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Une technologie solaire révolutionnaire verra-t-elle le jour ?
L'unité d'alimentation est une dalle rectangulaire de la taille d'un écran de cinéma. Il est monté sur un poteau en acier épais et équipé d'un mécanisme de suivi qui le pointe en permanence vers le soleil. La dalle est composée de plus de 100 000 petites lentilles et d'un nombre égal de cellules solaires encore plus petites, chacune de la taille de la pointe d'un stylo à bille. Cet engin fait partie de l'un des dispositifs d'énergie solaire les plus efficaces jamais fabriqués.
Semprius, une startup basée à Durham, en Caroline du Nord, affirme que la prochaine génération de cette unité électrique fera de l'énergie solaire l'option la moins chère pour les services publics installant de nouvelles centrales électriques. Avec des champs de plus de 1 000 de ces appareils, les services publics produiraient de l'électricité à moins de 5 cents par kilowattheure. C'est encore moins cher que l'option la moins chère d'aujourd'hui : une nouvelle usine de gaz naturel.
La technologie est née dans le laboratoire de John Rogers, professeur de chimie et de science et génie des matériaux à l'Université de l'Illinois. Semprius a levé 45 millions de dollars auprès d'investisseurs, dont Siemens, et a établi des records d'efficacité des cellules solaires, c'est-à-dire la quantité d'énergie solaire qui est convertie en électricité. Cette année, il a démontré qu'il pouvait utiliser une version de sa technologie pour fabriquer un nouveau type de cellule solaire qui, selon certains, pourrait convertir la moitié de l'énergie solaire en électricité, soit environ trois fois mieux que les cellules solaires conventionnelles.
Pourtant, malgré toutes les promesses de la technologie, Semprius est dans une situation financière difficile. Pour que sa technologie soit rentable, Semprius doit augmenter considérablement la production de ses cellules solaires. À l'heure actuelle, il peut fabriquer suffisamment d'unités solaires pour produire six mégawatts d'électricité par an, mais il doit porter ce chiffre à au moins 200 mégawatts. La société lève 40 millions de dollars dans l'espoir de le faire. Ses investisseurs actuels disent qu'ils vont contribuer, et pour l'instant ils prêtent de l'argent à l'entreprise pour la maintenir en activité, mais ils ne le feront pas éternellement. L'entreprise a besoin d'un nouvel investisseur prochainement. Sinon, il pourrait couler.
La situation difficile de Semprius est devenue familière pour les startups solaires. Fondée en 2005, Semprius a fait partie d'une vague d'investissements en capital-risque quelques années plus tard qui a financé des centaines de nouvelles entreprises solaires (voir Alta Devices : Trouver une solution solaire). C'est l'une des rares de ces entreprises encore debout. Beaucoup d'autres ont échoué ou ont été acquis pour quelques centimes sur le dollar. Les investisseurs ont perdu plus d'un milliard de dollars. Le contrecoup qui en a résulté a rendu difficile pour les entreprises solaires, quels que soient leurs mérites, d'obtenir les investissements dont elles ont besoin pour prouver leur technologie.
En 2007, les capital-risqueurs jetaient de l'argent sur les entreprises solaires. Tout ce que vous auriez à avoir, c'est du solaire à votre nom. Ou du moins, commencez par la lettre S, explique Scott Burroughs, directeur de la technologie de Semprius. Maintenant, c'est exactement le contraire, dit-il. Au lieu de jeter de l'argent sur les entreprises, elles n'en envisagent même pas une si elle est associée à l'énergie solaire.
Cela soulève une possibilité inquiétante : une technologie révolutionnaire qui pourrait rendre l'énergie solaire vraiment compétitive ne verra-t-elle jamais le jour, non pas à cause d'un manque de mérite technique, mais parce que les investisseurs ont été effrayés ?
Timbre magique
Semprius ne demande pas vraiment autant d'argent. À l'apogée de la bulle de la technologie solaire, la startup malheureuse Solyndra a levé environ 1 milliard de dollars auprès de capital-risqueurs et a obtenu un autre demi-milliard du gouvernement américain sous la forme d'un prêt pour construire une grande usine afin de prouver sa technologie. Il y a quelques années, Semprius n'aurait eu aucun mal à lever 40 millions de dollars pour augmenter sa capacité et réduire ses coûts jusqu'au seuil de rentabilité. Contrairement à de nombreuses startups solaires antérieures qui pariaient sur le développement d'équipements de fabrication entièrement nouveaux, Semprius utilise principalement des équipements peu coûteux et prêts à l'emploi, dont certains proviennent de l'industrie des LED. Il pourrait se développer simplement en utilisant la capacité excédentaire des installations de fabrication de LED existantes.
L'entreprise ne serait pas possible sans un élément clé de la nouvelle technologie de fabrication, mais cela aussi est remarquablement simple. Dans l'usine pilote de Semprius à Henderson, en Caroline du Nord, cette technologie se trouve à l'intérieur de deux appareils vitrés, chacun pas beaucoup plus gros qu'un copieur de bureau. Au bout d'un bras de robot, et délibérément caché, se trouve un tampon en caoutchouc gravé d'un motif. Ce label est ce qui rend possible l'énergie solaire à haut rendement et à faible coût de Semprius.
Le tampon, développé dans le laboratoire de Rogers, permet à Semprius d'améliorer un type d'énergie solaire appelé photovoltaïque à concentration, qui existe depuis des décennies (voir Ultra-Efficient Solar ). L'idée est que vous pouvez augmenter la quantité d'énergie que n'importe quelle cellule solaire recueille en plaçant des lentilles sur la cellule pour y concentrer la lumière. Les versions existantes de cette technologie pourraient utiliser une lentille d'une surface d'environ 400 centimètres carrés et la focaliser sur une cellule solaire d'un centimètre, pour un rapport de concentration de 400.
Le tampon de Semprius permet de fabriquer des réseaux de cellules solaires beaucoup plus petits et plus fins que ceux qui avaient été utilisés dans le photovoltaïque à concentration. Pour que la technologie de concentration fonctionne, les cellules solaires doivent être ramassées et disposées dans un réseau afin qu'elles puissent être associées à un réseau de lentilles - et c'est là que le tampon en caoutchouc entre en jeu. Il peut ramasser et transférer des milliers de minuscules cellules solaires à la fois sans les casser, changeant complètement l'économie de l'utilisation de petites cellules solaires.
Les petites cellules présentent de nombreux avantages ; comme ils nécessitent peu de matériau, ils peuvent être constitués de types de semi-conducteurs coûteux qui sont beaucoup plus efficaces que le silicium. De plus, ils dissipent bien la chaleur et peuvent fonctionner sous une lumière solaire très concentrée. Cela rend possible un rapport de concentration de 1 600 pour 1 plutôt que de 400 pour 1. Vous auriez besoin de beaucoup moins de matériel et de biens immobiliers pour générer la même quantité d'énergie qu'une cellule solaire typique.
Ces avantages et certaines conceptions de lentilles intelligentes ont permis à Semprius de battre un record d'efficacité de l'énergie solaire en 2012. Mais Burroughs affirme qu'une autre avancée, réalisée cette année, permettrait à l'entreprise d'aller encore plus loin. Semprius a démontré un autre avantage des tampons en caoutchouc : leur capacité à empiler rapidement et très précisément des cellules constituées de différents semi-conducteurs les unes sur les autres. Les chercheurs souhaitaient le faire depuis un certain temps, car cela leur permettrait d'adapter les matériaux semi-conducteurs à chaque partie du spectre solaire. Certaines longueurs d'onde de lumière seraient absorbées par un matériau, et le reste passerait aux semi-conducteurs en dessous, et ainsi de suite.
L'empilement physique des cellules n'était pas pratique avec les équipements de fabrication conventionnels. Le tampon en caoutchouc de Semprius et les couches extrêmement fines de semi-conducteur facilitent relativement l'alignement des cellules et leur connexion électrique.
Burroughs prédit que l'année prochaine, Semprius battra le record actuel, puis battra rapidement le nouveau en optimisant la technologie. Si l'entreprise peut survivre jusqu'à l'année prochaine, bien sûr.
Vallée des ténèbres
Siemens a acquis sa participation dans Semprius en juin 2011. Après un examen détaillé de sa technologie, explique Thomas Mart, responsable mondial des activités solaires chez Siemens, ce que nous avons vu est un moyen d'arriver à des coûts d'électricité très bas.
Le plan était que Siemens et Semprius travaillent ensemble, Semprius produisant ses dispositifs photovoltaïques à concentration et Siemens tirant parti de son expertise dans la construction de centrales solaires. Mais 15 mois après l'investissement de Siemens dans Semprius, tout s'est effondré.
Compte tenu de tout ce qui s'est passé dans l'industrie solaire au cours des deux ou trois dernières années, y compris les implosions d'autres petites startups, nos investisseurs ont toutes les raisons de se diriger vers les collines.
D'énormes investissements dans l'énergie solaire conventionnelle au silicium, en particulier en Chine, avaient réduit les coûts de production, mais avaient également inondé le marché de panneaux solaires bon marché. Compte tenu de l'offre de panneaux solaires bon marché, il est devenu presque impossible pour les entreprises disposant de technologies alternatives, telles que l'énergie solaire à couche mince ou le photovoltaïque à concentration, d'être concurrentielles. Des dizaines de startups solaires prometteuses ont échoué et le marché projeté du photovoltaïque à concentration s'est rétréci, convainquant Siemens de se retirer de l'entreprise, mettant fin au partenariat et marquant le début des temps difficiles pour Semprius.
Les dispositifs solaires de Semprius sont les mieux adaptés pour une utilisation dans les centrales solaires. Le soutien de Siemens aurait aidé à convaincre les services publics de tenter leur chance avec une nouvelle technologie. Sans un tel partenaire, ce travail est beaucoup plus difficile.
Pire encore pour Semprius, les panneaux solaires conventionnels en silicium ont encore de la marge pour devenir nettement moins chers et plus efficaces. De nouvelles façons de fabriquer des tranches de silicium, la partie la plus chère d'une cellule solaire, pourraient réduire de moitié ou plus le coût des tranches (voir Prier pour un miracle énergétique). Les nouvelles conceptions de cellules solaires augmentent leur efficacité. De telles avancées pourraient éventuellement rendre l'énergie solaire moins chère que les combustibles fossiles, même sans la technologie de Semprius.
Mais l'énergie solaire à base de silicium n'est pas encore là, et c'est l'opportunité pour Semprius. L'Energy Information Administration des États-Unis estime que les nouvelles centrales solaires produiront de l'électricité à un peu moins de 15 cents par kilowattheure, soit bien plus que les 6,5 cents par kilowattheure pour l'électricité au gaz naturel. Ainsi, si Semprius a raison de dire qu'il disposera bientôt d'une technologie pour fabriquer des panneaux solaires capables de produire de l'électricité à environ 5 cents par kilowattheure, sa technologie pourrait être attrayante pour ceux qui envisagent de nouvelles centrales électriques. Aucune invention n'est requise, juste une bonne ingénierie solide, dit Burroughs.
Semprius poursuit donc sa recherche d'un nouvel investisseur pour faire évoluer sa technologie. Il a des pistes dans des endroits ensoleillés, où ses systèmes fonctionnent le mieux, comme l'Arabie saoudite et certaines parties du Mexique. Au moins un investisseur potentiel en Chine est intéressé, dit Burroughs.
Compte tenu de tout ce qui s'est passé dans l'industrie solaire au cours des deux à trois dernières années, y compris les implosions d'autres petites startups, nos investisseurs ont toutes les raisons de se diriger vers les collines, déclare le PDG de Semprius Joseph Carr . Mais nos clients et partenaires, tout le monde dit que nous sommes à la hauteur de ce que nous disons que nous allons faire. Cela convainc nos investisseurs actuels que si nous pouvons traverser cette vallée de ténèbres, il y a une opportunité à la fin.
Ces investisseurs espèrent qu'un investisseur stratégique pourra être signé prochainement. Ils ont maintenu l'entreprise financée pendant qu'elle lève plus d'argent, pas parce que nous voulons faire des dons de bienfaisance, explique l'investisseur de Semprius Clinton Bybee, un investisseur en capital-risque chez ARCH Venture Partners. Nous pensons que cela pourrait être très important.