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Le photovoltaïque à concentration récompensé en Allemagne

Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer ISE et de Soitec Solar se voient décerner le Prix Allemand de l’Environnement pour leurs travaux sur la technologie photovoltaïque à concentration.

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Le photovoltaïque à concentration récompensé en Allemagne
Andreas Bett, Fraunhofer ISE, et Hansjörg Lerchenmüller, Soitec Solar, reçoivent le Prix de l'Environnement Allemand 2012.

Le Prix allemand de l’environnement 2012 a été remis au Dr. Andreas Bett, de l’Institut Fraunhofer des Systèmes Energétiques Solaires (ISE), et à Hansjörg Lerchenmüller, Directeur général de Soitec Solar GmbH, pour leurs travaux en matière de recherche et de développement industriel autour de la technologie photovoltaïque à concentration(CPV). Dans chaque module, des lentilles concentrent 500 fois la lumière du soleil sur de petites cellules solaires à multi-jonctions, d’un diamètre de 3 mm, qui la convertissent avec des rendements élevés en énergie électrique. Initialement développée par l’Institut Fraunhofer ISE, cette technologie a été reprise et mise en œuvre par Soitec Solar.

Günther Cramer, co-fondateur et président du conseil d’administration de SMA Solar Technology AG, est le troisième lauréat de l’édition 2012 du Prix allemand de l’environnement.

La technologie photovoltaïque à concentration a été spécifiquement développée pour être utilisée par de grandes centrales, capables de générer de quelques mégawatts à plusieurs centaines de mégawatts d’électricité, sur des sites bénéficiant d’un fort ensoleillement direct. Cette technologie, qui allie une cellule de conception spéciale à une lentille et un système de tracking bi-axial, offre une capacité de conversion deux fois supérieure à celle des technologies photovoltaïques traditionnelles à base de silicium.

La bonne alliance des matériaux

Contrairement aux cellules solaires à base de silicium, dotées d’un seul type de semi-conducteur, les cellules solaires à multi-jonctions sont constituées d’un empilement de divers semi-conducteurs des colonnes III-V du tableau périodique, en l’occurrence le phosphure de gallium-indium, l’arséniure de gallium-indium et le germanium. Chacun de ces semi-conducteurs convertit différentes plages de longueur d’onde de lumière en électricité.

Grâce aux lentilles de Fresnel, la lumière du soleil est concentrée 500 fois avant d’atteindre les cellules solaires à multi-jonctions. « Une lentille optique peu onéreuse concentre les rayons du soleil et permet une utilisation économique des semi-conducteurs, au coût comparativement élevé, dont est doté le système. Selon le facteur de concentration, seul 1/500e à 1/1 000e du matériau semi-conducteur est requis, tout en continuant à améliorer les rendements des cellules solaires », explique Andreas Bett, Directeur de la division ‘‘Matériaux – Cellules solaires et Technologies’’ et Directeur adjoint du Fraunhofer ISE.

Vers un rendement supérieur à 50 %

Les deux lauréats soulignent que le plus important pour une exploitation rentable et économique des grandes centrales CPV est l’interaction entre les divers composants. Cette interaction joue un rôle déterminant dans la construction des modules, leur connexion, ainsi que pour l’ensemble des technologies du système et des contrôles de processus. « Outre le rendement énergétique des modules photovoltaïques à concentration, fabriqués par Soitec Solar, qui est actuellement de l’ordre de 30 %, nous utilisons des matériaux d’un bon rapport qualité-prix. Ces deux facteurs conjugués, matériaux à faibles coûts et rendements élevés, sont la condition sine qua non d’une production d’électricité optimisée » explique Hansjörg Lerchenmüller.

En 2009, Andreas Bett et son équipe ont obtenu, en conditions de laboratoire, un rendement de 41,1 %, un record mondial, avec une cellule photovoltaïque à multi-jonctions constituée de semi-conducteurs III-V. Pour Andreas Bett et Hansjörg Lerchenmüller, des rendements supérieurs sont envisageables dans les années à venir pour les cellules solaires comme pour les modules.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.ise.fraunhofer.de & http://www.soitec.com

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