Solaire thermodynamique : le béton, une solution avantageuse pour le stockage thermique de l’énergie solaire

Le Centre allemand de recherche aérospatial (DLR) et son partenaire industriel Züblin AG ont présenté le 16 septembre 2008 un nouveau système pilote de stockage de chaleur pour centrales solaires thermiques à concentration (centrales CSP)

Installé dans la zone de tests de l’Université de Stuttgart, le démonstrateur stocke la chaleur dans du béton et représente une solution performante et à bas coût en vue d’une application commerciale. L’objectif du projet, soutenu par le Ministère fédéral de l’environnement (BMU), était de démontrer la faisabilité technique du système, après une phase de calculs et d’expériences menée en laboratoire. Les nombreux tests effectués ont maintenant confirmé la performance du système : "Les essais effectués sur l’installation pilote représentent un pas en avant vers un accumulateur commercial combinable avec une centrale", a déclaré Dr. Thomas Voigt, Directeur technique chez Züblin AG.

Par rapport aux systèmes de stockage thermique par sel fondu actuellement disponibles sur le marché, l’accumulateur testé représente une solution très économique. Ceci a déjà été démontré avec succès en Espagne, sur la Plataforma Solar de Almerìa, où le DLR exploite des installations solaires expérimentales. Dr. Rainer Tamme, Directeur du département "génie des processus thermiques" de l’Institut de thermodynamique technique du DLR, insiste également sur les avantages de la conception modulaire : "Grâce au principe de montage du système de stockage à partir de modules élémentaires, l’accumulateur en béton peut être adapté à n’importe quelle puissance. Il est non seulement approprié pour des applications dans des centrales CSP, mais il trouve également sa place pour le stockage de la chaleur d’échappement dans l’industrie par exemple ou encore dans le domaine de la cogénération".

Le stockage de l’énergie est un facteur clef pour le succès des technologies solaires thermiques haute température. La combinaison d’une centrale CSP avec un accumulateur de chaleur permet d’augmenter la durée de fonctionnement de la turbine (fonctionnement pendant la nuit ou plus généralement dans les moments de plus faible ensoleillement) et donc la disponibilité de l’installation de production d’électricité solaire.

Source : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/56064.htm

Les promesses du photovoltaïque

Cet été, l’énergie solaire a frappé très fort. Le laboratoire américain des énergies renouvelables (NLREL) a annoncé avoir conçu une cellule photovoltaïque de 41 % de rendement

Autrement dit, les chercheurs ne sont plus très loin de savoir transformer la moitié de l’énergie solaire qui arrive sur Terre en électricité. A Valence, il y a une semaine, lors de la Conférence européenne sur l’énergie solaire réunissant 4.000 chercheurs, d’autres records sont tombés. Pratiquement toutes les technologies photovoltaïques sont concernées. Ces bêtes de course ne sont pas uniquement des prouesses de laboratoires, elles laissent entrevoir dans leur sillage une évolution rapide de ces technologies. « C’est un grand cru scientifique, estime Daniel Lincot, directeur du Laboratoire d’électrochimie et de chimie analytique et président du congrès de Valence. On voit sortir des laboratoires de nouveaux concepts avancés, en parallèle des efforts de recherche pour diminuer les prix des technologies au silicium. »

Tous les chercheurs ont aujourd’hui le regard vissé sur le rendement maximum théorique : 84 % de l’énergie des photons pourraient être convertibles en électricité. Dans cette course de fond, les stratégies divergent. Certaines technologies produisent des performances élevées mais d’un coût prohibitif. D’autres laboratoires partent au contraire de procédés économiques pour en faire des technologies à meilleur rendement. L’optimum est actuellement détenu par la technologie à silicium cristallin, qui truste 94 % du marché. Les meilleurs laboratoires, comme celui de Sanyo ou de Sunpower, dépassent les 20 % de rendement, et les usines sortent des produits à peine moins performants. Mais cette filière utilise les galettes de silicium de l’industrie microélectronique de 200 microns d’épaisseur. Elles sont donc coûteuses à fabriquer, et leur disponibilité est limitée.

Les cellules à couches minces pourraient prendre le relais de la filière classique, car elles s’approchent de l’industrialisation. Elles consistent en un substrat de type verre recouvert d’une couche de quelques microns de silicium amorphe. L’économie de matière offre des coûts de production trois fois inférieurs, mais leurs rendements tombent autour de la dizaine de pourcents. Certains laboratoires et industriels veulent maintenant désaccoutumer le photovoltaïque de son addiction au silicium. Ils reprennent le concept des couches minces mais avec des revêtements de matériaux alternatifs. Deux substances ont émergé parmi les centaines déjà testées : le CdTe et le CIGS (cuivre-indium-gallium-sélénium). Le laboratoire de Daniel Lincot travaille sur cette dernière piste et frôle actuellement les 20 % de rendement.

Cette technologie de déposition a pour autre intérêt de pouvoir produire des surfaces importantes de capteurs, alors que le silicium reste cantonné aux petites galettes. Plusieurs fabricants d’écrans plats, maîtres dans l’art de la déposition de couches, se reconvertissent actuellement dans cette filière. D’autres secteurs comme les industriels du revêtement d’étain cherchent également à exploiter leurs savoir-faire. Le californien Nanosolar utilise, lui, des procédés d’imprimerie pour sortir ses premières cellules flexibles. L’investissement de telles capacités de production promet des réductions importantes de coûts. Les premiers exemplaires de cellules de 30 cm de large plafonnent toutefois à 7 % de rendement.

Pour parcourir les dizaines de pourcents qui les séparent du rendement théorique, les chercheurs explorent des voies plus radicales. Les cellules actuelles ne savent transformer en électricité qu’une petite partie du spectre de la lumière entre l’infrarouge et le proche ultraviolet. Cela vient du fait qu’un matériau photovoltaïque ne sait récupérer qu’un sursaut précis des électrons quand ils sont excités par la lumière. Tous les photons qui ont une longueur d’onde inférieure ne permettent pas aux électrons du matériau d’aboutir à un courant : ils retombent dans leur trou. Ceux qui ont une énergie supérieure ne livrent que le sursaut absorbable par le matériau.

Pour élargir le spectre des cellules, les chercheurs redoublent d’inventivité. La première voie consiste à empiler plusieurs couches photovoltaïques ; chacune spécialisée dans un spectre. C’est grâce à trois empilements que le NREL a atteint son record de 41 % de rendement. D’autres laboratoires misent sur un filtre en amont de la cellule pour compresser les longueurs d’onde des photons incidents pour les faire rentrer au « chausse-pied » dans le spectre du matériau photovoltaïque. Mais le congrès de Valence a couronné une démarche plus prometteuse encore, celle du chercheur australien Martin Green. Il intègre dans le silicium des nanoparticules de dioxyde de silicium au comportement quantique. Ce matériau ouvre la bande infrarouge à l’effet photovoltaïque.

Reste enfin la stratégie des cellules organiques (en plastique). Cette voie vise des coûts très bas mais ses rendements restent faibles. L’école polytechnique fédérale de Lausanne vient toutefois de dévoiler un prototype de cellule à colorant qui dépasse les 11 %, prouesse inimaginable il y a quelques années. Cette technologie est la plus proche de la photosynthèse végétale, le processus parfait de conversion d’énergie solaire. Les plantes transforment les photons grâce à des molécules de colorant comme la chlorophylle qui savent stocker l’énergie dans leurs électrons.

Les cellules organiques sont des films poreux recouverts d’une très fine couche de particules de pigments en contact avec une solution électrolyte. Quand un photon frappe la cellule, il produit une charge négative dans le pigment et une charge positive dans l’électrolyte, menant à un courant. Pour doper cet effet photovoltaïque assez faible, les scientifiques ont eu l’idée d’augmenter les interfaces entre le colorant et l’électrolyte. Les prototypes comportent ainsi des surfaces actives dont la géométrie rappelle les poumons ou les arbres. Ces organisations vivantes savent maximiser les surfaces de contact, à la manière des fractales. Ce sont du coup les chimistes, et non les physiciens qui sont les plus en pointe dans ce domaine.

Il est actuellement impossible de savoir laquelle de ces technologies couvrira à terme les toits et les champs du XXIe siècle. « Il ne faut pas les opposer, la compétition reste ouverte », promet, optimiste, Daniel Lincot.

Source : http://www.lesechos.fr/info/metiers/4774594.htm

La Green Box : le plein d’énergie à domicile

Les coûts de l’essence et des factures énergétiques atteignant des sommets, un système qui produit et stocke de l’hydrogène de façon écologique et à un prix abordable, risque de révolutionner le marché énergétique mondial

La société ITM Power, basée à Saffron Walden (Essex), estime qu’une partie de la solution réside dans son électrolyseur de taille domestique qui rappelle un réfrigérateur-congélateur. Cette station à hydrogène, la Green Box, qui va bientôt entrer en phase d’industrialisation, fonctionne via un électrolyseur utilisant de l’eau et de l’électricité produite en amont grâce à l’énergie solaire ou éolienne. Par ailleurs, un générateur à combustion interne convertit le gaz (ici l’hydrogène) en électricité, alimentant ainsi la maison en énergie.

Jim Heathcote, directeur général d’ITM Power, affirme que ce nouveau système résout l’un des problèmes fondamentaux du stockage de l’énergie produite par les récupérateurs et convertisseurs d’énergies renouvelables (panneaux solaires, éoliennes, etc). Ce système permet donc de produire et de stocker un combustible utile. En effet, selon lui, la bataille pour la sécurité énergétique consiste à fabriquer de l’hydrogène à un coût compétitif face aux combustibles concurrents.

La force de la technologie inventée par ITM Power se trouve dans la membrane de polymère de l’électrolyseur. En règle générale, l’électrolyse reste un procédé difficile, en raison de l’environnement chimique agressif qu’il entraîne. D’une façon générale, les électrolyses alcalines utilisent un électrolyte liquide qui peut absorber les gaz produits, rendant le système potentiellement explosif et nécessitant des coûts supplémentaires de dégazéification en usine. Les électrolyseurs acides utilisent, eux, une membrane de polymère fluorée afin de séparer efficacement l’oxygène de l’hydrogène. Cependant l’utilisation d’un catalyseur de platine rend ce procédé extrêmement coûteux. La production d’une membrane de polymère coûte environ 250 livres/m2 (environ 319 euros/m2).

Celle conçue par ITM Power ne reviendrait qu’à seulement 2,50 livres/m2 (environ 3,19 euros/m2). Afin d’arriver à un tel coût de production, ITM Power a développé une nouvelle classe de polymères, dits réticulés hydrophiles à haute conductivité ionique. Au départ, les réactifs, sous forme liquide, sont versés dans un moule et subissent une réticulation par rayonnement ultraviolet ou gamma. Cette réticulation, permet de lier de façon permanente, par polymérisation, les macromolécules constitutives de la substance initiale.

Les molécules se rassemblent alors en 3D afin d’éviter toute dégradation en bouts de chaînes, ce qui rend inutile l’utilisation de fluor. ITM Power, affirme être capable d’ajouter un composant alcalin avant la phase de polymérisation, ce qui permet d’éviter l’étape de dégazéification nécessaire lors d’électrolyses alcalines traditionnelles. Cela permet également de se débarrasser du platine dans le cas d’une électrolyse acide. En termes de production d’hydrogène la Green Box peut assurer à une voiture une autonomie d’environ 40 km. Les différentes recherches actuellement en cours dans les laboratoires d’ITM Power visent à atteindre 160 km d’autonomie.

David Hart, chercheur à Imperial College London, commentant l’efficacité et les failles d’un tel système, explique que la Green Box est un système tout à fait plausible. Cependant, le fait qu’elle utilise l’électricité pour assurer son fonctionnement risque de contrecarrer l’objectif zéro émission, à moins que les futurs acheteurs n’utilisent qu’une électricité "verte" d’origine éolienne ou solaire. L’autre barrière qui reste à franchir, est selon lui, l’acceptation par le public d’un tel système dans une maison.

Source : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/55988.htm

La recharge électrique sans fil progresse

Le concept de « WiTricity » ( Wireless Electricity ou électricité sans fil) progresse

Depuis plusieurs années, quelques sociétés comme Powermat, Wildcharge ou Wipower étaient déjà à pied d’oeuvre. Mais cette fois c’est le numéro un mondial des semiconducteurs, Intel, qui est sur la brêche. Des chercheurs ont expliqué qu’il était désormais possible de transmettre 60 watts sur une distance de moins d’un mètre, et ce, par induction magnétique.

Les recherches d’Intel sont basées sur des travaux conduits au MIT (Massachussets Institute of Technology) par le physicien Marin Soljacic, pionnier de la transmission d’énergie sans fil. Intel affirme avoir amélioré l’efficacité du système. La déperdition d’énergie, habituellement de l’ordre de 50 % avec ces dispositifs, aurait été ramenée à 25 %. Les répercussions que pourrait avoir une telle technologie dans notre vie quotidienne sont intéressantes. C’est un ordinateur portable, un téléphone mobile, un baladeur, dont on pourrait recharger la batterie sans fil ni câble, simplement en le posant sur une surface équipée. Les restaurants, les transports en commun, les lieux publics, pourraient ainsi être équipés de stations de recharge.

Source : http://www.intel.com/pressroom/index.htm?iid=ftr+press

Record mondial de rendement électrique pour un système de concentration solaire par luminescence

L’Institut Fraunhofer de recherche sur les systèmes énergétiques solaires (ISE) de Fribourg a établi un record mondial de rendement électrique pour un système de concentration solaire par luminescence : 6,7 %

Le principe de cette technologie, déjà formulé en 1976 par Adolf Goetzberger, fondateur de l’ISE, est le suivant : des feuillets colorés recueillent une partie du spectre de la lumière du soleil, qui est ensuite conduite par réflexion totale jusqu’aux extrémités des feuillets où sont placées des cellules photovoltaïques (PV). Si la surface des bords des feuillets est plus petite que leur surface supérieure (surface d’incidence), on peut parler de concentration de la lumière. Ainsi, ce système permet de diminuer la quantité de cellule nécessaire et donc d’augmenter le rendement PV.

Les chercheurs de Fribourg avaient déjà développé le collecteur à fluorescence dans les années 1980. Ils espèrent aujourd’hui améliorer sa rentabilité à l’aide de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques. "Aujourd’hui, les cellules photovoltaïques à haut rendement existent. Nous avons repris nos recherches sur les collecteurs à fluorescence depuis un moment. Nous avons prouvé expérimentalement que nos calculs étaient bons", commente Jan Christoph Goldschmidt, directeur de projet à l’ISE.

Le record a été atteint avec un empilement de deux feuillets fluorescents (jaune et rouge), recouverts par un thermoplastique transparent très répandu (PMMA ou polyméthacrylate de méthyle), et représentant une surface incidente de 4 cm2. Sur les bords, 4,8 cm2 de cellules photovoltaïques InGaP ont converti la lumière sortante en électricité. Au total, 6,7 % de l’énergie solaire incidente a ainsi été convertie en électricité. Une autre expérience, réalisée cette fois avec un unique feuillet d’une très grande surface et un matériau novateur à la place du PMMA, a également conduit à des résultats intéressants.

"Jusqu’à maintenant, plus de 25 % de la lumière réémise par les molécules fluorescentes se perdaient à travers la surface supérieure des feuillets, explique M. Goldschmidt. L’emploi de nouvelles couches-filtres, des structures photoniques, a déjà permis d’améliorer de 20 % le rendement. Avec seulement un feuillet, nous avons ainsi atteint un rendement supérieur à 3 %. Et cela avec une surface de cellule PV correspondant à seulement un vingtième de la surface collectrice. Dans une prochaine étape, nous combinerons les deux approches : empilement de plusieurs couleurs et structures photoniques." Les chercheurs de l’ISE se montrent confiants : selon eux, la technique sera utilisée pour des applications intégrées aux façades ou aux fenêtres des bâtiments.

Source : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/55570.htm

EDF va construire au large de la Bretagne le premier parc hydrolien français

EDF va lancer la construction au large de la Bretagne du nord du premier projet pilote au monde de parc hydrolien, destiné à produire de l’électricité à partir de l’énergie contenue dans les courants des marées, a annoncé le groupe

Trois à six hydroliennes, d’une capacité de 4 à 6 MW, seront immergées et "raccordées au réseau d’électricité dès 2011" dans un secteur "où l’intensité des courants atteint des niveaux parmi les plus élevés d’Europe", a expliqué EDF. Cette "première mondiale" représente "l’aboutissement de plus de quatre années de concertation et d’études sur les côtes bretonnes et normandes", précise le groupe.

Le choix du site de Paimpol-Bréhat "s’est imposé au regard de critères techniques et économiques". En outre, "l’accueil du projet (...) fait l’objet d’un fort consensus de la part des élus, des associations de protection de l’environnement et de tous les acteurs de la mer", souligne EDF. L’énergie hydrolienne, qui "n’émet pas de gaz à effet de serre et présente l’avantage d’être totalement prévisible" pourrait, "à long terme, contribuer significativement à la production d’électricité d’origine renouvelable", selon EDF. La France est bien placée avec le Royaume Uni puisque les deux pays concentrent à eux seuls 80 % du potentiel européen hydrolien, soit une production d’électricité de 10 TWh par an, ce qui représente un peu plus de 2 % de la consommation annuelle française d’électricité.

Concrètement, ces hydroliennes expérimentales seront installées à une quinzaine de kilomètres des côtes et seront arrimées sur des blocs de béton posés sur les fonds, compris dans ce secteur entre 35 et 40 mètres. De même, elles seront invisibles à la surface de l’eau. Depuis 2002, EDF s’est impliquée, à travers sa filiale EDF energy, dans le développement de la société Marine Current Turbine (MCT) qui a engagé les projets pilotes Seaflow (prototype de 300 kw installé en 2003 au large de Bristol), puis Seagen (hydrolienne de 2x600 kw, dont l’installation est prévue en 2008 en Irlande du nord). Après le début de la production, une évaluation sera menée sur deux ans (2011-2013) avant de décider du développement ou non de cette filière énergétique.

Source : http://www.maire-info.com/article.asp?param=10072&PARAM2=PLUS

Le stockage d’énergie par air comprimé prêt à remplacer les batteries au plomb

Stocker de l’énergie solaire et éolienne n’est pas toujours simple. Quand le vent souffle fort, par exemple, les éoliennes produisent plus d’électricité que les habitants n’en ont besoin. Il s’agit de stocker cet excédent énergétique et de le restituer lorsque le vent faiblit. Enairys Powertech, une start-up en cours de création, a développé une méthode pour stocker et restituer l’énergie par air comprimé.
L’ingénieur et fondateur d’Enairys, Sylvain Lemofouet, a conçu avec le professeur Alfred Rufer, directeur du Laboratoire d’électronique industriel de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et le professeur Daniel Favrat, directeur du Laboratoire d’énergétique industrielle, une batterie qui ne contient pas de métaux lourds. Explications de Sylvain Lemofouet : « L’air, comme tous les gaz, est compressible. En d’autres termes, il peut prendre le volume qu’on lui impose. En l’obligeant à occuper un plus petit espace, sa pression augmente et crée un potentiel d’énergie comparable à l’élévation de l’eau dans un barrage hydroélectrique. »
Le stockage d’énergie par air comprimé n’est en soi pas nouveau mais cette technique n’a pour ainsi dire jamais été exploitée, du fait du faible rendement des machines à air existantes. En effet, l’air s’échauffe quand on le comprime et cette chaleur, une fois évacuée, génère des pertes importantes. La quantité d’énergie récupérée à la détente de l’air est faible par rapport à celle qui a été initialement stockée. On parle d’un rendement de l’ordre de 20 à 30%.
La machine à air comprimé d’Enairys fonctionne non pas avec un piston mécanique mais grâce à un concept de compression et de détente d’air basé sur le principe du « piston liquide ». L’eau refroidit l’air pendant la phase de compression et le réchauffe pendant la phase de détente permettant de réduire les pertes thermiques au minimum et donc d’avoir un bien meilleur rendement. Dans le système d’Enairys, l’électricité est employée pour comprimer l’air en alimentant un moteur électrique couplé à un compresseur hydropneumatique.
L’air est ensuite stocké dans des bonbonnes, reliées les unes aux autres. Lorsqu’il y a une demande en électricité, l’air comprimé est utilisé pour faire tourner la même machine hydropneumatique et entraîne la machine électrique qui fonctionne alors en alternateur pour reproduire du courant. « Le rendement énergétique de notre système est de l’ordre de 60-65% et s’approche ainsi du rendement des batteries au plomb qui est de 70% », souligne Sylvain Lemofouet.
Le grand avantage d’un tel système est qu’il est écologique et économique. Aujourd’hui, le stockage de l’énergie solaire ou éolienne se fait par des batteries d’accumulateurs électrochimiques. Celles-ci contiennent des métaux lourds qui sont polluants. En outre, leur durée de vie n’est que de quelques années. « Sur le long terme, notre système est moins coûteux », précise l’ingénieur.
Des brevets ont été déposés par l’EPFL et Enairys en détient une licence exclusive. Le premier prototype est aujourd’hui terminé. La start-up développe un prototype industriel qui servira de démonstrateur. De telles installations seront essentiellement destinées à l’alimentation en énergie d’applications autonomes en région isolées à partir de panneaux photovoltaïques et d’éoliennes par exemple, ou encore comme alimentation de secours pour les applications sensibles connectées à des réseaux électriques instables.
« Nous visons également le marché de la production d’air comprimé à haute pression et à plus long terme celui des voitures urbaines à air comprimé », souligne Sylvain Lemofouet qui recherche actuellement 0,5 million de francs pour développer les premiers produits commerciaux. Puis, il devra encore lever entre 2 à 3 millions de francs pour passer à la phase d’industrialisation.
Le projet a déjà bénéficié de plusieurs aides. Coup de cœur du jury lors du trophée Perl 2008 (Prix Entreprendre Région Lausanne), Enairys a également été primé par Venturelab et bénéficie du coaching de la CTI Start-up. Le marché du stockage énergétique est bel et bien présent. Selon le cabinet de recherche Lux Research, le marché est estimé à 60 milliards de dollars.
Source : http://www.letemps.ch/template/recherche.asp?page=rechercher&contenupage=identification&types=search&artID=234720