Panneau solaire transparent : comment fonctionne-t-il, et peut-on en installer un chez soi ?

Un panneau solaire transparent est un module photovoltaïque conçu pour produire de l'électricité tout en laissant passer la lumière visible.

Un panneau photovoltaïque transparent se distingue d’un panneau semi-transparent qui ne laisse passer qu'une partie de la lumière. Contrairement aux panneaux transparents, les modules semi-transparents sont commercialisés.

Le fonctionnement d’un panneau solaire classique repose sur l’exploitation de la totalité du spectre lumineux. Un panneau transparent génère de l’électricité en exploitant la lumière que l'œil humain ne voit pas : l'ultraviolet et l'infrarouge.

En effet, le revêtement d’un panneau transparent contient des molécules organiques ou des colorants qui absorbent spécifiquement les longueurs d'onde de la lumière ultraviolette et infrarouge. Ainsi, il laisse passer la lumière visible, mais, en contrepartie, il n’exploite qu'une partie de l'énergie solaire qu'il reçoit.

Aujourd’hui, il existe deux manières de produire de l’énergie photovoltaïque grâce à un panneau transparent :

• le concentrateur solaire luminescent : Michigan State University (USA) utilise des molécules organiques qui captent la lumière invisible et la guident vers des cellules photovoltaïques placées sur les bords du panneau,

• la cellule photovoltaïque transparente : l'université de Tohoku (au Japon) a mis au point des cellules transparentes à 79 %.

Dans une maison, un panneau transparent peut être installé :

• sur des fenêtres,

• sur une baie vitrée,

• sur le toit d'une véranda.

En exploitant les vitrages d’une maison, le panneau transparent multiplie le nombre de surfaces productives d’énergie. Cela dit, l’orientation du panneau doit être prise en compte : installer des fenêtres solaires exposées vers le nord n’aurait pas beaucoup d’intérêt car leur production serait très limitée.

Lorsque le toit est inadapté (mauvaise orientation, charpente trop fragile, manque de place…), installer des panneaux solaires dans le jardin est une alternative envisageable. Par exemple, des panneaux solaires transparents peuvent être installés sur le toit d’une pergola.

Dans le domaine agricole, un panneau transparent est particulièrement intéressant à poser sur une serre car il permet de produire de l’énergie sans nuire à la croissance des plantes.

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Face à un panneau classique, un panneau solaire transparent présente quatre avantages :

1. une intégration discrète : il se fond dans l'architecture et transforme une surface vitrée en source d'électricité, sans modifier la façade ni le toit,

2. une lumière conservée : posé sur une pergola ou une véranda, il évite de générer une ombre trop importante,

3. une protection contre la chaleur : en filtrant une partie des rayons ultraviolets et infrarouges, un panneau solaire transparent limite la chaleur sous une pergola ou dans une véranda,

4. une fabrication moins coûteuse : grâce à des matériaux moins onéreux que le silicium cristallin (films polymères ou cellules organiques), un panneau solaire transparent pourrait devenir plus abordable et plus rentable (à terme).

Ses trois limites principales sont une production faible, une durée de vie plus courte que celle d'un panneau en silicium et une technologie encore en développement.

Bien qu’il soit théoriquement très intéressant, le panneau solaire transparent a trois inconvénients de taille :

1. le rendement du panneau solaire transparent est bien inférieur à celui des modèles en silicium (voir plus bas),

2. la durée de vie d’un panneau solaire transparent est limitée : à titre de comparaison, l’espérance de vie d'un panneau solaire en silicium est en moyenne de 30 ans. Les panneaux transparents, tout comme les panneaux en pérovskite, ont une durée de vie plus courte,

3. en phase de recherche et développement : bien que des prototypes existent, l’industrialisation des panneaux solaires transparents reste un challenge à relever.

La limite maximale théorique du rendement d’un panneau photovoltaïque opaque est de 31 %, alors que celle d’un panneau transparent est de 21 %

Le rendement photovoltaïque d’un panneau mesure la part de l'énergie solaire reçue qu'il transforme en électricité. Celui d'un panneau transparent dépend de son degré de transparence :

À court terme, les équipes de recherche espèrent porter le rendement des panneaux transparents à 5 %. Ce rendement resterait toutefois loin de celui d'un panneau monocristallin classique.

En pratique, un vitrage vraiment transparent produit peu. Par exemple, au centre commercial Warwick, en Australie, 25 m² de vitrage ClearVue produisent environ 1,6 kWh par jour. Le fabricant reconnaît d'ailleurs que la production d'un panneau solaire monocristallin est environ six fois plus élevée que celle de ses vitrages !

Avec une production aussi limitée, le panneau solaire transparent s'envisage donc, pour le moment, comme un complément plutôt que comme une alternative aux panneaux classiques.

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Malheureusement non : un particulier ne peut pas acheter de panneau solaire vraiment transparent. La technologie est développée par des entreprises, comme Ubiquitous Energy ou ClearVue, et par des laboratoires universitaires aux États-Unis, en Corée du Sud ou au Japon.

Un déploiement à grande échelle des panneaux transparents suppose d'améliorer leur performance, de réduire leur poids et de baisser leurs coûts de fabrication. Il faudra donc encore attendre quelques années avant de voir ces panneaux intégrés aux fenêtres des maisons.

Pour l'heure, impossible de chiffrer un panneau vraiment transparent : faute de commercialisation, aucun tarif précis n'est publié.

Grâce à un coût de fabrication plus faible, on peut espérer que le coût d’un panneau transparent soit inférieur au prix d'un panneau solaire monocristallin.

Sa pose pourrait aussi revenir moins cher : conçu pour s'intégrer à un vitrage, le panneau transparent est léger et n'a besoin ni de cadre ni de support complexe. Le coût de l’installation dépendra du type de travaux (fenêtre, baie vitrée, pergola) et de la complexité de l'intégration au bâtiment.

Le vitrage vraiment transparent n'est pas vendu aux particuliers. Comment, alors, garder de la lumière sous une pergola ou une véranda tout en produisant de l'électricité ?

Le module semi-transparent est un panneau qui laisse passer une partie de la lumière grâce à de légers espacements laissés entre ses cellules. Ainsi, sous une pergola ou un carport solaire, il crée un espace ombragé mais lumineux, tout en produisant de l'électricité pour le logement. Certains modèles encapsulent des cellules en silicium entre deux plaques de verre, d'autres reposent sur des couches minces.

Une pergola solaire peut aussi se couvrir de panneaux classiques qui produisent davantage grâce à un rendement de 16 à 23 %, contre 10 à 15 % pour un module semi-transparent. En contrepartie, leur ombre est plus franche, ce qui fait de la pergola un îlot de fraîcheur l'été.

Avant d’installer des panneaux solaires transparents ou semi-transparents, il faut connaître :

1. vos besoins en électricité (aujourd'hui et dans les années à venir),

2. la taille et la puissance de l'installation (à dimensionner selon vos besoins),

3. l’exposition au soleil de l’endroit où vous posez les capteurs ainsi que l'ensoleillement de votre région,

4. le rendement de la technologie choisie : les panneaux vraiment transparents ou les modules semi-transparents ont des rendements très différents,

5. la réputation du fabricant et la qualité de ses produits,

6. la réputation de l’installateur et sa maîtrise de la technologie choisie,

7. les règles d'urbanisme : toutes les autorisations nécessaires pour installer des panneaux solaires doivent être obtenues avant les travaux,

8. l’éligibilité des panneaux aux aides dédiées au photovoltaïque,

9. la rentabilité de l’installation, c’est-à-dire le temps nécessaire pour amortir le prix des panneaux.

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