Tout sur les panneaux photovoltaïques à concentration élevée
Après avoir capté les photons de la lumière du soleil, les panneaux photovoltaïques génèrent de l’électricité par l’intermédiaire de leurs cellules. Dans la plupart des cas, les modules photovoltaïques sont fabriqués à partir du silicium. Dans d’autres, ils sont composés de couches minces. Il existe toutefois une autre technique pour capter l’énergie solaire : les concentrateurs. En quoi ces modules photovoltaïques sont-ils différents des deux autres ? Ont-ils un bon rendement ?
Panneaux photovoltaïques à concentration élevée
Plus de 80% des panneaux solaires photovoltaïques utilisés dans le monde sont à insolation directe. Couvertes de silicium, leurs cellules ont le défaut d’avoir un spectre d’absorption de photons qui ne n’absorbe que partiellement le spectre du rayonnement solaire. Résultat : à cause de la résistance interne qui s’amplifie suite à une mauvaise répartition de la lumière incidente et à l’apparition de zones chaudes, le risque de voire fondre la cellule augmente. Les systèmes à concentration permettent, quant à eux, d’évacuer sous forme de chaleur l’énergie qui n’a pas été transformée en électricité. Pour augmenter la concentration des rayons solaires sur une surface beaucoup plus réduite (1/1000ᵉ) et donc améliorer la production d’électricité, les modules photovoltaïques sont équipés d’un système de lentilles de Fresnel ou de miroirs paraboliques. À l’aide de ce système de réflexion de la lumière, le spectre solaire est bien plus couvert qu’avec un module utilisant du silicium.
Les types de concentrateurs solaires
Le coût de fabrication des miroirs et lentilles de ces panneaux solaires à concentration est relativement faible par rapport à celui des cellules photovoltaïques à triple jonction qui restent chères.
Les lentilles de Fresnel : grâce à ce type de lentilles, la lumière provenant du soleil est concentrée en un faisceau. Selon les entreprises et les pays, différentes techniques sont utilisées pour augmenter la concentration solaire des panneaux. Par exemple, aux États-Unis, un concentrateur de forme conique est placé après la lentille de Fresnel pour diminuer les variations de captation de la lumière. Pour réduire les coûts de production de ces systèmes, certaines entreprises remplacent les lentilles par une plaque acrylique qui va orienter le faisceau lumineux vers un verre au fort pouvoir concentrateur (1000).
Les miroirs : il existe plusieurs types de miroirs qui équipent les panneaux solaires photovoltaïques. Le miroir Cassegrain, généralement composé de verre et d’aluminium, est un système composé d’un miroir concave pour réfléchir la lumière sur un miroir secondaire convexe. À son tour, ce dernier va alors réfléchir la lumière reçue sur la cellule photovoltaïque.
Le miroir parabolique, quant à lui, réfléchit directement la lumière solaire sur la cellule. Ce type de miroirs est souvent monté sur des traceurs solaires pour suivre la trajectoire du soleil.
Plus accessible et moins chère, la technologie du miroir de Fresnel a une forme de parabole aplatie divisée en plusieurs parties motorisées pré-orientées.
Avantages des panneaux solaires photovoltaïques à concentration élevée
L’un des avantages de ces panneaux photovoltaïques à concentration élevée est sans aucune doute leur rendement. Certaines entreprises arrivent ainsi à orienter une lumière amplifiée environ 385 fois sur de toutes petites cellules photovoltaïques. Dans ce cas, le rendement est alors supérieur à 37%, ce qui fait des panneaux photovoltaïques à concentration élevée des systèmes deux fois plus performants que les autres types de panneaux. Toutefois, si le système de lentilles est combiné avec des cellules photovoltaïques en silicium, le rendement peut retomber à 16%.