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Une idée lumineuse pour concentrer l’énergie solaire et améliorer les technologies photovoltaïques

Les systèmes hybrides photovoltaïques/thermiques à haute concentration (HCPVT) font partie des dispositifs les plus prometteurs dans le domaine des énergies renouvelables. Cette technologie bénéficie d’un regain d’énergie grâce à un système optique breveté susceptible de fournir chaleur et électricité de manière plus efficace et à moindre coût.

Technologies industrielles
Énergie

Environ 50 % de l’énergie consommée dans l’UE est utilisée pour le chauffage et la climatisation des bâtiments et des industries, et, en 2018, elle provenait encore en grande partie des combustibles fossiles, et ce malgré l’intérêt croissant pour les sources d’énergie renouvelables. Les technologies cherchant à exploiter les ressources énergétiques quasiment illimitées du Soleil sont appelées à jouer un rôle crucial pour réduire notre dépendance à l’égard des combustibles fossiles et ainsi atténuer l’impact des activités humaines sur le changement climatique mondial. Le projet FOCALSTREAM, financé par l’UE, a concentré son énergie sur l’optimisation d’une configuration déjà parmi les meilleures, brevetant la technologie dans la foulée, et suscitant l’intérêt des acteurs internationaux.

Faire monter la température

Les panneaux photovoltaïques (PV) classiques ont un rendement relativement faible et gaspillent une grande quantité d’énergie thermique. Les systèmes hybrides photovoltaïques/thermiques à haute concentration (HCPVT) améliorent les systèmes PV de deux manières. Premièrement, les capteurs solaires concentrent la lumière sur les cellules PV en utilisant des dispositifs optiques, à la manière d’un enfant qui se sert d’un miroir pour faire brûler un morceau de papier avec la lumière du soleil. Par conséquent, les systèmes PV à concentration requièrent moins de matériaux et d’espace et remplacent les matériaux PV onéreux par des miroirs peu coûteux. Deuxièmement, les cellules PV multijonction à haute efficacité ont besoin d’être refroidies de manière active pour éviter qu’elles soient endommagées. La chaleur recueillie au cours de ce processus peut être utilisée pour chauffer l’eau sanitaire ou pour la climatisation.

Transformer les défis en opportunités

En développant ses systèmes HCPVT, FOCALSTREAM s’est trouvée confrontée à un certain nombre d’obstacles. Des problèmes liés à la disponibilité des cellules multifonction et des modules de puissance utilisant du cuivre à liaison directe (DBC) ont provoqué des retards. Les chercheurs se sont ensuite rendus compte que la fin de la production de cellules assemblées en réseaux denses avec des connexions soudées était imminente et qu’il faudrait avoir recours à une conception entièrement nouvelle. Ugo Manfredi, coordinateur du projet, explique: «Au cours du projet, nous avons conçu un système FOCALSTREAM différent, qui utilise des cellules multijonction standard plutôt que leurs homologues assemblées en réseaux denses. En outre, nous avons inventé et breveté le “parabolic cline collector”, qui permet d’obtenir un facteur de concentration de la lumière supérieur à 500 avec un flux uniforme. Avec des miroirs plus petits et une distance focale courte, nous allons améliorer les performances avec des systèmes qui seront également plus simples et moins coûteux à produire.» Selon M. Manfredi, «en termes de rendement de module électrique, les meilleurs panneaux PV au silicium actuellement disponibles sur le marché atteignent les 22 %. Le rendement électrique du système prototype FOCALSTREAM, équipé de miroirs à longue distance focale fabriqués manuellement, a réussi à dépasser les 25 %. Le système commercial FOCALSTREAM, équipé de miroirs à distance focale courte dotés d’une meilleure précision, atteindra un rendement de module de 40 % et un rendement système de 33 %, avec 82 % de l’énergie du rayonnement solaire incident exploitée.»

Un brevet international pour répondre à un intérêt tout aussi international

Le système breveté HCPVT à distance focale courte, à la fois léger et puissant, constituera une option de choix pour les applications installées sur les toits ou en milieu urbain. FOCALSTREAM est à la recherche d’opportunités avec des sociétés de services énergétiques (ESCO) ainsi que des organismes en charge des services publics, et le brevet PCT (Traité de coopération en matière de brevets) a été étendu à la Chine, à l’UE, à l’Inde, aux États-Unis et à l’Italie. La technologie HCPVT de FOCALSTREAM, financée par l’UE, est sur le point d’apporter une contribution d’envergure mondiale aux efforts visant à relever l’un des plus grands défis de notre époque. Comme le résume M. Manfredi: «Nous sommes fiers de notre ténacité et de notre capacité à mettre en œuvre des changements radicaux pour surmonter les difficultés et nous adapter aux demandes du marché. La version “focale courte” de FOCALSTREAM a joué un rôle essentiel pour attirer l’attention des services publics et des investisseurs. Nous lançons une collecte de fonds de démarrage afin d’obtenir les ressources financières nécessaires pour mettre au point une version améliorée de ce système FOCALSTREAM à focale courte. Un acteur paneuropéen du secteur de l’électricité et des fournisseurs de services publics sont également intéressés, de même que plusieurs organisations universitaires et instituts de recherche.»

Mots‑clés

FOCALSTREAM, photovoltaïque (PV), énergie, brevet, photovoltaïque/thermique à haute concentration (HCPVT), chaleur, lumière, climatisation, solaire, services d’utilité publique, thermique, panneau PV, cellule PV, cellule multijonction, hybride

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