Record d’efficacité pour des panneaux solaires résidentiels

Les panneaux photovoltaïques d’Insolight, standardisés pour une production en série, peuvent se targuer d’un rendement record pour des systèmes destinés au grand public: 29 %. Basés sur de minuscules cellules à haut rendement vers lesquelles la lumière est focalisée par des lentilles, ces modules proposent une approche nouvelle dans le domaine de l’énergie solaire.

En apparence, peu de choses les distinguent des panneaux photovoltaïques classiques installés sur les toits. Même taille, même épaisseur, même système de montage. Les modules en préproduction de la start-up Insolight se targuent pourtant d’un rendement de 29%, soit près de deux fois plus que les systèmes actuellement sur le marché (17 à 19% )1. Testés récemment par un laboratoire indépendant, ils utilisent un système optique patenté qui concentre la lumière sur un panel de petites cellules photovoltaïques normalement destinées à l’espace.

Augmenter l’efficacité en tenant compte du coût

Depuis le début des années 2000, l’efficacité moyenne des panneaux solaires commerciaux n’a augmenté que de 3,5 % d’après plusieurs sources et tendent à atteindre un plafond. Devant ce constat, les cofondateurs de la start-up basée à l’EPFL Innovation Park ont choisi une approche radicalement nouvelle : utiliser des cellules solaires destinées aux satellites, ultra performantes mais très onéreuses. Afin d’exploiter ce potentiel sans faire exploser les coûts pour l’utilisateur, les trois cofondateurs, alumni de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, ont développé un verre protecteur où sont disposées des lentilles optiques qui concentrent plusieurs centaines de fois les rayons sur de très petites surfaces de cellules à haute performance. Celles-ci occupent ainsi moins de 0,5% de la superficie du panneau. Pour optimiser le système, une structure déplace le réseau de cellules horizontalement de quelques millimètres afin de suivre les rayons du soleil.

Les cellules à haut rendement n’occupant qu’une toute petite partie de la surface, le système peut même être assemblé comme une couche supplémentaire sur un panneau solaire standard afin de maximiser encore le rendement. « Cette approche hybride est particulièrement efficace dans des conditions nuageuses, où la concentration diminue, pour maintenir la production d’électricité lorsque la lumière est diffuse », souligne le CTO, Mathieu Ackermann.

Encastré dans un module très fin, ce dispositif a la même forme et la même apparence qu’un panneau standard et peut ainsi être monté de la même manière. Comme le souligne le CEO, Laurent Coulot, “pour le marché domestique, le vrai challenge n’est pas seulement d’augmenter le rendement mais de le faire d’une manière qui combine coût et efficacité, avec simplicité d’installation et durabilité”. Après avoir établi un premier record en laboratoire il y a deux ans (36%), le système désormais standardisé confirme sa performance avec un rendement de 29% validés par l’IES-UPM de l’Université de Madrid, alors que les panneaux actuellement sur le marché permettent une conversion de 17 à 19 %.

Les modules ont également été testés durant toute une année sur une installation pilote située sur les toits de l’EPFL. « Connectés aux réseau et monitorés en permanence, ils ont enduré sans problème des vagues de chaleur, des conditions hivernales, et des tempêtes », confirme en souriant le CTO.

Une réduction du coût de l’énergie jusqu’à 30%

Les panneaux de la start-up, promettent d’après les concepteurs, de meilleurs retours sur investissement que les modules photovoltaïques standards. “Notre technologie peut permettre de réduire les coûts de l’électricité jusqu’à 30% sur les toits des pays ensoleillés”, note le CEO. Le calcul, utilisé habituellement pour ce genre de comparaison, est basé notamment sur le prix des panneaux, leur durée de vie, leur rendement, le prix local de l’électricité, les conditions climatiques, les taux d’emprunt, ainsi que les éventuels coûts de maintenance et nettoyage 2. L’entreprise espère voir le premier produit Insolight sur le marché en 2022. Les trois cofondateurs, Laurent Coulot, Florian Gerlich et Mathieu Ackermann, qui se sont rencontrés durant leurs études à l’EPFL, discutent actuellement la vente de licences avec plusieurs fabricants de composants solaires. “La fabrication de ces panneaux implique quelques étapes supplémentaires d’assemblage, qui peuvent être ajoutées à la fin des lignes de production standard”, assure Laurent Coulot.

Auteur: Cécilia Carron

Références
1 Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, Photovoltaics report, February 2018

2 Notamment: Crystalline PV efficiency: highest laboratory cells vs. average commercial modules. Data: Christensen (1985); Maycock (1994, 2002); Grubb and Vigotti (1997); Menanteau (2000); Green et al. (2001).

IEA PV PS roadmap