Le photovoltaïque imprimé pour éclairer les recoins sombres du monde ?

Le photovoltaïque imprimé pour éclairer les recoins sombres du monde ?

Le photovoltaïque imprimé pour éclairer les recoins sombres du monde ? 490 327 Sébastien BAGES

Dans de trop nombreuses parties du monde, le raccordement au réseau électrique demeure un luxe inaccessible. Toutefois, la hausse du niveau de vie dans certains pays en développement a apporté avec elle l’accès à la production d’énergie décentralisée – essentiellement solaire. La toute dernière technologie de cellules photovoltaïques, des pièces solaires flexibles à base d’un mince plastique, les outils d’une nouvelle génération d’éclairage ultra-low-cost pour les communautés pauvres dans les zones reculées.


Dans les collectivités éloignées, la production (ou la distribution) d’énergie locale est la seule option disponible. Dans les régions les moins développées du monde, la production d’électricité, même locale est rare. Ce manque d’accès à des privilèges que nous avons dans les régions développées, que nous tenons pour acquis – le pouvoir de conserver les médicaments au frais, ou avoir un éclairage étudié pour notre confort -, a un impact majeur sur la santé des gens, l’éducation et la qualité de vie.

Les développements récents dans l’énergie solaire sont en fait une option plus viable pour la production d’électricité décentralisée. En prenant la lumière du Soleil et en la convertissant directement en électricité, nous pouvons exploiter une source illimitée avec une puissance efficace produisant peu de sous-produits ou déchets.

Cependant, le coût a toujours été un facteur limitant. Dans les premiers jours de l’énergie solaire en Australie, la nécessité de fournir de l’électricité dans des endroits éloignés et des réseaux de télécommunications a conduit à des déploiements commerciaux. Plus récemment, la connexion au réseau des systèmes solaires a trouvé grâce auprès des ménages, essentiellement en raison des subventions gouvernementales. En 2001, la capacité totale des installations photovoltaïques australienne était de 34 MégaWatts crêtes (MWc); d’ici 2011, ce chiffre était passé à plus de 1400 MWc.

Cette augmentation de la demande du marché a été plus marquée dans des pays comme l’Allemagne et le Japon, et a conduit à une augmentation énorme de la production de panneaux solaires, principalement en Chine. En conséquence, les prix ont baissé de manière significative. Mais, même à un prix subventionné d’environ 0,79 € par watt (1 $ AU), le coût de l’énergie solaire est au-delà de la portée de la plupart des consommateurs du monde développé, et plus encore des personnes vivant dans les pays en voie de développement.

Les cellules solaires ultra-low-cost, basées sur des matières plastiques, pourraient changer l’équation du coût. L’équipe de CSIRO se concentre sur le domaine émergeant de l’électronique flexible, connu sous le nom de photovoltaïque organique (OPV). Comme les traditionnelles cellules à base de silicium, les OPVs convertissent directement la lumière en électricité. Cependant, la ressemblance s’arrête là. Ce qui se passe dans les OPVs, et la façon dont ils sont faits, est radicalement différent de leurs pairs.

 
Le photovoltaïque imprimé pour éclairer les recoins sombres du monde ?Scott Watkins avec un rouleau de cellules solaires à couches minces : la couche active est 200 fois plus fine qu’un cheveu humain. © Tracey Nicholls/scienceimage


Le plastique n’est pas cher. Nous comptons déjà sur les plastiques bon marché dans de nombreux domaines de nos vies. Les cordons d’alimentation, par exemple, sont enveloppés dans des isolants en plastique pour nous empêcher d’être électrocuté.

Les plastiques sont aussi polyvalents. Certains plastiques – connus sous le nom des polymères conjugués – peuvent produire, plutôt que de résister, de l’électricité. Cela rend les polymères conjugués un matériau idéal pour de la technologie d’éclairage appelée aussi Diodes ÉlectroLuminescentes Organiques (OLED). Les polymères conjugués peuvent également être utilisés dans les OPVs.

Dans un OPV-type, un polymère conjugué est mélangé avec une autre substance qui a pour nom fullerène soluble¹ (un dérivé du C60). Un film mince de ce mélange est ensuite pris en sandwich entre deux électrodes, dont l’un est transparent. Lorsque le soleil est absorbé par le polymère conjugué, l’énergie peut transférer un électron du polymère au fullerène. Cela initie un flux chargé à travers la cellule et établit une tension entre les deux électrodes.

Une cellule solaire OPV est à la fois légère et flexible. La couche active a une épaisseur de seulement environ 100 nanomètres – soit 200 fois plus fin qu’un cheveu humain. Lorsqu’il est emballé, l’OPV ressemble à un paquet de chips. De plus, sa conception peut utiliser le même procédé que les impressions d’étiquettes des aliments ou des billets de banque. La production peut ainsi suivre un haut rendement, avec de grande surface des cellules solaires, initiant un faible coût – un changement de paradigme total dans le calcul du coût pour un particulier ou professionnel.

Dans les pays en développement, les OPVs pourraient être couplés avec de minces piles et des luminaires efficaces (par exemple les LEDs) pour apporter l’éclairage électrique à actuellement des millions de personnes tributaires des lampes à pétrole. Ces dernières sont non seulement polluantes, toxiques, accroissent les risques d’incendies, mais aussi exigent une forte circulation du carburant.

De par leur nature flexible et légère, les cellules solaires suppriment la nécessité d’apposer sur les toits de lourds matériels qui soutiennent habituellement les panneaux à base de silicium. Dans les communautés où les toitures sont composées de chaume ou d’autres plantes, et remplacés régulièrement, les OPVs sont plus faciles à manipuler et pourraient être déplacés sur et hors du toit selon les besoins. Dans le cas le plus simple, un panneau solaire avec une batterie intégrée mince et légère peut être laissé en plein soleil pendant la journée et accroché sous le plafond durant la nuit.

Les chercheurs du monde entier travaillent à de telles applications. Depuis 2009, un groupe dirigé par le professeur Frederik Krebs à la Renewable Energy Laboratory (RISO) au Danemark a exploré cette voie. De tels dispositifs ont déjà été déployés en Afrique, et les chercheurs continuent à améliorer leurs performances.

Plus récemment, Eight19, une autre version d’OPV de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, a proposé un système de financement ‘payez-quand-vous-pouvez’ pour des chargeurs OPV et des unités d’éclairage domestique, sans la nécessité d’investissement.

 
Le photovoltaïque imprimé pour éclairer les recoins sombres du monde ?Samuel Kimani du Kenya avec son système d’éclairage OPV Eight19 et l’unité de rechargement. © Eight19 Ltd

 
« En Australie, je fais partie du Victorian Organic Solar Cell Consortium (VICOSC) », explique le Dr Scott Watkins, auteur principal de la publication ECOS. « C’est un partenariat visant à développer les matériaux et les procédés qui permettront la commercialisation des OPVs. Mon équipe de CSIRO travaille en étroite collaboration avec des collègues de l’Université de Melbourne, Monash University, BlueScope Steel, Securency, Innovia Films et Robert Bosch SEA. Notre objectif est de développer un OPV qui pourrait être directement imprimés sur des substrats en plastique ou en acier, permettant, par exemple, à un toit de devenir un grand panneau solaire.


Citations de ECOS Magazine
Crédit image : Eight19 Ltd. Description : Une cellule solaire sur un toit de chaume en Afrique : une alternative beaucoup plus sûre et moins coûteuse en kérosène qui est encore largement utilisé pour l’éclairage dans les pays en développement. La légèreté des systèmes d’éclairage solaires à base de matières plastiques minces pourrait faire une différence encore plus grande.

¹ : Un fullerène est une molécule composée de carbone pouvant prendre une forme géométrique rappelant celle d’une sphère, d’un ellipsoïde, d’un tube (appelé nanotube) ou d’un anneau. Les fullerènes sont similaires au graphite, composé de feuilles d’anneaux hexagonaux liés, mais contenant des anneaux pentagonaux et parfois heptagonaux, ce qui empêche la feuille d’être plate. Les fullerènes sont la troisième forme connue du carbone. (Définition Wikipédia)

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Sébastien BAGES
About the author

Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

Un commentaire
  • Si j’ai bien compris, les pays en développement (c’est vrai que ça sonne mieux que sous développé) vont passer du statut de “pays arriéré” à celui de “pays modèle” avec en prime un badge “payez quans vous pouvez”. Vont-ils avoir l’effronterie de nous faire un pied de nez durable ?

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