Efficacité : le panneau solaire à concentration « écrase » le silicium

Un dispositif photovoltaïque à concentration intégrant un suivi miniature (microtracking) est en mesure de produire quotidiennement 50% d’énergie de plus que les cellules solaires traditionnelles en silicium a rapporté une équipe d’ingénieurs de l’Université Penn State (USA) dans la revue Nature Energy. « Auparavant, les cellules solaires s’avéraient coûteuses, mais depuis les prix ont vraiment chuté » a déclaré Chris Giebink, étudiant en génie électrique. « En conséquence, la cellule solaire ne constitue plus le coût dominant de l’énergie qu’elle produit. La plus grande partie du coût réside dans tout le reste – l’onduleur, la main d’oeuvre, l’agencement, les études, les frais d’autorisation, etc. »

Le paysage économique en pleine mutation a permis d’atteindre une efficacité élevée.

Contrairement aux panneaux solaires en silicium qui dominent le marché avec une efficacité comprise entre 15 et 20%, les panneaux photovoltaïques à concentration (CPV) focalisent la lumière du soleil sur des cellules solaires plus petites et plus efficaces, comme celles utilisées sur les satellites, dont l’efficacité globale atteint 35 à 40%. Les systèmes CPV actuels sont d’une dimension importante – la taille d’un panneau publicitaire – et doivent tourner pour suivre le soleil pendant la journée. Ces systèmes fonctionnent bien dans les zones ouvertes et spacieuses recevant directement beaucoup d’ensoleillement. « Ce que nous essayons de faire, c’est de créer un système CPV à haut rendement sous la forme d’un panneau solaire traditionnel en silicium », a ajouté Chris Giebink. Pour ce faire, les chercheurs intègrent de petites cellules solaires à plusieurs jonctions, d’environ un demi-millimètre carré, dans une feuille de verre. L’ensemble du dispositif fait alors environ 2 centimètres d’épaisseur. Le suivi (tracking) se fait en glissant latéralement la feuille de cellules solaires entre le réseau de lentilles tandis que le panneau reste fixé sur le toit. Une journée complète de suivi nécessite environ un centimètre de mouvement, ce qui est pratiquement imperceptible. « Notre objectif dans cette expérience était de démontrer la faisabilité technique d’un tel système », a précisé l’étudiant. « Nous avons mis au point un prototype avec une seule microcellule et une paire de lentilles qui a concentré la lumière du soleil plus de 600 fois. Nous l’avons installé à l’extérieur et nous l’avons fait suivre le soleil automatiquement pendant toute une journée ».

Les étudiants de l’Université de Penn State avaient besoin de connaître précisément combien de lumière directe et diffuse ils avaient obtenu au cours de l’essai. Ils ont testé leur système CPV pendant deux jours où le soleil était au rendez-vous, de l’aube au crépuscule, à côté d’un panneau solaire standard en silicium. Résultat : Leur système CPV a atteint 30% d’efficacité par rapport aux 17% de la cellule en silicium. Durant toute une journée, le dispositif CPV a produit 54% d’énergie de plus que celui en silicium et aurait même pu atteindre 73% si le chauffage de la microcellule avait été évité. Selon Chris Giebink, cette technologie CPV de suivi intégré serait parfaite pour des endroits recevant beaucoup de lumière solaire d’une manière directe, comme le sud-ouest des États-Unis ou de l’Australie. Les défis majeurs encore à relever sont multiples, comme la mise à l’échelle du système dans des zones plus vastes ou la preuve qu’il peut fonctionner d’une façon fiable sur le long terme. « Avec la bonne ingénierie nous étudions les variations d’efficacité afin de trouver les applications adéquates allant des installations en toiture aux véhicules électriques – car il est important de générer beaucoup d’énergie solaire dans une zone limitée » a conclu Chris Giebink. CRÉDIT IMAGE : GIEBINK LAB, PENN STATE