Des panneaux solaires hybrides pour produire de l’électricité quand il pleut

L’intégration des énergies renouvelables aux réseaux électriques est une étape majeure pour la réussite de la transition énergétique mondiale. Ces ressources renouvelables présentent cependant un inconvénient de taille : elles sont en effet intermittentes, c’est-à-dire tributaires des conditions météorologiques.

Cela rend leur production électrique imprévisible et donc peu fiable. C’est pour tenter de remédier à ce frein et favoriser l’expansion du parc photovoltaïque mondial qu’une équipe de chercheurs asiatiques a mis au point un panneau solaire qui fonctionne également sous la pluie. Explications.

Valoriser l’impact des gouttes d’eau sur la surface du panneau solaire

Si les énergies renouvelables présentent un avantage de taille dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique (elles n’émettent pas de gaz à effet de serre pour produire de l’électricité), elles sont en revanche intermittentes : les périodes de production sont irrégulières et imprévisibles car dépendantes des cycles de la nature.

Cette caractéristique représente un inconvénient pour la démocratisation des énergies solaires et éoliennes : en raison d’une production peu fiable et rapidement changeante, ces ressources compliquent le travail des électriciens qui doivent assurer en permanence l’équilibre entre l’offre et la demande d’électricité.

Plus concrètement, la production d’énergie solaire est étroitement liée au taux d’ensoleillement : lorsque le soleil ne brille pas, un panneau solaire ne génère que de très faible quantité d’électricité. Ce qui est un véritable frein pour le déploiement des technologies solaires, notamment dans certaines régions du monde. Mais une équipe de chercheurs pourrait bien changer la donne.

C’est dans le département Recherche & Développement de l’université de Soochow, située à Taiwan, qu’un groupe de scientifiques a mis au point un panneau solaire hybride capable de produire de l’électricité aussi bien sous un soleil de plomb que sous une pluie battante.

Cette prouesse est rendue possible grâce à l’utilisation d’un procédé qui permet de récupérer l’énergie produite par les gouttes d’eau lorsqu’elles frappent la surface des panneaux solaires.

Ce procédé, qui porte le nom de nanogénérateur triboélectrique, crée une charge électrique à partir du frottement entre deux matériaux (comme l’électricité statique).

Un nanogénérateur triboélectrique peut ainsi valoriser l’énergie de la friction d’un pneu de voiture sur la route. Ou, dans le cas qui nous intéresse, capter l’énergie créée par des gouttes d’eau qui entrent en contact avec la surface d’un panneau solaire.

Utiliser des couches de polymère, clef du succès

Ce n’est pas la première fois qu’une équipe de scientifiques tente de développer un système photovoltaïque capable de valoriser la force des gouttes de pluie.

En 2016, des chercheurs de l’Université Océanographique de Chine ont en effet rajouté une couche de graphène sur la surface d’un panneau photovoltaïque.

Une innovation qui n’a malheureusement pas donné les résultats escomptés en dehors de leur laboratoire (la production électrique était trop faible lors des essais en condition réelle d’utilisation).

Pour tenter de contourner cette problématique, les scientifiques de l’université de Soochow ont rapidement compris que le succès de leur projet dépendait de leur capacité à mettre au point un dispositif simple et peu volumineux.

L’enjeu était d’intégrer une technologie nanogénérateur triboélectrique sans freiner la pénétration des rayons du soleil (afin de ne pas pénaliser la production photovoltaïque).

Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé deux fines couches de polymère pour former un nanogénérateur triboélectrique léger et transparent. Ce dernier a ensuite été combiné à une cellule solaire.

Lors des essais, le polymère a fonctionné comme une électrode capable d’acheminer l’énergie des gouttes de pluie jusqu’au panneau solaire. Transparent et étanche, ce matériau s’est révélé également efficace pour laisser passer le soleil tout en protégeant la cellule photovoltaïque de l’eau.

Coupler un nanogénérateur transparent à une cellule solaire permet donc d’obtenir un dispositif capable de valoriser l’énergie solaire et l’énergie produite par l’impact des gouttes de pluie.

Pour les chercheurs de l’université de Soochow, il s’agit désormais d’améliorer le rendement de leur panneau solaire nouvelle génération pour en envisager, d’ici quelques années, la commercialisation.