Les rayons solaires focalisés sur des cellules photovoltaïques à concentrateur utilisant des miroirs paraboliques fournissent non seulement de l’électricité, mais aussi de l’énergie thermique pour les processus industriels, le chauffage ou le refroidissement. Trois innovations technologiques permettent de réduire considérablement les coûts.
L’équipe internationale dirigée par Armin Buchroithner de l’Institut de mesure électrique et des systèmes de capteurs de l’Université de Technologie de Graz (TU Graz) a mis au point un collecteur cylindro-parabolique intégrant des cellules photovoltaïques économiques. Cette innovation permet de produire simultanément de l’énergie solaire et thermique.
Un module solaire à double fonction
Le module solaire conçu se compose d’un miroir concave en forme de gouttière qui concentre les rayons du soleil sur les cellules photovoltaïques disposées dans la ligne focale. La chaleur résiduelle des cellules solaires est transférée à un fluide caloporteur qui circule à l’arrière des cellules dans un réseau de tuyauterie.
L’énergie thermique et électrique ainsi générée peut être utilisée, par exemple, pour le chauffage et le refroidissement climatiquement neutres de bâtiments ou à diverses fins industrielles, telles que dans l’industrie alimentaire ou textile.
Amplification de la radiation solaire
Le concept de production simultanée d’électricité et de chaleur à partir du rayonnement solaire existe depuis les années 1970, mais n’a pas connu de succès en raison de coûts élevés et de problèmes technologiques. L’équipe de Buchroithner a réussi toutefois à développer plusieurs innovations technologiques dans le cadre du projet de recherche ECOSun – Economic COgeneration by Efficiently COncentrated SUNlight.
En collaboration avec le partenaire IMK Solarmirrotec, les collecteurs cylindro-paraboliques ont été fabriqués de manière beaucoup plus efficace grâce à des méthodes de production industrielle telles que la technologie de moulage par injection. Les cellules solaires en silicium développées avec le centre de recherche turc GÜNAM sont économiques et robustes, capables de résister aux hautes températures du soleil concentré. C’est un facteur important, car les miroirs cylindro-paraboliques amplifient le rayonnement solaire d’un facteur 60 à 120. Les chercheurs ont également pu optimiser le refroidissement des cellules solaires, rendant la chaleur résiduelle plus utilisable pour d’autres applications.
Impact potentiel sur la transition énergétique
« Cette approche a le potentiel de contribuer de manière significative à la transition énergétique », précise Armin Buchroithner. Jusqu’à présent, les centrales solaires à collecteurs cylindro-paraboliques ont été situées presque exclusivement dans des régions particulièrement ensoleillées comme l’Espagne ou le golfe Persique.
« Cependant, nos tests ont montré qu’elle peut également être utile ici en Autriche ou dans d’autres régions pour remplacer les combustibles fossiles dans les processus industriels », ajoute le chercheur. « Compte tenu de la hausse des prix de l’énergie et du désir d’indépendance énergétique, l’importance de solutions indépendantes, efficaces et économiques pour l’approvisionnement en électricité et en chaleur est en augmentation. »
Outre la TU Graz, le consortium de recherche ECOSun comprend le Centre de recherche et d’application de l’énergie solaire d’Ankara, le Centre technologique de transfert de chaleur et de masse de l’Universitat Politècnica de Catalunya à Barcelone et les partenaires industriels IMK GmbH Solarmirrortec de Seitenstetten et iTech Solar d’Ankara. Le projet de recherche a été financé à parts égales par l’Agence autrichienne de promotion de la recherche et l’Union européenne dans le cadre du programme SOLAR-ERA.NET Cofund.
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En synthèse
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un collecteur cylindro-parabolique?
Un collecteur cylindro-parabolique est un type de capteur solaire qui utilise un miroir concave pour concentrer la lumière du soleil sur une ligne focale où se trouvent des cellules photovoltaïques ou des tubes absorbant la chaleur.
Comment la chaleur résiduelle est-elle utilisée dans ce système?
La chaleur résiduelle générée par les cellules photovoltaïques est transférée à un fluide caloporteur qui peut ensuite être utilisé pour le chauffage ou le refroidissement ou dans des processus industriels.
Quelles sont les innovations clés de ce projet?
Les innovations incluent la production efficace de collecteurs cylindro-paraboliques par moulage par injection, le développement de cellules solaires en silicium économiques et robustes, et l’optimisation du refroidissement des cellules solaires.
Quel est le potentiel de cette technologie pour la transition énergétique?
Cette technologie a le potentiel de contribuer significativement à la transition énergétique en fournissant une source d’énergie renouvelable plus efficace et économique pour la production d’électricité et de chaleur.
Qui sont les partenaires impliqués dans le projet ECOSun?
Le consortium de recherche ECOSun comprend des institutions académiques et des partenaires industriels tels que TU Graz, le Centre de recherche et d’application de l’énergie solaire d’Ankara, l’Universitat Politècnica de Catalunya, IMK GmbH Solarmirrortec et iTech Solar.
Références
Cette recherche est ancrée dans le domaine d’expertise « Systèmes durables », l’un des cinq axes stratégiques de l’Université technique de Graz.
Légende illustration : Le collecteur cylindro-parabolique est fabriqué à l’aide de méthodes de production industrielles telles que le moulage par injection. EMS – TU Graz
