Verre à rainures périodiques pour panneaux solaires en façade : une innovation chinoise antireflet

Une réponse au problème de réflexion des modules photovoltaïques en façade

L’intégration du photovoltaïque en façade (BIPV) est confrontée à un défi majeur : la réflexion de la lumière sur le verre de protection des modules lorsque les rayons solaires frappent sous des angles d’incidence élevés. Perte d’énergie, baisse de rendement… les technologies antireflets classiques, conçues pour une incidence quasi normale, peinent à rester efficaces au-delà de 60°. C’est pour relever ce défi qu’une équipe de l’Institut de technologie de Harbin (Chine) a développé un nouveau verre de protection doté de rainures périodiques, capable de réduire drastiquement la réflexion même sous des angles extrêmes, jusqu’à 89°.

Ce verre structuré permet aux modules montés verticalement ou inclinés sur les façades de capter davantage de lumière diffuse et rasante, typique des environnements urbains. Les chercheurs ont publié leurs travaux dans la revue Results in Engineering, détaillant une approche combinant optimisation algorithmique et simulations optiques tridimensionnelles.

Une optimisation algorithmique par Cobyla pour un profil de rainures performant

Pour concevoir les rainures, l’équipe a utilisé l’algorithme Cobyla (Constrained Optimization by Linear Approximation), une méthode d’optimisation sans dérivée, particulièrement adaptée aux problèmes où les contraintes géométriques sont complexes. L’algorithme a permis de trouver le meilleur compromis entre profondeur, hauteur, largeur et angles des segments des rainures, en visant à minimiser la réflectance sur une plage d’incidence de 0° à 89°.

Contrairement aux approches par essais-erreurs, Cobyla explore l’espace des paramètres de façon systématique et convergente. Les simulations de lancer de rayons dans Comsol Multiphysics ont ensuite validé le profil optimisé. Les chercheurs ont également testé la robustesse de la structure en faisant varier les dimensions dans les limites des tolérances de fabrication (laminage industriel). Résultat : la performance antireflet reste stable même avec des écarts modérés.

• Paramètres optimisés : rapport d’aspect de 0,76, section transversale à contour lisse.
• Algorithme : Cobyla, méthode éprouvée en optimisation de formes.
• Simulation : lancer de rayons tridimensionnel sur module en silicium cristallin.

Des résultats spectaculaires sur une large plage d’incidence

Les simulations numériques montrent que ce verre structuré atteint des performances inédites :

• Réflectance moyenne inférieure à 2,4 % pour des angles d’incidence (AOI) de 0° à 60° sur la gamme spectrale 400-1050 nm.
• Réflectance maximale de seulement 12,6 % pour un AOI de 89°, contre environ 30-50 % pour un verre plat classique.
• Augmentation de l’absorption spectrale : +12 % à 70° d’incidence et +73 % à 89°, par rapport à un module solaire en silicium avec verre plat conventionnel.

Ces gains permettent de transformer des surfaces vitrées peu exploitées en sources d’énergie productives, en particulier sur les façades est et ouest où le soleil est bas.

Vers une fabrication industrielle compatible avec le laminage

Un des points forts de cette innovation est sa compatibilité avec les procédés de fabrication existants, notamment le laminage du verre. La structure à rainures périodiques peut être directement imprimée sur le verre lors de sa production. Les tests de robustesse ont montré que même avec une mise à l’échelle linéaire modérée ou des perturbations des angles internes (dans les tolérances de laminage), les performances antireflets restent élevées.

Cette fabricabilité ouvre la voie à un déploiement à grande échelle pour le photovoltaïque intégré au bâti (BIPV). Les architectes et bureaux d’études pourront ainsi équiper les façades de modules performants sans compromis esthétique ou technique.

Une publication scientifique de référence

Les travaux ont été présentés dans l’article « Verre à rainures périodiques haute efficacité avec traitement antireflet grand angle pour modules photovoltaïques montés en façade » (trad. libre), publié dans Results in Engineering. Les auteurs sont issus de l’Institut de technologie de Harbin et de l’Institut de technologie de Shenzhen Yongxing (Chine).

Lire l’article original dans Results in Engineering

Découvrir l’Institut de technologie de Harbin

En savoir plus sur l’algorithme Cobyla (Wikipedia)

Perspectives pour le photovoltaïque vertical

Cette avancée s’inscrit dans la tendance des bâtiments à énergie positive (BEPOS) et de l’architecture solaire. Couplée à d’autres innovations (cellules bifaciales, vitrages à couches sélectives), la technologie des rainures périodiques pourrait multiplier par deux la production électrique des façades actuellement sous-exploitées. Des expérimentations grandeur nature sont attendues dans les prochains mois pour confirmer les gains en conditions réelles.

Pour les installateurs et les fabricants de modules, ce verre représente une opportunité de se différencier sur le segment BIPV, en forte croissance (+20 % par an selon l’Agence Internationale de l’Énergie).

Aurélien CHAPUIS

Aurélien Chapuis est diplômé du Master Management et Gestion de l’Énergie de l’ESCP Business School. Expert en stratégie photovoltaïque et business developer pour PV Solaire Énergie depuis 2019, il accompagne les professionnels du secteur dans leur croissance et vulgarise les enjeux de la transition énergétique pour le grand public.

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