Comment les cellules solaires faible luminosité peuvent décarboner l’habitat résidentiel

D’après pv magazine International

À mesure que le PV solaire se démocratise, le grand public comprend mieux comment il convertit les rayons du soleil en électricité. Qu’il s’agisse d’installations solaires suffisamment grandes pour alimenter des villes entières ou de panneaux solaires mobiles capables de recharger des téléphones portables, les entreprises ne cessent d’explorer et de repousser les limites de la transformation de la lumière en énergie dans notre quotidien, par des moyens toujours plus durables.

Les cellules solaires à pigment photosensible (DSSC) en sont un excellent exemple. Elles ont été développées à l’origine dans les années 1980 pour reproduire l’absorption naturelle de l’énergie lumineuse et convertir toute la lumière visible (et pas seulement les rayons directs du soleil) en électricité. Cependant, malgré un coût de production relativement bas, la densité de puissance des DSSC ne pouvait concurrencer la technologie solaire en silicium traditionnelle, si bien que, pendant 30 ans, les DSSC n’ont pas vraiment dépassé le stade de l’innovation.

En revanche, ce qui a tenu ses promesses, c’est le rendement de ces dispositifs dans des conditions de faible luminosité, par exemple en intérieur ou dans des emplacements extérieurs ombragés, même si les premières DSSC affichaient des performances à peine supérieures à celles des cellules en silicium amorphe utilisées dans les calculatrices solaires. Par comparaison, les percées réalisées dans les domaines de la chimie et de la conception confèrent aujourd’hui aux cellules solaires faible luminosité une efficacité et une densité de puissance plus importantes qui leur ouvrent de nouvelles opportunités de marché.

Le timing ne pourrait être mieux choisi. La dépendance de la société envers les objets connectés – et l’Internet des objets (IoT) – a mené à la fabrication de milliards d’appareils électroniques et de capteurs de grande consommation. Cela fait naître des inquiétudes quant à l’impact environnemental de l’IoT, les piles jetables que contiennent ces appareils contribuant de manière significative aux e-déchets et aux émissions de carbone. Les cellules faible luminosité, à l’inverse, fournissent à l’industrie du solaire une solution pour entrer dans une nouvelle ère de décarbonation de ces appareils.

Énergie à faible luminosité

Près de la moitié des capteurs de l’IdO sont installés à l’intérieur des bâtiments, où les conditions de luminosité variables sont la norme. La technologie PV, telle que ces cellules en silicium amorphe pour calculatrices, ne produit pas suffisamment d’énergie dans des conditions réelles de faible luminosité pour alimenter des appareils connectés. Dans le même temps, la technologie PV faible luminosité de haute performance, par exemple les cellules en arséniure de gallium, affichent des prix ne convenant qu’à certaines applications comme les satellites ou la recherche, mais pas au marché de l’électronique de masse.

Aujourd’hui, les cellules solaires faible luminosité, y compris celles mises au point par mon entreprise, Ambient Photonics, sont capables de collecter de l’énergie à partir de la lumière indirecte et artificielle pour créer une source infinie d’électricité destinée à une kyrielle d’appareils. La lumière en intérieur ainsi que dans les environnements extérieurs à faible luminosité sont dynamiques et généralement plus sombres qu’on ne le pense. Ils nécessitent donc une densité de puissance novatrice pour fournir une performance fiable. Parvenir à proposer des cellules solaires à pigment photosensible à des tarifs concurrentiels ouvre la porte non seulement à de nouvelles opportunités en termes de durabilité pour les fabricants d’appareils, mais aussi à des possibilités de conception jusqu’alors inaccessibles aux ingénieurs travaillant sur des appareils fonctionnant avec des piles jetables.

Décarboner la chaîne d’approvisionnement

Le solaire en toiture est devenu une solution efficace et accessible aux entreprises qui souhaitent réduire les émissions de carbone provenant de leurs bâtiments en produisant leur électricité sur place. Si cela réduit en effet les émissions des catégories dites de « scope 1 » et « scope 2 », il n’y a pas toujours de corrélation entre l’installation de panneaux solaires sur le toit d’une usine et les produits qui sont fabriqués dans ce bâtiment. En repensant la manière dont les produits sont fabriqués tout au long de la filière, ainsi que leurs émissions de « scope 3 », l’industrie du solaire peut faire davantage que de simplement produire de l’électricité à grande échelle ; elle peut devenir la source d’électricité au quotidien.

Ainsi, en matière d’appareils électroniques, un changement logique que les fabricants opèrent sur toute la chaîne de distribution et qui met à profit les avantages du solaire consiste à éliminer les piles jetables. Prenons l’exemple d’une télécommande. Le fabricant allemand de piles Varta estime que chaque pile AAA totalise un équivalent d’émissions de CO² de 61 g sur toute sa durée de vie. La plupart des télécommandes fonctionnent avec deux piles AAA qui durent environ un an pour une utilisation moyenne. Au cours de sa durée de vie moyenne de sept ans, une télécommande utilise donc 14 piles. Selon l’Agence américaine de protection de l’environnement, environ trois milliards de piles sont vendues chaque année rien qu’aux États-Unis, soit une moyenne de 32 par famille ou 10 par personne. Le consommateur type possède deux piles bouton et 10 piles A, AA, AAA, C, D ou 9 V et jette huit piles à usage domestique par an. Même dans l’État de Californie, pourtant soucieux de l’environnement, seuls 0,55 % des piles alcalines sont recyclées.

En plus de produire des tonnes de déchets dangereux qui finissent dans les décharges, le fait même de produire et de jeter des piles entraîne une empreinte carbone importante. En collectant chaque jour de l’énergie provenant de la lumière naturelle, en utilisant des cellules solaires faible luminosité à la place de piles jetables, les fabricants pourront atteindre plus rapidement les objectifs de durabilité fixés pour les appareils électroniques, en particulier grâce à la réduction des émissions de « scope 3 » sur la chaîne d’approvisionnement.

Le solaire au-delà des rayons du soleil

L’énergie est une méta ressource, le monde moderne tournant essentiellement autour des appareils et de l’équipement électroniques destinés aux consommateurs. Au cours de la prochaine décennie, la possibilité de l’arrivée sur le marché de milliards d’appareils et de capteurs sans fil supplémentaires existe. Néanmoins, l’alimentation fiable, abordable et durable de tels appareils demeure une gageure qui limite toujours la viabilité de l’IdO à grande échelle. La technologie de récupération de l’énergie constitue une avancée que l’on n’observe qu’une fois par génération, un progrès qui bouleverse le monde en profondeur. Les cellules solaires faible luminosité placent une fois de plus l’industrie solaire en position de force pour servir de moteur à une décarbonation à très grande échelle.

À propos de l’auteur : Bates Marshall est co-fondateur et PDG d’Ambient Photonics, un fabricant de cellules solaires pour faible luminosité installé en Californie, qui utilise une technologie industrielle innovante d’impression pour appliquer sa composition chimique exclusive sur des substrats en verre minces et durables.

Traduction assurée par Christelle Taureau.