Les fenêtres solaires sont des feuilles de verre dotées de propriétés photovoltaïques. Cela permet aux fenêtres solaires non seulement de laisser entrer la lumière dans les bâtiments, mais aussi d’absorber l’énergie du soleil et de la convertir en électricité.
Bien qu’encore en développement, les fenêtres solaires sont une technologie prometteuse dans la transition vers une énergie plus propre. Tout comme d’autres types de systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments (BIPV), tels que les toits solaires et la peinture solaire, les fenêtres solaires sont intégrées à la structure d’un bâtiment plutôt que d’être ajoutées à celui-ci.
Comment fonctionnent les fenêtres solaires
Alors que les panneaux solaires traditionnels sont traditionnellement de couleur sombre afin d’absorber le plus de lumière solaire possible, les fenêtres traditionnelles doivent être transparentes. Par conséquent, les concepteurs de fenêtres solaires doivent à la fois laisser entrer la lumière et produire suffisamment d’électricité pour que leur fabrication et leur installation soient rentables.
Un certain nombre de solutions potentielles pour les fenêtres solaires sont encore au stade de la recherche et du développement, tandis que quelques-unes ont récemment fait leur apparition sur le marché.
Encre et film
Une encre photovoltaïque ou un film photovoltaïque mince est appliqué sur le verre, soit au cours du processus de fabrication, soit ultérieurement sur des fenêtres existantes. NEXT Energy Technologies produit une encre photovoltaïque transparente à base de matériaux semi-conducteurs organiques qui peut être imprimée directement sur les fenêtres.
En revanche, Solar Window Technologies produit de fines feuilles de verre flexible recouvertes d’un liquide photovoltaïque, conçues pour être installées sur les fenêtres existantes des gratte-ciel.
Micro-panneaux
De petits « micro-panneaux » photovoltaïques traditionnels sont placés sur les quatre côtés ou dans les coins des fenêtres afin de ne pas obstruer une quantité importante de lumière. Les « stores solaires » totalement opaques ou semi-transparents, tels que ceux commercialisés par SolarGaps, poussent l’idée des micro-panneaux un peu plus loin, avec des panneaux solaires miniatures capables de pivoter pour suivre la course du soleil tout en faisant office de stores.
Intercalaires entre les panneaux
Les fenêtres à double vitrage sont fabriquées avec des cellules solaires entre les deux vitres. EnergyGlass produit des intercalaires transparents de nanoparticules inorganiques qui sont laminés entre deux couches de verre. La couche supplémentaire fournit également une meilleure isolation que les fenêtres à simple ou double vitrage, de sorte que les fenêtres solaires peuvent réduire les coûts de chauffage et de climatisation tout en produisant de l’électricité.
Points quantiques
Les points quantiques sont des cellules photovoltaïques de taille nanométrique qui sont implantées dans le verre lui-même. La technologie des points quantiques utilise des nanocristaux transparents (essentiellement de minuscules billes de verre) et la mécanique quantique pour convertir l’énergie solaire en électricité.
Plutôt que d’absorber la lumière visible (et donc de réduire la quantité de lumière qui traverse les fenêtres), les points quantiques convertissent la lumière ultraviolette invisible, qui contient plus d’énergie que la lumière visible. L’absorption de la lumière UV réduit également ses effets nocifs sur les humains et les meubles.
Les points quantiques implantés dans les fenêtres peuvent également rediriger la lumière infrarouge vers les cellules photovoltaïques, bien que la lumière infrarouge contienne moins d’énergie que la lumière visible, ce qui en fait un convertisseur d’électricité moins efficace.
Le marché des fenêtres solaires
La technologie du verre solaire est encore en pleine évolution. Actuellement, les développeurs tentent toujours de rendre les fenêtres solaires économiques, tant pour le fabricant que pour le consommateur.
Les startups, dont NEXT Energy Technologies et SolarGaps, ont souvent compté sur le soutien gouvernemental à la R&D pour mettre leurs produits sur le marché. Le premier projet de démonstration de NEXT Energy Technologies à Fremont, en Californie, annoncé en avril 2022, a été soutenu par une subvention de 3 millions de dollars de la California Energy Commission, tandis que SolarGaps a reçu un financement de l’Union européenne.
Comme dans toute nouvelle technologie, tous les produits ne réussissent pas. Physee, un développeur néerlandais de technologies de construction durable, a installé ses PowerWindows en tant que projet pilote dans une banque néerlandaise en 2017. Pourtant, chaque fenêtre ne générait que suffisamment d’électricité pour charger plusieurs smartphones en même temps. Tout en développant et en commercialisant d’autres technologies innovantes, Physee n’a pas encore mis les PowerWindows sur le marché.
L’avenir des fenêtres solaires
La fabrication de verre à vitre est une industrie de plusieurs milliards de dollars, et la construction de nouveaux bâtiments représente une opportunité intéressante pour les développeurs de verre solaire. Rien qu’aux États-Unis, la construction de quelque 1,8 million de nouvelles maisons commence chaque année, selon le recensement américain. Depuis janvier 2020, toutes les maisons nouvellement construites en Californie doivent être équipées de systèmes photovoltaïques comme source d’électricité, ce qui représente un marché potentiel de plus de 100 000 nouvelles maisons par an.
Il est peut-être encore plus important de rendre les rénovations efficaces et économiques. Selon le GIEC, les bâtiments sont responsables d’environ 16 % des émissions de gaz à effet de serre, principalement dues au chauffage et à la climatisation. Une étude d’Architecture 2030 prévoit que deux tiers de tous les bâtiments en 2040 seront des bâtiments qui existent aujourd’hui – ce qui signifie que la modernisation des bâtiments existants sera vitale dans la lutte pour atténuer le changement climatique. Que ce soit dans les nouvelles constructions ou dans les rénovations, les fenêtres solaires devront jouer un rôle essentiel dans la quête de l’électrification.
