Résoudre le problème de salissure des panneaux solaires
Les panneaux solaires s’encrassent. La poussière, le sable et d’autres matières s’accumulent à leur surface, empêchant l’énergie lumineuse du soleil d’atteindre les cellules et provoquant d’énormes pertes d’efficacité des systèmes photovoltaïques. Or, le nettoyage des panneaux solaires est non seulement très coûteux, mais également laborieux. Alors que faire? Les chercheurs qui travaillent sur le projet NewSkin, financé par l’UE, ont découvert un moyen de résoudre ce problème grâce à des surfaces hydrophobes, c’est-à-dire repoussant l’eau, qui deviennent superhydrophiles lorsqu’elles sont exposées à la lumière UV. Les surfaces superhydrophiles ont une très forte affinité pour l’eau, qui s’y répand, maximisant ainsi le contact avec le matériau, au contraire des surfaces hydrophobes sur lesquelles l’eau aura tendance à se contracter et à former des gouttes. Cette technique est susceptible de contribuer à rendre l’élimination des salissures sur les panneaux et les façades en verre moins coûteuse en réduisant les frais et le temps d’entretien, tout en améliorant la production d’énergie solaire. «Nous nous concentrons ici sur l’hydrophilie photo-induite sur les surfaces», explique Valentin Heiser, étudiant diplômé du Fraunhofer Institute for Organic Electronics, Electron Beam and Plasma Technology FEP (Fraunhofer FEP), partenaire du projet NewSkin en Allemagne, dans un communiqué de presse publié sur le site web de l’institut. «Pour amplifier cet effet, nous appliquons pour la première fois de l’oxyde de titane cristallin sur du verre ultrafin grâce à un processus de rouleau à rouleau. Ce procédé est très efficace. Le verre mince et léger peut ensuite être posé sur des façades, y compris sur des surfaces courbes, ou être directement incorporé dans des modules solaires en tant que matériau composite.»
Un changement en 30 minutes
Quand il n’est pas soumis aux rayons UV, le dioxyde de titane (TiO2) est hydrophobe, provoquant la formation de gouttelettes d’eau. Cependant, après avoir exposé une surface recouverte de TiO2 à un rayonnement UV pendant environ 30 minutes, les chercheurs de Fraunhofer FEP ont constaté que la surface passait d’hydrophobe à superhydrophile. Cela signifie que la saleté ne se dépose pas ou très peu sur les surfaces recouvertes de TiO2. Le communiqué de presse explique plus en détail: «Si, par exemple, de la poussière liée à la circulation, du sable ou d’autres saletés se déposent sur des façades en verre ou des panneaux solaires, elles sont éliminées par l’hydrophobie nocturne de la surface via les gouttes de pluie déperlantes. En outre, l’alternance cyclique des propriétés hydrophobes et superhydrophiles fait que les salissures n’adhèrent pas à la surface au cours de la journée.» Les chercheurs ont désormais mis au point les premiers revêtements. Dans une usine pilote du Fraunhofer FEP équipée d’un système rouleau à rouleau, ils sont parvenus à couvrir une bobine de 30 cm de large et de 20 m de long en verre fin (100 micromètres d’épaisseur) de 30 à 150 nanomètres d’oxyde de titane. Toutefois, il reste encore des défis à relever. Le verre fin est un nouveau substrat qui se brise très facilement et s’avère extrêmement sensible aux contraintes thermiques et mécaniques. Par ailleurs, le TiO2 n’acquiert ses propriétés hydrophobes et hydrophiles que lorsqu’il est cristallin, ce qui nécessite des températures élevées lors de sa production. Le communiqué de presse ajoute: «Jusqu’à présent, il n’était pas possible de mettre en œuvre la technologie rouleau à rouleau pour les revêtements par pulvérisation cathodique répondant à ces exigences, car les substrats courants, tels que les films, ne pouvaient pas supporter les températures élevées. C’est pourquoi le verre mince offre une alternative intéressante.» Les recherches menées dans le cadre de NewSkin (Innovation Eco-system to Accelerate the Industrial Uptake of Advanced Surface Nano-Technologies) ont permis aux scientifiques du Fraunhofer FEP de travailler sur une combinaison optimale et rentable des propriétés du TiO2 et du verre mince afin de commercialiser des produits innovants. Les chercheurs de l’Université suédoise d’Uppsala, partenaire du projet, travaillent également à la transposition des résultats sur des films polymères. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet NewSkin
Mots‑clés
NewSkin, panneau solaire, verre, dioxyde de titane, oxyde de titane, hydrophobe, superhydrophile
