Concentrer par 2.000 la puissance solaire
Des scientifiques ont annoncé lundi un projet collaboratif qui vise à développer un système photovoltaïque rentable capable de concentrer 2000 fois le rayonnement solaire avant de le convertir en énergie utile (électrique et thermique), avec une très forte efficacité.
IBM Research, l’Université des Sciences Appliquées de Buchs, le fournisseur de la technologie Airlight Energy, ainsi que des scientifiques de l’ETH Zurich sont en train de mettre au point ce nouveau système photovoltaïque.
Le système nommé”photovoltaïque à haute concentration thermique” (HCPVT) sera en mesure de fournir de l’électricité, de l’eau potable et de l’air climatisé dans des endroits isolés. Il sera surtout capable de concentrer, en moyenne, l’équivalent de 2.000 soleils, avec une efficacité pouvant recueillir 80% du rayonnement incident.
Remplacer les matériaux coûteux
Les scientifiques prévoient d’utiliser une grande antenne parabolique, composée d’une multitude de mirroirs, dans le but de concentrer les rayons du soleil sur des cellules photovoltaïques à triple jonction montées sur des modules refroidis par des microcanaux. Le système devrait être en mesure de convertir directement plus de 30% du rayonnement solaire en électricité et de récupérer efficacement – à plus de 50% – la chaleur résiduelle.
“Atteindre un rendement de conversion élevé avec un système à faible coût est le principal défi de ce projet“, a expliqué Aldo Steinfeld, professeur et directeur du Laboratoire de la technologie solaire au PSI. Son équipe basée à l’Institut technologique de l’énergie de l’ETH développera la conception optique du sous-système du concentrateur solaire. Cela comprend le système de suivi (tracker) du concentrateur parabolique et le réflecteur secondaire. “Des techniques numériques avancées seront appliquées afin d’optimiser la configuration optique et obtenir un flux solaire uniforme supérieur à 2.000 soleils focalisé sur la cellule photovoltaïque“, a expliqué Aldo Steinfeld.
La technologie Aquasar
Une fois alignés, les rayons du soleil sont réfléchis sur un miroir comprenant plusieurs puces photovoltaïques à triple jonction, refroidies par un liquide. Chaque puce d’un centimètre carré (1×1) peut ainsi convertir la chaleur en électricité (200-250 watts), au cours d’une journée typique de huit heures dans une région ensoleillée. Le récepteur intègre plus d’une centaine de puces et délivre 25 kW de puissance électrique. Les puces photovoltaïques sont montés sur des substrats micro-structurés où circule un liquide réfrigéré sur quelques dizaines de micromètres soit assez pour absorber la chaleur. La technologie ‘Aquasar’ de refroidissement liquide est déjà mise en œuvre dans les Datacenters.
Le coût d’une installation complète atteindrait les 250 dollars par m2, soit trois fois moins qu’un système équivalent. Le coût moyen actualisé de l’énergie atteindrait moins de 10 cents par kilowatt-heure (kWh).
Le prototype
Avec une approche intégrée du HCPVT, les scientifiques tentent à la fois d’éliminer les problèmes de surchauffe des puces solaires en réacheminant l’énergie pour pouvoir déssaler de l’eau et refroidir l’air. L’eau à 90°C passe à travers une membrane filtrante, où elle sera vaporisée et dessalée. Un tel système pourrait fournir entre 30 et 40 litres d’eau potable par jour et par mètre carré, de quoi alimenter une petite ville en eau courante en plus de l’électricité.
Un prototype HCPVT est actuellement testé au laboratoire de recherche d’IBM à Zurich. Le projet est financéà hauteur de 2,25 millions francs suisses par la Commission suisse pour la technologie et l’innovation (CTI).
** HCPVT : High Concentration Photovoltaic Thermal
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