Entre l’énergie photovoltaïque la plus simple, obtenue par irradiation sous le soleil d’un module tapissé de cellules élémentaires de silicium par exemple, et l’énergie solaire thermique obtenue par concentration des rayons lumineux sur un capteur thermique, un tube de quartz dans lequel circule un liquide caloporteur par exemple (LIRE), il existe des technologies hybrides qui consistent à focaliser des rayons lumineux sur une toute petite surface d’une cellule photovoltaïque: c’est l’énergie photovoltaïque par concentration. Cette technique repose sur l’existence de cellules solaires complexes à multiples jonctions, du type phosphure de gallium et d’indium, arséniure d’indium et de gallium, germanium par exemple, qui ont la propriété d’absorber pratiquement toutes les radiations du spectre solaire et de présenter un rendement de conversion photoélectrique de 41,1% pour les meilleures d’entre elles, comme celle de 5 mm2 de surface du Fraunhofer Institut Solare allemand (LIRE) qui vient de battre le record du monde.
Ces chiffres sont impressionnants et les laboratoires se battent sur des fractions de pourcent de rendement de conversion sur de petites surfaces de cellules. Mais la génération d’électricité nécessite une autre fonction: la concentration du rayonnement solaire qui à ce jour est d’environ 500. On va capter le rayonnement solaire sur 500 cm2 pour le focaliser sur une cellule multiples jonctions sophistiquée de 1 cm2 de surface. Cette nécessité impose donc au système de suivre le soleil en coordonnées polaires, ou plus exactement à corriger la rotation terrestre, tout au long de la journée pour que le rayonnement se focalise très exactement sur la cellule. Cette contrainte élimine tout de suite les systèmes fixes tels que les modules fixes installés sur les toits. Cette technologie ne va donc s’adresser qu’à de gros systèmes industriels de génération d’énergie.
La capture du rayonnement et sa focalisation va se faire avec des rendements médiocres par unité de surface de module et le rendement de conversion pratique par module va fortement décroître. L’allemand Concentrix Solar revendique un rendement de 27,2% alors que la californienne SolFocus revendique un rendement de 25%. Le premier utilise des lentilles de Fresnel (FIG du bas) pour focaliser les rayons, la deuxième utilise deux miroirs (FIG.) qui utilisent de façon incomplète toute la surface du module.
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Des rendements de conversion qui vont être 1,5 fois supérieurs à ceux d’une rustique solution au silicium polycristallin, à la technologie validée et aux coûts en forte décroissance en raison de la banalisation des sources de silicium de plus en plus chinoises et de la courbe d’expérience. Il n’est pas certain que cette technologie hybride par concentration trouve un jour un large créneau commercial d’application. On attend les solutions de Wakonda Technologies qui revendique, en développement, un procédé très automatisé par rouleau transfert de la partie cellule solaire. Il restera cependant la fonction concentration des rayons solaires à assurer.
VOIR une petite animation de Concentrix qui illustre ces propos.
Le 18 Janvier 2009.
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