Une start-up solaire concentrée établit un nouveau record d'efficacité

Semprius, une startup qui fabrique de minuscules cellules solaires capables de capturer la lumière solaire concentrée sans systèmes de refroidissement coûteux, a annoncé cette semaine qu'elle avait fabriqué le panneau solaire le plus efficace au monde.

Traqueur solaire : Ce réseau de modules solaires a été construit par Semprius pour des tests. Les modules sont montés sur un tracker à deux axes qui les maintient orientés vers le soleil.

Les panneaux solaires de l'entreprise utilisent de minuscules cellules solaires en arséniure de gallium. Le module solaire record contient des centaines de ces cellules, chacune de la largeur d'une ligne tracée par un stylo à bille, disposées sous des lentilles qui concentrent la lumière du soleil 1 100 fois.

L'arséniure de gallium absorbe bien mieux la lumière du soleil que le silicium, le matériau utilisé dans la plupart des cellules solaires, mais il est aussi plus cher. De plus, bien que les modules solaires concentrés utilisent moins de matériaux semi-conducteurs, ils nécessitent généralement des optiques, des systèmes de refroidissement et des systèmes de suivi coûteux pour les maintenir orientés vers le soleil. Les cellules solaires à micro-échelle de Semprius sont intrinsèquement bien meilleures pour dissiper la chaleur, ce qui les rend moins chères.

Les modules de Semprius présentent un autre avantage : alors qu'une cellule solaire au silicium n'absorbe efficacement qu'une bande étroite de lumière solaire, les cellules solaires de ce module sont constituées de trois couches d'arséniure de gallium, chacune modifiée pour convertir une partie différente du spectre solaire en électricité.

Des tests effectués par un tiers ont certifié l'efficacité du panneau solaire de Semprius à 33,9%, marquant la première fois qu'un module solaire est capable de convertir plus d'un tiers de la lumière du soleil qui tombe dessus en électricité. Les panneaux solaires au silicium conventionnels convertissent généralement moins de 15 % de la lumière en électricité, et le record pour un panneau solaire au silicium est de 22,9 %. Le record précédent pour n'importe quel panneau solaire était de 32%, dit Semprius.

Des modules expérimentaux uniques ont atteint des rendements plus élevés, mais le module record de Semprius est conçu pour un usage commercial. Il a été fabriqué avec le même type d'équipement que l'entreprise est en train d'installer dans une petite usine à Henderson, en Caroline du Nord, qui devrait ouvrir ses portes cet été. C'est une bonne indication de l'efficacité à laquelle nos clients peuvent s'attendre, déclare Joe Carr, PDG de Semprius.

Le processus de Semprius forme des dizaines de milliers de minuscules cellules solaires sur une seule plaquette d'arséniure de gallium et utilise une gravure chimique et un système robotique pour transférer chaque couche sur un substrat peu coûteux. La même plaquette d'arséniure de gallium peut être réutilisée plusieurs fois, ce qui réduit les coûts. L'approche est basée sur une méthode de transfert de petits composants électroniques d'une plaquette vers d'autres substrats qui a été développée par John Rogers, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.

Bloc d'alimentation: Chaque panneau solaire Semprius est composé d'un ensemble de 660 lentilles qui focalisent la lumière sur 660 minuscules cellules solaires.

Les panneaux solaires concentrés utilisent des systèmes de suivi pour suivre le soleil. Ceux-ci sont coûteux et peuvent être peu fiables, et ils ne peuvent pas être montés sur la plupart des toits, ce qui limite leur application. Ils ne fonctionnent également que dans des zones très ensoleillées, car un ciel couvert peut faire baisser leur puissance de sortie beaucoup plus qu'avec une cellule solaire conventionnelle.

Mais à mesure que le coût des systèmes de suivi diminue et que l'efficacité des cellules solaires multicouches augmente, le photovoltaïque concentré commence à devenir plus attrayant. Les grandes installations de ce type de module solaire se sont multipliées ces derniers mois.

Semprius construit son usine à un moment particulièrement difficile pour l'industrie solaire. Une offre excédentaire et une réduction des coûts de fabrication ont entraîné une baisse rapide des prix des panneaux solaires, rendant difficile l'entrée de nouvelles entreprises sur le marché et forçant certains fabricants existants à fermer leurs portes.

En réponse à la baisse des prix, de nombreuses entreprises solaires, dont Semprius, se concentrent sur l'amélioration de l'efficacité. Tant que la fabrication peut réduire les coûts, une efficacité accrue réduit le coût par watt des panneaux solaires. Plus important encore, il réduit également le coût d'installation et d'équipement connexe, qui peut représenter plus de la moitié du coût de l'énergie solaire. Semprius s'appuie également autant que possible sur une technologie de fabrication éprouvée, ce qui pourrait faciliter l'augmentation de la production et réduire les coûts de développement.

Semprius a un autre atout : un partenariat avec Siemens. En plus de fournir un financement direct (Siemens détient une participation de 16 pour cent dans la société), Siemens fournit une expérience dans la fabrication et la construction de fermes solaires complètes, et le partenariat facilite l'obtention de financements auprès des banques.

La petite usine que Semprius prévoit d'ouvrir cet été aura la capacité de produire 30 mégawatts de panneaux solaires par an. Semprius s'attend à ce que les panneaux produits là-bas soient compétitifs pour certaines applications, dit Carr. Augmenter la production à 100 mégawatts réduirait suffisamment les coûts pour que la technologie puisse concurrencer les panneaux solaires bon marché fabriqués en Chine.

En fin de compte, le coût par kilowattheure de l'énergie solaire dépend d'un certain nombre de facteurs, tels que les coûts de financement, le coût du terrain, les taux de main-d'œuvre locaux, la proximité des lignes de transmission, etc. Mais Carr pense que Semprius peut produire de l'énergie solaire pour moins de 10 cents le kilowattheure, suffisamment bas pour obtenir une part du marché des services publics dans de nombreux domaines. De plus, il dit qu'il peut le faire sans l'aide de subventions gouvernementales.

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