Des innovations solaires pour davantage de courant

(MP) Les experts sont convaincus : la performance de la photovoltaïque croîtra encore. Cela signifie, davantage de courant électrique pour un nombre global et un besoin de surface identiques de modules photovoltaïques. Les attentes envers les nouvelles cellules solaires en pérovskite sont notamment très grandes. Celles-ci sont fabriquées à base de matériaux ferroélectriques comme le nitrate de baryum, le nitrate de strontium et le nitrate de calcium, lesquels possèdent des charges positives et négatives. Leur rendement, de plus de 29 %, est considéré comme très important. Les modules solaires cristallins ordinaires atteignent tout juste 15 à 22 %. Cependant, pour l’heure, les cellules solaires en pérovskite sont encore sensibles aux influences environnementales et possèdent une durée de vie restreinte par rapport à celles cristallines. La Suisse n’est pas en retrait non plus en termes d’innovations solaires : la start-up Insolight à Renens a développé des modules qui captent la lumière du soleil à l’aide d’éléments en verre dotés d’une forme spéciale. Là encore, on parle d’un rendement de 29 %. Le produit n’a certes pas encore atteint la maturité du marché, mais l’exploitation actuelle d’une installation pilote présente des résultats encourageants.

Modules photovoltaïques bifaciaux – du courant par-devant et par-derrière

Une autre innovation solaire s’est, quant à elle, d’ores et déjà établie : les modules photovoltaïques bifaciaux. Ils se distinguent par leur faculté de produire du courant aussi bien par la face avant, que par la face arrière – bifacial, signifiant « à double face ». Ainsi, la même quantité de modules peut produire significativement plus de courant électrique grâce au dédoublement de la « surface de production ». Tandis que, comme pour les modules photovoltaïques conventionnels, la face avant est directement exposée aux rayons du soleil, la face arrière utilise leur réfléchissement. Cela implique que le rayonnement solaire puisse atteindre une surface réfléchissante à proximité des modules. C’est possible soit en espaçant les modules, soit en ajoutant des interstices en verre transparents. Il peut toutefois aussi s’agir de lumière zénithale diffuse qui atteint la surface concernée, laquelle la reflète à son tour. Des facteurs tels que l’albédo (possibilité de réflexion du rayonnement) et l’écartement du module par rapport à la surface réfléchissante définissent la part de rendement supplémentaire produite par la face arrière. Un constat général s’applique : plus la distance entre le module et la face réfléchissante est grande, plus l’albédo est important et plus le rendement supplémentaire du module photovoltaïque croît proportionnellement. Notamment le matin et le soir ainsi qu’en hiver, lorsque le soleil suit une trajectoire très plate, la face arrière peut significativement contribuer à la production de courant électrique. Dans des conditions optimales, cette innovation solaire permet de réaliser des rendements supplémentaires de plus de 25 % par rapport aux modules photovoltaïques monofaciaux.

Les surfaces recouvertes d’un manteau neigeux réfléchissant promettent un rendement particulièrement élevé. Lors de la planification, il convient de tenir compte du fait qu’un espace doit être créé entre les modules et le « fond » réfléchissant. Des modules intégrés dans le toit ne peuvent donc pas être bifaciaux. Un lieu d’utilisation approprié des modules photovoltaïques bifaciaux sont les carports ouverts, où le sol sert de surface réfléchissante. Les serres ou vérandas sont également des applications judicieuses.

Charge bidirectionnelle – quand l’approvisionnement passe par la batterie de voiture

Le second « bi » prometteur ne concerne pas directement la photovoltaïque, toutefois son succès serait difficilement imaginable sans elle. Dans un sens large, la charge bidirectionnelle représente donc, elle aussi, une innovation solaire. Il s’agit des possibilités de stockage du courant électrique – lequel provient bien entendu idéalement de sources d’énergie renouvelables, le cas échéant, souvent de celle du soleil.

Comme l’exemple d’application du carport pour les modules bifaciaux, dans de nombreuses situations, il est judicieux de combiner la mobilité électrique avec la production de courant à l’aide de la photovoltaïque. En effet, la batterie de la voiture électrique est capable de stocker l’énergie solaire produite et de la mettre à disposition ultérieurement. L’idée de base de la charge bidirectionnelle est simple : la voiture passe de sa fonction de véhicule à celle de fournisseur de courant électrique pour le bâtiment. Sa station de recharge se transforme alors en distributeur de courant.

La charge bidirectionnelle nécessite un système de gestion des charges. Celui-ci coordonne la recharge de la voiture électrique avec la consommation du ménage, souvent aussi avec la production de courant électrique via l’installation photovoltaïque et le cas échéant également avec la recharge de la batterie stationnaire. Il veille à ce que la quantité d’électricité nécessaire au chargement soit perçue lorsque le ménage n’utilise qu’une faible quantité d’énergie. Inversement, le système ralentit ou interrompt temporairement la charge lorsque l’électricité solaire est nécessaire ailleurs. En outre, le système de gestion des charges peut également décider quand il est judicieux d’inverser la direction du flux d’électricité : de la voiture vers la maison.

La charge bidirectionnelle en est encore à ses débuts

Si le principe semble simple, sa mise en œuvre est relativement complexe, comme le laisse supposer l’intégration d’un système de gestion des charges. Par exemple, lors de la charge, les batteries des véhicules électriques reçoivent du courant continu. Pour son utilisation, lors de l’acheminement vers le bâtiment, le courant continu doit être transformé en courant alternatif, ce qui nécessite le passage par un onduleur. Ce transformateur est soit installé dans la voiture elle-même, soit dans la wallbox bidirectionnelle, autrement dit la station de recharge. Actuellement, il existe sur le marché une bonne demi-douzaine de type de voitures électriques prévoyant la charge bidirectionnelle. Il convient de clarifier explicitement, lors de l’achat de la voiture, si cette possibilité est effectivement donnée et quelles sont les conditions préalables pour l’exploitation de la charge bidirectionnelle.

Si ce procédé semble prometteur, de nombreux points doivent encore être clarifiés le concernant. Notamment, la question de l’impact de la charge bidirectionnelle sur la durée de vie de la batterie de la voiture divise largement les esprits. Certains attirent l’attention sur une réduction de la durée de vie conditionnée par les chargements et déchargement répétitifs de la batterie, d’autres estiment, au contraire, que le chargement bidirectionnel pourrait même potentiellement prolonger la durée de vie de la batterie, car elle se trouve plus souvent à un niveau de charge idéal.

Sur le plan juridique, de nombreuses questions sont encore ouvertes. Hormis la norme internationale ISO 15118-20, il n’existe aucun règlement uniforme ni de conditions-cadres juridiques. Actuellement, à la question de savoir si, et quand, les installations de charge bidirectionnelles seront autorisées, on entend souvent que le chargement bidirectionnel n'est pas interdit. Des lacunes semblent donc exister sur le plan légal. En Suisse, les politiciens et le législateur doivent encore émettre des déclarations concrètes et contraignantes concernant la pertinence de cette forme de gestion de l’énergie.

Questions fréquentes