Fenêtres solaires: film transparent pour les villes intelligentes de prochaine génération

Des chercheurs de l’Université de Nankin ont dévoilé une méthode novatrice pour alimenter les futures villes durables. Leur film solaire transparent peut être appliqué directement sur les fenêtres pendant ou après le processus de fabrication initial. L’invention promet de transformer le verre passif en une forme efficace de production d’énergie. Voici ce que vous devez savoir.

Panneaux solaires traditionnels et leurs limites

Combattre la pollution causée par l’étalement urbain et les facteurs industriels nécessitera une combinaison d’approches. L’une des méthodes les plus courantes pour tenter de résoudre ce problème est l’utilisation de panneaux solaires.

Les cellules photovoltaïques peuvent convertir la lumière du soleil en électricité, les formes les plus courantes de la technologie étant les cellules en silicium amorphe, les photovoltaïques organiques, le gallium arséniure, les cellules à colorant sensibilisé et les cellules solaires à pérovskite.

Problèmes des cellules photovoltaïques

Bien que les options photovoltaïques puissent aider à atténuer certains des problèmes d’électricité et de pollution, elles ne sont pas sans limites. D’une part, les panneaux solaires sont des composants fragiles qui peuvent devenir inutilisables s’ils sont légèrement fissurés. De plus, ces dispositifs sont coûteux à fabriquer et nécessitent une installation dans un endroit bénéficiant d’une lumière directe du soleil pour fonctionner correctement.

Source – Pixabay

Cette dernière préoccupation a laissé de nombreux propriétaires dans un dilemme. Doivent-ils continuer à payer des coûts d’électricité exorbitants ou sacrifier l’esthétique en plaçant un grand nombre de panneaux solaires sur leur toit ou espace adjacent ?

Concentrateurs solaires

Une façon dont les ingénieurs ont cherché à contourner l’aspect inesthétique des panneaux solaires est l’utilisation de concentrateurs. Ce revêtement unique exploite des nanostructures pour concentrer et canaliser la lumière vers le bord des panneaux de verre. De là, la lumière est capturée par des cellules photovoltaïques intégrées au bord du traitement de la fenêtre.

De façon précise, les nanostructures guident les ondes lumineuses vers les cellules sans provoquer trop de réfraction visuelle. Cette approche permet aux ingénieurs de concevoir des panneaux solaires avec différents facteurs de forme pour répondre aux besoins des consommateurs tout en conservant l’apparence de la propriété.

Problèmes des concentrateurs

À ce jour, l’utilisation de concentrateurs pour capter la lumière du soleil a rencontré plusieurs défis techniques majeurs. D’une part, cette stratégie nécessite que les cellules photovoltaïques soient situées autour des bords du verre architectural. Cette approche augmente le coût global et les complications nécessaires à la fabrication de ces unités.

Elle rend également très difficile la mise à l’échelle de la production. Leur processus de fabrication compliqué et la nécessité d’être installés dès les premières étapes de création des unités augmentent le coût global de production de ces dispositifs tout en réduisant leur efficacité et leurs capacités.

De plus, les concentrateurs solaires de type luminescent et de type diffusion ont une faible efficacité comparée à leurs homologues traditionnels. La baisse d’efficacité provient de plusieurs facteurs, dont les facteurs induits par les guides d’ondes omnidirectionnels.

Lorsque la lumière frappe un concentrateur à des angles supérieurs à l’angle critique pour la réflexion interne, elle n’atteint jamais les cellules photovoltaïques. Il en va de même pour les bandes de lumière fluorescente qui ne reflètent pas bien ou qui peuvent produire un effet de brume sur le verre une fois appliquées, les rendant inutilisables dans les applications architecturales.

Étude du film solaire transparent

L’étude Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows¹ présente une conception de panneau solaire optimisée qui combine un film novateur et une stratégie de concentrateur pour améliorer l’efficacité.

Le nouveau revêtement solaire peut être appliqué à n’importe quelle fenêtre sous forme de film. Cette accessibilité promet de transformer les fenêtres traditionnelles en générateurs d’énergie propre. Mieux encore, la nouvelle approche n’affecte pas la transparence ou la clarté du verre, ce qui la rend idéale pour une utilisation dans les bâtiments futurs et au-delà.

Capture solaire efficace

Pour obtenir une capture solaire efficace, l’équipe a créé des concentrateurs solaires transparents sans couleur capables de capter la lumière unidirectionnelle et optimisés pour la réfraction à grand angle. Cette stratégie offre une capture d’énergie solaire à ultra-large angle tout en assurant une intégration fluide, tout en maintenant les normes esthétiques.

Source – Photonix

Cristal liquide cholestérique (CLC)

Au cœur de cette stratégie se trouve l’utilisation d’un film de cristal liquide cholestérique (CLC). Ce cristal photonique chiral unidimensionnel condense sélectivement la lumière polarisée circulairement. De là, la lumière est réfractée à travers plusieurs couches avec des périodicités latérales submicroniques.

Le matériau intègre des techniques de photoalignement et de polymérisation pour garantir l’efficacité, s’appuyant sur une approche multicouche avec des plans de Bragg inclinés afin de diriger correctement la lumière. Notamment, le film ne mesure que 7,5 μm d’épaisseur et peut être appliqué à n’importe quelle surface en verre.

Concentrateur solaire diffractif

Une fois appliqué à la fenêtre, le concentrateur solaire entre en action, redirigeant la lumière solaire polarisée vers les bords de la fenêtre afin qu’elle puisse être collectée par les cellules solaires. De façon impressionnante, cette approche fournit une diffraction sélective à large bande et un guidage d’ondes sans compromettre la clarté du verre.

L’équipe a noté qu’en intégrant le concentrateur directement dans le verre architectural, le nombre de cellules photovoltaïques nécessaires est réduit de 75 %. Ils ont également indiqué que chaque couche de CLC fournit un pas hélicoïdal alternatif, ce qui étend les capacités de capture solaire à davantage de bandes lumineuses.

Verre architectural

Le verre architectural désigne le verre utilisé par les constructeurs. On le trouve sur les façades de gratte-ciel et dans les habitations du monde entier. Ses principales caractéristiques sont sa transparence et sa facilité d’installation dans les bâtiments.

Tests du prototype et résultats

Dans le cadre de la phase de test, l’équipe a construit un petit prototype pour démontrer leur concept. Cet appareil mesurait 1 po d diamètre et intégrait un revêtement de film de cristal photonique chiral unidimensionnel. De là, l’équipe a raccordé l’appareil à un petit ventilateur de 10 mW.

Il est à noter que le test a eu lieu un après‑midi ensoleillé de juin et comprenait plusieurs phases différentes. Les ingénieurs mesurent des aspects critiques, notamment l’efficacité optique et la conversion d’énergie. Ils ont constaté que l’appareil alimentait le ventilateur sans incident.

D’autres résultats clés de leurs tests ont mis en lumière des facteurs cruciaux concernant l’utilisation du film CLC. D’une part, ils ont découvert qu’ils pouvaient contrôler le bord vers lequel la lumière se réfracte en fonction de l’orientation des plans de Bragg. En dirigeant davantage de lumière vers les cellules, les ingénieurs ont atteint une transmittance visible moyenne élevée de 64,2 %.

Ils ont également documenté les changements d’opacité à l’aide de l’indice de rendu des couleurs. L’appareil a obtenu un score de 91,3, ce qui signifie qu’il a conservé la majorité de sa transparence. De façon impressionnante, la nouvelle stratégie de capture solaire permet de collecter jusqu’à 38,1 % de l’énergie lumineuse verte incidente au bord des panneaux de verre.

Avantages de l’étude du film solaire transparent

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De nombreux avantages découlent de cette étude pour le marché. D’une part, il existe une forte demande pour des approches énergétiques durables. Cette nouvelle stratégie constitue la première étape vers une intégration fluide à grande échelle. Des maisons aux gratte-ciel, cette étude ouvre la porte à un nouveau niveau de capture d’énergie solaire et de génération d’énergie propre.

Transparent

L’un des principaux avantages de cette étude est qu’elle introduit des méthodes de capture solaire invisibles. Les panneaux solaires ne sont pas les plus esthétiques, et ceux qui se soucient de l’apparence, comme les architectes, trouveront du réconfort en sachant qu’ils peuvent concevoir les bâtiments futurs avec la durabilité en tête sans sacrifier le design.

Avantages économiques

Outre l’argent que les futurs utilisateurs de fenêtres solaires économiseront, d’autres facteurs économiques font de cette étude un changement de jeu. D’une part, il était coûteux et chronophage de fabriquer des concentrateurs intégrés aux fenêtres par le passé.

Cette nouvelle stratégie réduit considérablement les coûts de fabrication et permet des installations après-vente de ces systèmes. Cette approche pratique et rentable est conçue pour répondre aux exigences esthétiques tout en restant économiquement viable.

Le film solaire transparent augmente l’efficacité

L’efficacité supplémentaire apportée par ces cellules ne peut être négligée. Contrairement à leurs prédécesseurs, elles permettent une capture de lumière à grand angle, sans couleur et unidirectionnelle. Les couches CLC empilées intègrent des pas hélicoïdaux optimisés et des alignements latéraux submicroniques pour diriger l’énergie lumineuse potentielle là où elle doit aller, sans pièces mobiles.

Évolutivité

L’évolutivité est un autre avantage majeur qui aidera à mettre en avant cette technologie sur le marché plus rapidement. Jusqu’à présent, l’utilisation de concentrateurs pour améliorer la production d’énergie des panneaux solaires était trop compliquée et coûteuse. Cette approche récente ajoute de l’évolutivité à cette science, permettant aux ingénieurs de créer des structures massives qui intègrent parfaitement cette technologie dans leurs aspects fondamentaux.

Applications réelles et calendrier de l’étude du film solaire transparent:

Il existe de nombreuses applications pour le film solaire transparent. D’une part, vous pouvez vous attendre à voir cette approche utilisée dans les villes intelligentes du futur. L’objectif est d’atteindre zéro émission nette, et pour accomplir cette tâche, les ingénieurs devront intégrer des pratiques commerciales durables. Cette option offre à la fois fonctionnalité et préserve l’esthétique.

Améliorations urbaines durables

Impressionnant, le film CLC peut être installé sur les fenêtres existantes. Cette option ouvre la porte à un rétrofit massif de systèmes solaires sur les fenêtres actuelles afin de réduire la demande énergétique. De façon cruciale, le film reste stable sous une exposition à long terme et peut être appliqué à presque toutes les tailles ou formes de fenêtres.

Agriculture urbaine

À l’avenir, les serres pourraient générer l’énergie dont elles ont besoin pour cultiver des plantes sans sources supplémentaires. Cette stratégie permettrait la production alimentaire presque partout, aidant à résoudre les problèmes de faim et de durabilité à l’échelle mondiale.

Calendrier de commercialisation

Vous pouvez vous attendre à voir le film solaire transparent arriver sur le marché dans les 5 à 7 prochains ans. La demande pour ce produit est forte, et l’équipe a prouvé qu’il est évolutif. Désormais, ils chercheront des partenaires de fabrication pour aider à réduire les coûts de production, ce qui favorisera l’adoption.

Équipe de recherche et financement

L’Université de Nankin a mené une étude sur les films solaires transparents en collaboration avec le Laboratoire national de microstructures à état solide, le Laboratoire clé de détection optique intelligente et de manipulation, et le Collège d’ingénierie et de sciences appliquées. Plus précisément, l’article cite Dewei Zhang, Zhenghao Guo, Chun‑Ting Xu, Jianqing Li, Yan‑Qing Lu et Wei Hu comme contributeurs au projet.

Le financement de l’étude du film solaire transparent provient de plusieurs institutions réputées, dont le Programme national clé de recherche et développement de la Chine, la Fondation nationale des sciences naturelles de la Chine et la Fondation des sciences naturelles de la province du Jiangsu.

Avenir de l’étude du film solaire transparent

L’avenir du film solaire transparent s’annonce prometteur. Les scientifiques travailleront désormais à améliorer l’efficacité à large bande ainsi que d’autres facteurs critiques. Ils espèrent améliorer le contrôle de la polarisation dans leurs prochaines étapes. D’ici la prochaine décennie, ils visent à utiliser cette technologie pour alimenter les serres de prochaine génération et plus encore.

Investir dans la fabrication de panneaux solaires

Plusieurs fabricants populaires opèrent dans le secteur solaire. Ces entreprises investissent constamment dans la R&D, cherchant à transformer l’industrie via des options efficaces et accessibles. Ainsi, ces sociétés stimulent l’innovation grâce à leurs programmes de recherche et développement. Voici une entreprise qui n’a pas peur d’innover et de promouvoir des options énergétiques durables.

NextEra Energy

NextEra Energy (NEE ) est entrée sur le marché en 1925. À cette époque, l’entreprise portait le nom de Florida Power & Light Company (FPL). Son objectif était de fournir l’électricité tant attendue aux Floridiens via diverses options. L’entreprise exploitait des centrales électriques, des installations de traitement de l’eau et des réseaux de stockage de gaz qui contribuaient à maintenir l’État actif.

En 1997, l’entreprise a changé son nom en FPL Energy. Ce changement de nom faisait partie d’une stratégie plus large visant à étendre les opérations au-delà de la Floride et à travers les États‑Unis. En 2009, l’entreprise a de nouveau changé de nom pour devenir NextEra Energy. Ce nouveau nom reflétait le nouvel accent de l’entreprise sur les options d’énergie durable.

Il est à noter que NextEra Energy est actuellement le plus grand producteur d’énergie éolienne et solaire aux États‑Unis. Elle reste une force pionnière sur le marché. Elle est reconnue pour son approche innovante, qui a contribué à faire progresser les marchés de la capture solaire et thermique. Ceux qui recherchent une action solaire bien connue et établie devraient envisager d’approfondir leurs recherches sur les offres de NextEra Energy.

Dernières actualités et performances de l’action NextEra Energy (NEE)

Étude du film solaire transparent | Conclusion

Il est facile de comprendre pourquoi l’étude du film solaire transparent pourrait révolutionner la fabrication des zones urbaines à grande échelle à l’avenir. L’énergie solaire est l’un des meilleurs moyens de compléter les besoins énergétiques, et cette approche novatrice s’appuie sur les tentatives précédentes d’intégrer de façon fluide l’énergie solaire dans les installations quotidiennes. En tant que tel, cette équipe d’ingénieurs mérite des éloges pour son approche révolutionnaire de l’intégration des panneaux solaires.

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Références:

^{1. .Zhang, D., Guo, Z., Xu, C., Li, J., Lu, Y., & Hu, W. (2025). Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows. PhotoniX, 6(1), 1-12. https://doi.org/10.1186/s43074-025-00178-3}