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Raccordé au réseau : les systèmes à concentration


Sommaire :

Le système photovoltaïque à concentration se base sur l’utilisation de lentilles ou de miroirs paraboliques pour multiplier l’énergie incidente provenant du soleil sur un module photovoltaïque afin d’augmenter l’énergie produite par ce module. L’intérêt pour la concentration réside d’une part dans le coût du kilowatt heure (kWh) produit et d’autre part dans la compacité des installations.

Des miroirs ou lentilles sont utilisés afin de concentrer les rayons solaires sur une surface réduite. Le facteur de concentration est appelé « soleils » (ou « suns » en anglais), et indique de combien l’énergie incidente du soleil est multipliée :

  • la basse concentration : de 2 à 100 « soleils » ;
  • la moyenne concentration : de 100 à 300 « soleils » ;
  • la haute concentration : au delà de 300 « soleils ».

Miroirs, lentilles, cellules : que choisir ?

Le choix de matériel utilisé dans un système à concentration est le fruit d’une recherche d’équilibre financier et de technique fonctionnelle.

Si la lumière incidente est mal répartie sur une cellule photovoltaïque, créant des zones « chaudes » où la résistance interne augmente, on risque de voir la cellule fondre. Par conséquence, à mesure que le niveau de concentration est augmenté, l’attention doit être de plus en plus portée sur d’une part la stabilité et homogénéité de la lumière incidente sur la cellule, et d’autre part la qualité et homogénéité de la cellule.

SolFocus détail module CPV - JPEG - 53.6 ko
SolFocus détail module CPV
crédit photo : SolFocus

C’est pour cette raison que les systèmes à concentration sont posés sur des trackers, sauf parfois à de très bas niveaux de concentration.

L’énergie incidente qui n’est pas convertie en électricité par la cellule est dissipée en chaleur ; comme la performance des cellules à haute température varie en fonction des matériaux utilisés, les cellules choisies pour la haute concentration ne seront pas les mêmes que celles utilisées à basse concentration.

Si le choix du miroir ou de la lentille n’est pas déterminant sur le choix des cellules, le coût relativement faible des miroirs et lentilles tend à ce que l’on choisisse des cellules à haut rendement (chères mais très performantes) associées à des niveaux de concentration élevée, afin de produire un maximum d’électricité avec un minimum de cellules.

En pratique, ce sont couramment des cellules à triple jonction, avec des rendements au-dessus de 30%, autrefois utilisées pour des applications spatiales, qui sont utilisées en conjonction avec des systèmes haute concentration posés sur des trackers bi-axiaux.

Ces même contraintes conduisent à l’association de cellules silicium classiques / système basse concentration sans tracking. L’association est moins courante parmi les produits en développement mais des projets sont néanmoins en cours.

Etat du marché

Si aujourd’hui les systèmes à concentration sont encore peu déployés, c’est en partie dû à la complexité du choix système / composants. Miroir, lentille, cellule silicium, cellule Gallium Arsenide, niveau de concentration… les choix sont nombreux et l’optimisation, selon les entreprises, a pris des chemin différents. Depuis les années 1970 quand les premiers systèmes furent expérimentés grandeur-nature, jusqu’aux années 1990 quand la recherche et le développement des systèmes furent accélérés, différents organismes de recherche et entreprises ont travaillé sur des technologies qui sont aujourd’hui installées et commercialisées, pour l’instant en faible quantité.

Systèmes et produits à travers le monde

Des systèmes de 1MW ou plus sont installés depuis le milieu des années 2000 à travers le monde, notamment aux États Unis et en Espagne. Quelques exemples :

SolFocus
Le produit 1100S CPV de SolFocus utilise un système de double miroir qui concentre la lumière incidente à 650 soleils sur des cellules haute-efficacité (III-IV).

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SolFocus parc CPV
crédit photo : SolFocus



Amonix
Le produit MegaModule d’Amonix utilise des lentilles Fresnel et des cellules multi-jonction à haut rendement, rassemblées dans un "module" de 36 lentille/cellules pré-assemblées en usine.

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AMONIX parc CPV
crédit photo : AMONIX



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Module Concentrix CPV
crédit photo : Concentrix / Soitec




Soitec
Le produit Concentrix de Soitec utilise des lentilles Fresnel pour concentrer la lumière incidente à 500 soleils sur des cellules multi-jonction à haut rendement.








Liens utiles

Liens externes

  • CPV Consortium est un regroupement des industriels impliqués dans le photovoltaïque à concentration afin de soutenir la croissance et succès des technologies à concentration.

Dernière mise à jour : 26 juin 2012
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