L’intégration de murs antibruit au PV peut apporter une contribution substantielle à la transition énergétique. Dans le cadre du projet Rolling Solar, divers instituts de connaissances et des entreprises étudient et développent le potentiel de cette application. Ils ont construit deux installations de test avec plusieurs types de modules de cellules solaires à Genk et Rosmalen. Le coup d’envoi de la phase de test a commencé sur les deux sites.
En Belgique, les premiers acteurs privés et publics intéressés par les pilotes à grande échelle se mettent en place, avec à la clé, la réduction des coûts, véritable vecteur du succès de cette technologie. Ainsi, Rolling Solar ouvre la voie à un déploiement commercial rentable de cette technologie. EnergyVille est situé sur Thor Park à Genk. Ici, les partenaires de Rolling Solar UHasselt et imec (KU Leuven et VITO) mènent des recherches sur l’énergie durable et les systèmes énergétiques intelligents. Un mur antibruit de 13 mètres de long et de 5 mètres de haut se dresse en bordure du campus.
Bifaciales
« Le mur antibruit est construit le long d’une route nord-sud », explique Michaël Daenen, professeur de technologie de l’ingénierie à l’UHasselt, l’un des participants à Rolling Solar. « La partie en béton est maintenant debout. Du côté est, il existe trois types de modules de cellules solaires : le silicium cristallin PERC, le CdTe à couche mince et le CIGS à couche mince. Les deux premiers sont montés sur châssis. Les modules CIGS, développement de TNO/Solliance, sont collés directement sur le béton. Il ne faudra pas longtemps avant que les huit mètres restants de mur antibruit soient réalisés par un nouveau partenaire du projet à savoir Group Ceyssens, développeur et producteur de fenêtres. Cette section sera composée de cadres métalliques dans lesquels sont glissés des modules de cellules solaires CdTe et CIGS et des modules de cellules solaires PERC en silicium cristallin bifacial.
Modèle de rendement énergétique
Bien que le mur antibruit à Genk soit encore « en construction », les mesures sur la partie déjà opérationnelle ont commencé. Les données sur le rendement énergétique affluent, en utilisant les optimiseurs de puissance de SolarEdge dont les modules de cellules solaires sont équipés comme source. Ces informations indiquent que tout fonctionne correctement et sera surveillé au cours de l’année à venir, mais selon Michaël Daenen, cela ne suffit pas pour des recherches plus approfondies. «Le centre de recherche en nanoélectronique et technologie numérique imec a joué un rôle important dans les choix concernant la technologie des cellules solaires. Les scientifiques ont développé un outil formidable pour modéliser le rendement énergétique. Cela inclut toutes sortes de facteurs – le matériau, l’environnement, l’orientation, la température, l’albédo… Cependant, afin d’alimenter ce modèle de manière optimale, les données sur le courant et la tension que nous recevons maintenant via la fonction de surveillance des optimiseurs de puissance sont sous-optimal. Les optimiseurs de puissance de SolarEdge ont un temps d’échantillonnage d’environ 10 minutes. Nous voulons que ce soit 1 minute ou moins. De cette façon, nous pouvons, par exemple, obtenir une image beaucoup plus détaillée de l’influence de l’ombrage par les nuages ​​et le passage des cyclistes ou des voitures sur la puissance générée. Actuellement, l’électronique qui rend cela possible est en cours d’installation. En plus de l’efficacité des modules de cellules solaires, nous étudions également la stabilité des matériaux à l’aide de toutes sortes de capteurs qui mesurent la déformation et la température.
Matériau insonorisant
La transition énergétique se réalise en grande partie à l’aide de l’énergie solaire. Selon Mickaël Daenen, les faibles réserves foncières de la Belgique limitent les possibilités de développement de grandes fermes solaires. L’utilisation de murs antibruit pour produire de l’électricité renouvelable est donc très prometteuse, compte tenu de la double utilisation et de leur surface totale considérable. Mais garder le bruit à l’extérieur reste la fonction principale. En Belgique, où les autoroutes traversent souvent les villes ; les murs antibruit sont construits à un angle de 90 degrés et l’absorption acoustique est souvent la norme. C’est pourquoi tous les types de modules de cellules solaires de l’écran antibruit à Genk sont placés en duo. Un matériau insonorisant transparent est placé devant 1 des 2. De cette manière, l’effet acoustique et la différence de rendement énergétique peuvent être déterminés. Cependant, le premier matériel livré n’a pas passé l’épreuve pratique ; une perte de rendement énergétique de 30 pour cent a été établie en laboratoire. L’entreprise de construction et d’infrastructure Habenu-van de Kreeke, le partenaire du projet qui a installé l’usine pilote à Genk, travaille donc désormais au développement d’un nouveau matériau translucide avec un sous-traitant.
Réduction des coûts
Mickaël Daenen poursuit l’analyse : « Tout ce que nous faisons dans le cadre du projet Rolling Solar consiste à préparer cette application photovoltaïque pour son introduction sur le marché, à la fois pour les nouveaux écrans antibruit photovoltaïques et pour la modernisation des écrans existants. Nous savons après étude de toutes sortes de projets semblables, par exemple en Autriche et aux Pays-Bas, que c’est techniquement possible. Cependant, la faisabilité économique est essentielle. La maximisation du rendement énergétique n’est qu’un aspect du problème. La sensibilisation du marché passe notamment par la réduction des coûts et l’instauration d’un climat de confiance. Le fait que les prix des différents types de modules de cellules solaires tels que les modules bifaciaux baissent est bénéfique. Mais une grande partie des coûts réside dans l’intégration dans les éléments de construction, la construction elle-même et la maintenance. Il y a donc un besoin de mise à l’échelle dans toutes sortes de domaines. Pour progresser, il faut des démonstrateurs à grande échelle. Cela ne fait pas partie du périmètre de Rolling Solar. Cependant, nous ouvrons la voie ».
Entretiens exploratoires
La presse spécialisée, mais aussi les journaux nationaux et les chaînes de télévision ont généreusement rendu compte des activités du consortium Rolling Solar à Thor Park. Cela a  attiré l’attention des développeurs et des gouvernements. « Par exemple, le constructeur du nouveau mur antibruit en verre de l’E19 près de Zwijndrecht nous a contactés pour discuter des possibilités, dans le processus de développement, pour commencer une collaboration. Nous avons également eu plusieurs réunions avec la Ville d’Anvers concernant le renouvellement de la rocade. De plus, nous sommes en pourparlers avec Leefmilieu Brussel. Ce sont également des rencontres exploratoires, mais cela indique qu’il existe une attractivité pour le déploiement de projets plus importants. Cela inclut la mise en place d’un modèle de coopération viable entre toutes les parties prenantes qui nécessite de répondre à des questions complexes : qui est le propriétaire, comment organisons-nous la participation citoyenne, qui s’occupe de l’entretien… ? Il est également important de rassembler les parties et de créer la confiance » précise Mickaël Daenen.
Différents types de cellules
Sur le site de Heijmans à Rosmalen aux Pays-Bas, un écran antibruit photovoltaïque intégré a également été réalisé dans le cadre du projet Rolling Solar. L’entreprise spécialisée dans l’immobilier, la construction, les infrastructures et la technologie d’installation l’a réalisé avec Soltech, Sanko Solar, Solliance et TNO EnergyTransition. Le banc d’essai mesure 12 mètres de long. Au total, 5 cassettes d’un mètre de haut chacune, dans lesquelles sont intégrés des modules de cellules solaires, sont empilées sur un socle en béton. Les 2 inférieurs contiennent des modules de cellules solaires en silicium cristallin à deux faces. La partie supérieure est équipée de modules de cellules solaires CdTe à couche mince, les 2 du milieu de modules de cellules solaires CIGS à couche mince double face.
Modèles d’irradiation
Les tests ont commencé au début de cette année et se déroulent bien selon le responsable de l’innovation Stijn Verkuilen van Heijmans. Les modules de cellules solaires en silicium cristallin servent de référence pour les mesures. L’intérêt principal réside dans la production et le comportement des technologies PV à couche mince dans cette application particulière avec ses modèles d’irradiation uniques et ses ombres structurelles. Les modules de cellules solaires CdTe et CIGS sont placés par paires pour effectuer 2 tests différents. Des mesures de la courbe IV sont effectuées sur la moitié du système pour voir comment le module se comporte dans ces schémas d’irradiation inhabituels. L’autre moitié du système est connectée au réseau électrique via des onduleurs pour surveiller les performances de rendement énergétique. Cela permet de déterminer si le système dans son ensemble – les modules photovoltaïques et l’onduleur – fonctionne bien ensemble et fonctionne correctement.
Analyse de rentabilité positive
Stijn Verkuilen précise : « Ce n’est pas le premier écran antibruit photovoltaïque que nous avons réalisé. Dans le cadre du projet Solar Highways, nous avons construit une barrière antibruit de 400 mètres de long avec 136 panneaux solaires en silicium cristallin le long de l’A50 près d’Uden. Ce faisant, nous avons choisi les bifaciaux pour créer un rendement énergétique maximal et cela reste le choix logique pour cette application pour l’avenir. Cette expérience nous a appris que cela peut être fait technologiquement ; le mur antibruit fonctionne bien depuis presque trois ans maintenant. Mais cela ne signifie pas qu’une introduction sur le marché à grande échelle est imminente. Il n’y a pas encore de business case positif ; la période de récupération doit être réduite. Pour y parvenir, réduire les coûts d’investissement est la grande tâche qui nous attend. Nous considérons cela, en plus de notre engagement en faveur d’une plus grande liberté de conception afin de créer plus de valeur esthétique, comme l’objectif principal de nos efforts au sein de Rolling Solar.
Personnalisation de masse  via la pérovskite
Aux Pays-Bas, les cadres structurels des écrans antibruit sont fixes, par exemple en termes d’inclinaison, de distance entre les piliers et d’épaisseur du verre. Cela garantit une prévention adéquate des nuisances sonores. L’ajout d’une fonction PV supplémentaire est secondaire et nécessite donc l’utilisation de modules de cellules solaires adaptés. Lorsque vous parlez de réduction des coûts, l’application d’un écran antibruit photovoltaïque modulaire qui peut être construit aussi rapidement que celui de Rosmalen est une valeur ajoutée, comme le souligne Stijn Verkuilen. Mais à son avis, il faut avant tout diminuer les prix des modules PV pour faire baisser les coûts. « C’est pourquoi nous voyons de grandes opportunités dans les applications de couches minces, en particulier compte tenu des développements de TNO. Nous travaillons maintenant sur la personnalisation de masse : un processus de production flexible roll-to-roll dans lequel des modules de cellules solaires à couche mince peuvent être fabriqués en grand volume à n’importe quelle taille souhaitée. À cet égard, la pérovskite est très prometteuse et nous espérons inclure cette technologie de cellule solaire dans notre installation de test à l’avenir. Les possibilités de déploiement commercial d’écrans antibruit photovoltaïques dépendent bien entendu également fortement des tarifs auxquels vous pouvez vendre l’électricité. Alimenter le réseau électrique n’est pas l’option la plus intéressante, c’est une leçon que nous avons apprise à Uden. Fournir des utilisateurs locaux, par exemple à une société d’énergie, génère un bien meilleur retour sur investissement. Mais cela rend également l’affaire complexe ».
Appuyez en avant
La Vallée de la Mort. C’est ainsi que Stinj Verkuilen caractérise l’état actuel du développement des écrans antibruit photovoltaïques aux Pays-Bas. Le projet Rolling Solar doit permettre de franchir cette étape, non seulement par le développement technologique et la réduction des coûts, mais aussi en motivant toutes sortes d’acteurs publics et privés. «La communauté des infrastructures est assez conservatrice. Non pas qu’il n’y ait pas d’innovations, mais trop souvent elles s’enlisent dans des essais à petite échelle. Après avoir terminé notre projet à Uden, plusieurs entreprises et autorités routières nous ont rendu visite. Cependant, leur enthousiasme a été tempéré lorsque les coûts ont augmenté. Ce problème doit être résolu pour avancer. En ce moment, nous cueillons le fruit à portée de main de la révolution solaire. Lorsque nous aurons terminé cela, nous devons encore aller de l’avant pour atteindre nos objectifs climatiques. L’intégration du PV dans les infrastructures peut apporter une contribution significative à cet objectif, mais cela nécessite d’investir massivement dès maintenant, également dans des pilotes à grande échelle. La publicité autour du mur antibruit à Genk semble faire bouger les choses en Belgique. C’est encourageant et c’est une bonne incitation pour nous d’accélérer aux Pays-Bas.
