Un focus plus précis sur le photovoltaïque

Concentrez suffisamment de soleil sur une feuille de papier et vous pourrez allumer un feu. Concentrez la même lumière du soleil sur une cellule solaire et vous pouvez générer beaucoup d'électricité. Cette stratégie pour augmenter l'efficacité de l'énergie solaire est, comme Palo Alto, une startup basée en Californie SolFocus démontré la semaine dernière, l'une des tendances les plus chaudes en matière d'énergie alternative. SolFocus, qui a obtenu un financement de 25 millions de dollars en capital-risque pour accélérer le développement de son concentrateur photovoltaïque, utilise des miroirs pour focaliser la lumière du soleil 500 fois sur des cellules solaires à haut rendement.

Les panneaux solaires de deuxième génération de SolFocus réduisent les coûts en réduisant la quantité de matériel photovoltaïque nécessaire. Ils utilisent des miroirs de la taille d'un quart qui concentrent la lumière du soleil sur des points photovoltaïques d'un millimètre carré seulement. (Source : SolFocus)

La technologie des concentrateurs pour augmenter la production d'énergie solaire n'est pas nouvelle. Mais grâce au photovoltaïque à haut rendement et aux nouvelles techniques de fabrication qui créent de meilleures cellules solaires, lentilles et miroirs, les systèmes photovoltaïques à concentrateur fournissent plus de puissance à moindre coût.

Dans le même temps, la croissance à deux chiffres de la demande de systèmes d'énergie solaire dépasse la capacité des fabricants à suivre le rythme, étant donné l'approvisionnement limité en silicium pour les cellules solaires conventionnelles et le coût élevé des équipements nécessaires à leur production (voir Large- Échelle, électricité solaire bon marché).

La technologie a le potentiel de réduire les coûts car elle utilise une fraction des matériaux semi-conducteurs qui convertissent la lumière en énergie dans le photovoltaïque. La majeure partie du coût concerne les lentilles ou les miroirs pour focaliser la lumière et l'équipement de suivi pour maintenir l'appareil pointé vers le soleil - des éléments qui sont plus sensibles aux économies d'échelle que la production de silicium. Venant de l'industrie des semi-conducteurs, je savais que nous ne pourrions jamais augmenter la quantité de silicium dont nous aurions besoin pour réduire la demande mondiale d'énergie, déclare le cofondateur et PDG Gary Conley.

La conception de SolFocus, par exemple, utilise un millième de matériau semi-conducteur par watt produit qu'une cellule photovoltaïque au silicium conventionnelle. La technologie utilise des composants photovoltaïques tels que le germanium et l'arséniure de gallium, conçus à l'origine pour une utilisation dans les satellites, qui peuvent capturer jusqu'à 40 % de l'énergie solaire qui les frappe, soit plus du double de l'efficacité des cellules au silicium haut de gamme.

Mais l'essentiel de la réduction des matériaux provient du concentrateur, qui, selon Conley, ressemble au phare de la plupart des voitures modernes. Mettez la cellule là où se trouve l'ampoule et vous avez notre conception, dit Conley. Les miroirs sont la clé : un miroir primaire qui concentre la lumière du soleil sur un miroir plus petit perché au-dessus, qui, à son tour, concentre la lumière sur la cellule solaire.

La conception actuelle de première génération de SolFocus moule un ensemble de miroirs de 635 centimètres carrés dans une plaque de verre. Des miroirs secondaires fixés au-dessus d'eux réfléchissent la lumière à travers les trous de la plaque sur des cellules à haut rendement d'un centimètre carré situées en dessous.

Une conception de deuxième génération comprime le processus dans un seul bloc de verre : la lumière rayonnant à travers le haut du bloc se reflète sur les miroirs primaires façonnés dans la face inférieure, jusqu'aux miroirs secondaires façonnés dans la face supérieure, et retour à un millimètre carré des cellules photovoltaïques sont apparues au centre des miroirs primaires.

Alors que les panneaux solaires en silicium coûtent aujourd'hui près de 3 $ par watt à produire, Conley dit que SolFocus fabriquera des systèmes solaires à 2 $ par watt lorsqu'il ouvrira sa première usine de concentration l'année prochaine ; et il dit que la production à l'échelle du gigawatt réduira le coût par watt à seulement 50 cents. La deuxième génération devrait encore réduire les coûts, dit Conley, jusqu'à 32 cents le watt.

Malgré ces affirmations optimistes, SolFocus aura cependant beaucoup de concurrence. Robert McConnell du département américain de l'Énergie et expert en photovoltaïque à concentration, affirme que SolFocus doit non seulement prouver sa technologie, mais aussi surpasser un nombre croissant de concurrents. Ils ont au moins trois douzaines de concurrents, y compris des entreprises qui ont de nombreuses années de développement, dit McConnell.

En effet, la concurrence la plus rude de SolFocus pourrait venir du plus grand fabricant de panneaux photovoltaïques au monde, Sharp, basé au Japon, qui a développé un concentrateur utilisant des lentilles de Fresnel – la même technologie de base utilisée pour amplifier le faisceau de signal dans les phares. Le système de Sharp utilise une gamme de telles lentilles dans un seul bloc de plastique moulé par injection relativement bon marché.

McConnell du DOE affirme que le test le plus critique pour les concentrateurs sera la durabilité. Au cours de la première période de développement du photovoltaïque à concentrateur dans les années 1970 et 1980, la technologie a souffert d'une série de catastrophes, semblables aux pales volantes et aux boîtes de vitesses cassées qui ont tourmenté les pionniers de l'énergie éolienne. Le soufre dans l'air a érodé les miroirs. La grêle et le vent ont brisé les lentilles délicates. La poussière a bloqué les dispositifs de suivi nécessaires pour maintenir les systèmes ciblés sur le soleil. Et dans le pire des cas, les systèmes endommagés présentaient de graves risques d'incendie.

Les appareils autonomes de SolFocus devraient être moins susceptibles aux dommages et plus sûrs que leurs prédécesseurs, affirme Conley. Néanmoins, ils ciblent les grandes centrales solaires sur le terrain pour leurs premiers déploiements et laissent le marché commercial des toits plus lucratif pour plus tard.

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