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Solaire photovoltaïque à concentration


Cette technologie solaire repose l’utilisation de dispositifs optiques (lentilles de Fresnel, optiques de Cassegrain) pour concentrer la lumière du soleil sur de minuscules cellules photovoltaïques multicouches à très haut rendement. Les rendements des cellules sont supérieurs à ceux des autres filières (le record est détenu par l’entreprise américaine Solar Junction avec 43,5 %). Dans les cellules à concentration, les cellules multi-jonctions couvrent une faible part de la surface, le reste étant constitué par les dispositifs optiques de concentration qui peuvent être en plastique : le faible coût de ces dispositifs permet alors de compenser le coût élevé de la cellule au cm².

Les modules sont majoritairement de grande taille et posés obligatoirement sur suiveurs solaires (trackers). Les centrales ont vocation à être déployées dans les pays de la ceinture solaire de la planète (ou sunbelt) - régions au ciel limpide de latitude inférieure à 35-40 dans les deux hémisphères Nord et Sud à l’exemple du pourtour méditerranéen - sous forme de dizaines, voire de centaines de mégawatts. En effet, cette technologie ne valorise que l’ensoleillement direct et par conséquent, ne trouve sa légitimité que dans des zones très ensoleillées (soumises à une radiation directe supérieure à 1 800 kWh/m²/an).



Marché et filières industrielles du CPV


L’année 2011 a marqué le décollage du marché photovoltaïque à concentration (CPV). Il y a encore peu de temps, la puissance cumulée des centrales CPV en développement ou en service dans le monde était anecdotique : seulement quelques dizaines de MW cumulés, principalement en Espagne, aux États-Unis ou encore en Australie (concurrence technologique du solaire photovoltaïque classique et du solaire thermique à concentration). Mais les choses sont en train de changer avec l’annonce ces derniers mois de projets de fermes géantes. Le cabinet américain GTM Research prévoit ainsi le passage d’un marché CPV installé de 5 MW en 2010 à 1 GW en 2015. Les plus gros projets connus à ce jour atteignent 150 MW de puissance.

Une poignée d’acteurs domine ce marché dont le français Soitec (avec le rachat de l’Allemand Concentrix). De même, seuls quelques pays sont pour l’instant concernés par le solaire CPV, mais plusieurs indices laissent présager que le marché va s’ouvrir à d’autres territoires.

Soitec a récemment mis en exploitation un site de démonstration de 500 kW à Rians (Var) et est engagé dans plusieurs projets de plusieurs centaines de MW. De son côté, la start-up Heliotrop a raccordé au réseau un module HCPV (High CPV) sur le site du CEA à Cadarache (Alpes-de-Haute-Provence) ; à noter aussi le développement d’Exosun, fabricant de trackers, et des fabricants d’optiques.

Filières, verrous et perspectives


Comme pour les autres technologies, la première clé sera la diminution des coûts, qui passera par :
  • la réduction des coûts de fabrication avec une forte automatisation pour les optiques et les suiveurs ;
  • l’augmentation du rendement des cellules et du système ;
  • l’augmentation éventuelle du facteur de concentration, qui nécessitera de relever des défis d’ordre thermique (refroidissement), optique (aberrations chromatiques pour les options Miroir de Fresnel) et mécanique (alignement notamment) ;
  • l’amélioration de la durabilité des systèmes grâce à la résolution de problèmes technologiques liés entre autres aux fortes variations de température et d’humidité entre jour et nuit sous certains climats, tant pour les modules que pour les trackers.
L’arrivée attendue de nouvelles cellules à quatre jonctions ou plus devrait hisser les rendements cellules et systèmes à 45 % et 30 % respectivement, d’ici trois ou quatre ans. Si la cellule constitue la clé du développement de la technologie, ses performances et son coût relatif dans le système sont intimement liés à ceux des autres composants, et en particulier à l’optique. Les rendements optiques moyens des systèmes de concentration sont aujourd’hui de 80 % seulement et pénalisent encore fortement le rendement module. L’utilisation de taux de concentration très élevés (supérieurs à 1 000) apparaît également comme un moyen efficace de réduire l’impact du coût « cellules » dans le système à court/moyen terme.