Cellules Solaires Nouvelle Génération Part 3 : Concentrateurs Photovoltaïques
Par Dr Félicien Mazille
Les concentrateurs photovoltaïques utilisent des éléments optiques tels que des lentilles, des miroirs ou même des gels pour concentrer une quantité importante de lumière solaire sur des panneaux photovoltaïques de petite taille. Le coût des installations est ainsi réduit du à la diminution de la surface des cellules photovoltaïques. Cette approche prometteuse a cependant plusieurs limitations :
- L’efficacité des cellules photovoltaïques diminue généralement avec l’augmentation de la température. Des systèmes de refroidissement peuvent être nécessaires.
- Les systèmes concentrateurs et les éléments mobiles permettant de suivre le parcours du soleil peuvent s’avérer couteux ou nécessiter un entretien régulier.
- La lumière diffuse n’est pas utilisée.
Une société australienne produit des systèmes mobiles de grande taille suivant le parcours du soleil ce qui permet de concentrer la lumière 500 fois. Un système de refroidissement est utilisé pour éviter la surchauffe des cellules photovoltaïques. Ces systèmes atteignent un rendement de 24 % selon le constructeur [1]. Concentrateurs photovoltaïques de 14 mètres de diamètre et pesant plusieurs tonnes Source : [1]. Des systèmes de concentrateurs photovoltaïques de plus petite taille existent et sont utilisés dans des zones fortement ensoleillées. Le concentrateur de la société SolFocus utilise des matériaux déjà disponibles et à faible coût, comme le verre et l’aluminium, pour fournir une extensibilité rapide à des centaines de mégawatts d’électricité solaire. Grâce à des miroirs et des optiques réfléchissants, les modules concentrent les rayons du soleil 500 fois sur une petite cellule solaire à haut rendement ce qui permet d’utiliser 1/1000ème de la quantité de matériel photovoltaïque employé dans les systèmes PV classiques. Ces panneaux sont intégrés en un système de suivi du soleil et sont constitués principalement de verre et d’aluminium, recyclable à 95 % [2]
Concentrateurs photovoltaïques Solfocus. Source [2] La société coolearth propose des ballons concentrateurs ne nécessitant pas de systèmes pour suivre le mouvement du soleil. La forme du miroir permet de concentrer la lumière sur la cellule photovoltaïque quelle que soit la position du soleil [3]. La surface photovoltaïque est équipée d’un système de refroidissement. Cette société affirme que le prix du courant électrique ainsi produit est à un niveau similaire à celui produit à partir de gaz naturel.
Ballons concentrant la lumière du soleil. Source : [3] Il existe également des gels organiques transparents capables de capter l’énergie solaire. Injecté dans le double vitrage d’une fenêtre, le gel organique collecte l’énergie issue des rayons solaires frappant toute la surface de la fenêtre et redirige cette énergie solaire vers des cellules photovoltaïques au silicium placées dans l’armature de la fenêtre. La fenêtre ainsi équipée agit comme un véritable panneau photovoltaïque, tout en restant parfaitement transparente. Le rendement de la fenêtre peut alors atteindre les 100 Watts par heure. Le prix d’une telle fenêtre d’environ 6000 euros. Le gel organique est cher à produire, mais il est possible de se contenter d’un film organique qui peut être appliqué sur un vitrage par pulvérisation. Des chercheurs américains du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont ainsi démontré qu’un film organique est capable de concentrer l’énergie solaire tout comme une loupe géante et de la rediriger vers des minuscules panneaux photovoltaïques installés dans les tranches de la fenêtre. Ce film organique capte l’énergie de différentes longueurs d’ondes de la lumière, ce qui lui permet de multiplier par 10 le rendement de capteurs photovoltaïques. Il est alors possible de créer des fenêtres solaires complètement transparentes et à haut rendement énergétique. Le film photovoltaïque ou un dérivé pourrait même permettre d’améliorer très sensiblement le rendement des panneaux photovoltaïques actuels [4]. Schéma de fonctionnement des concentrateurs organiques.
Source : [5] [1] http://newenergydirection.com/blog/2008/11/concentrator-photovoltaics/ [2] http://www.enerzine.com/1/6244+europe—solfocus-deploie-son-photovoltaique-concentre+.html [3] http://inhabitat.com/solar-balloons-coolearth-gets-21-million-in-funding/ [4] http://www.photovoltaique-organique.com/concentrateurs-organiques-energie-solaire/ [5] http://www.wired.com/wiredscience/2008/07/see-through-sol/
