeur Stojanoff, qui a étudié la technique de manière approfondie. Son entreprise, Holotec GmbH à Aix-la-Chapelle, en Allemagne, recherche et fabrique des matériaux holographiques. De plus, Northeast Photosciences, une société basée à Hollis, dans le NH, a failli fabriquer, avant de disparaître pour des raisons non liées à la technologie ou au financement, dit-il.

Ainsi, si tout se déroule comme prévu, Prism Solar pourrait être la première entreprise à fabriquer et à vendre des modules de concentrateur solaire holographique.

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