Des scientifiques israéliens ont combiné l’énergie solaire et la croissance des cultures dans des serres polytunnels en mettant au point une solution photovoltaïque organique (OPV).
Les serres polytunnels sont généralement recouvertes de polyéthylène. Elles sont utilisées pour la culture en grande quantité de fruits et légumes qui requièrent plus de chaleur pendant les mois d’hiver. Ces structures sont plus difficiles à ombrager que celles recouvertes de verre.
« Les propriétés des OPV sont plus adaptées que le silicium conventionnel aux applications des serres polytunnel », a déclaré la chercheuse Esther Magadaley à pv magazine. « Ils sont légers, flexibles et le matériau d’encapsulation en polyéthylène des OPV est similaire au matériau de couverture en polyéthylène d’une serre. »
Selon la chercheuse, les solutions OPV peuvent être partiellement transparentes, elles existent en différentes couleurs avec des propriétés de transmission spectrale différentes, et transmettent la quantité du spectre lumineux nécessaire à la croissance des plantes, tout en utilisant les autres portions du spectre pour produire de l’électricité.
« De cette façon, nous pouvons produire de l’électricité sans affecter la croissance des cultures », a-t-elle expliqué.
Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé des modules solaires composés de cellules organiques reposant sur un matériau donneur connu sous le nom de PBTZT-stat-BDTT-8. Chaque panneau a un rendement de conversion de puissance de 3,3 %, une puissance nominale de 14 W, une dimension de 800 mm x 1 000 mm x 0,6 mm, et une surface active de 655 x 855 mm. En raison de la faible transmission lumineuse du panneau, qui est d’environ 23 %, seuls 37 % de la surface du toit de la serre ont été couverts par les modules.
Les performances de ce système photovoltaïque orienté est-ouest ont été testées sur une période de six mois et comparées à celles de modules solaires conventionnels déployés sur une serre similaire. Les rendements du réseau organique ont atteint leur maximum à différents moments de la journée, en fonction de leur position sur le toit, et les rendements maximaux se sont produits à des moments où ils n’étaient pas soumis à un rayonnement incident direct.
« Lorsque l’on considère l’effet combiné des modules sur l’ensemble du toit incurvé, leur production combinée typique et leur PCE moyen étaient de 105Wh et 0,65% par jour ensoleillé et de 81Wh et 0,86% par jour nuageux », ont déclaré les chercheurs.
Les panneaux organiques présentaient également des températures de module plus basses que leurs homologues en silicium cristallin, ce qui a entraîné des taux de dégradation plus faibles. Certains des modules organiques ont toutefois souffert d’une dégradation accélérée qui était due à la contrainte mécanique causée par les mouvements de la bâche du tunnel sous l’effet du vent.
« Les rendements des modules photovoltaïques utilisés dans cette étude ont culminé à environ 3 %, ce qui est relativement faible par rapport aux rendements des cellules à l’échelle du laboratoire de plus de 17 % qui ont été récemment signalés. L’utilisation de modules plus efficaces améliorerait leur viabilité économique, avec une production accrue d’électricité renouvelable », expliquent les universitaires.
Interrogée sur la viabilité commerciale, Esther Magadaley a déclaré que les prix actuels des modules photovoltaïques organiques ne reflètent pas les éventuels coûts associés, pourtant inférieurs à ceux des technologies au silicium. La raison de ce paradoxe : ils sont encore fabriqués à petite échelle. « Il existe d’autres études qui estiment les coûts des OPV à l’échelle de la production de masse, ce qui ferait des OPV une option économiquement viable », a-t-elle ajouté.
Les chercheurs ont présenté leur approche dans leur article intitulé « Integrating organic photovoltaics (OPVs) into greenhouses : electrical performance and lifetimes of OPVs », qui a récemment été publié dans l’International Journal of Sustainable Energy. Le groupe de recherche comprend des scientifiques de l’Institut d’ingénierie agricole d’Israël, de l’Organisation de recherche agricole et du Centre de recherche et de développement Triangle.