Un revêtement qui se nettoie tout seul

Une équipe de recherche a développé un revêtement superhidrophobe transparent autonettoyant qui augmente l'efficacité des cellules solaires de 4,75 pour cent, abordant l'un des problèmes les plus persistants et coûteux de l'énergie solaire : les panneaux sales. Le revêtement fait que les gouttelettes d'eau se rassemblent et roulent de la surface, emportant la poussière, le pollen et autres débris dans un processus qui imite les propriétés autonettoyantes des feuilles de lotus.

La technologie pourrait économiser des milliards de dollars à l'industrie solaire en frais d'entretien tout en augmentant simultanément les rendements énergétiques sur les installations mondiales. Les pertes dues à l'encrassement, le terme technique pour les réductions d'efficacité causées par les panneaux sales, réduisent généralement la production solaire de 5 à 25 pour cent selon la localisation, le climat et la fréquence de nettoyage.

Comment le revêtement fonctionne

Le revêtement est basé sur une formulation de silice nanostructurée qui crée une texture de surface hiérarchique au niveau microscopique. Cette texture emprisonne l'air sous les gouttelettes d'eau, réduisant considérablement la zone de contact entre la gouttelette et la surface. Le résultat est un angle de contact supérieur à 150 degrés, ce qui signifie que l'eau s'asseoit presque sphériquement sur la surface avant de s'échapper à la moindre inclinaison.

Lorsque les gouttelettes roulent sur le panneau, elles capturent les matières particulaires par une combinaison d'adhésion et de forces capillaires. Ce mécanisme de nettoyage passif fonctionne avec les pluies naturelles, la rosée du matin ou même la condensation d'humidité, ce qui signifie que les panneaux dans la plupart des climats reçoivent un nettoyage régulier sans intervention humaine ni systèmes mécaniques.

De manière critique, le revêtement maintient une transparence optique élevée sur tout le spectre solaire. Les tentatives antérieures de revêtements superhidrophobes sacrifiaient souvent la transmission de lumière pour les propriétés de répulsion de l'eau, ce qui entraînait un bilan nul ou même une réduction de la production d'énergie. Les chercheurs ont résolu cela en optimisant les dimensions de la nanostructure pour minimiser la diffusion de lumière tout en préservant l'effet superhidrophobe.

Tests et données de performance

L'amélioration d'efficacité de 4,75 pour cent a été mesurée sur un essai de terrain de six mois comparant les panneaux revêtus et non revêtus dans des conditions identiques. Les panneaux revêtus ont maintenu une production constamment plus élevée, l'écart de performance s'élargissant pendant les périodes sèches et poussiéreuses lorsque les panneaux non revêtus accumulaient une encrassement significatif.

Les tests de durabilité ont montré que le revêtement a conservé ses propriétés superhidrophobes après exposition aux rayonnements UV, aux cycles de température entre moins 20 et 85 degrés Celsius, et à l'impact de grêle simulée. Les chercheurs rapportent que le revêtement a maintenu les caractéristiques de performance pendant au moins 18 mois d'essais de vieillissement accéléré, équivalant à environ cinq ans d'exposition en champ.

Le revêtement peut être appliqué aux panneaux solaires existants par un processus de pulvérisation qui ne nécessite pas de démontage ni d'équipement spécialisé. Cette capacité de rétrofit signifie que la technologie peut bénéficier à la base installée énorme de panneaux solaires dans le monde, pas seulement aux nouvelles installations.

Impact économique sur les opérations solaires

Le nettoyage des panneaux est un composant étonnamment coûteux des opérations de fermes solaires. Les installations à grande échelle dans les régions arides comme le Moyen-Orient, l'Afrique du Nord et le sud-ouest américain peuvent nécessiter un nettoyage tous les quelques semaines, en utilisant des systèmes robotiques, du travail manuel ou un lavage gourmand en eau. L'Agence internationale de l'énergie estime que l'encrassement coûte à l'industrie solaire mondiale entre 3 milliards et 5 milliards de dollars par an en perte de production et frais de nettoyage.

Un revêtement qui élimine le besoin de nettoyage actif tout en augmentant la production d'énergie pourrait changer fondamentalement l'économie des opérations solaires. Même dans les climats tempérés où l'encrassement est moins grave, le gain d'efficacité cumulé sur la durée de vie d'un panneau de 25 à 30 ans représente un revenu supplémentaire significatif.

Les chercheurs estiment que le revêtement ajoute moins de deux pour cent au coût du panneau tout en offrant des gains d'efficacité qui se rémunèrent en un an. Pour les installations à l'échelle des services publics avec des dizaines de milliers de panneaux, les économies sur les seuls frais de nettoyage seraient substantielles.

Étapes suivantes

L'équipe de recherche travaille avec des partenaires de fabrication pour augmenter la production et développer des systèmes d'application automatisés pour les usines de panneaux solaires. Ils s'attendent à une disponibilité commerciale dans les 12 à 18 mois, avec un déploiement initial ciblant les installations à l'échelle des services publics dans les environnements à forte encrassement. Avec l'expansion continue rapide de la capacité solaire installée mondialement, les technologies qui améliorent les performances et réduisent les coûts d'exploitation des panneaux existants deviennent de plus en plus précieuses.

Cet article est basé sur les reportages de PV Magazine. Lisez l'article original.