Technologie
Le photovoltaïque à concentration est basé sur un principe simple : la lumière du soleil est concentrée plusieurs centaines de fois par un dispositif optique (miroir parabolique ou lentille de Fresnel) avant d’atteindre la cellule photovoltaïque. On parle de haute concentration lorsque l’on dépasse un facteur 400 en concentration, selon la définition du laboratoire nationale des énergies renouvelables américain (NREL). On parle de basse ou moyenne concentration en deçà.
Heliotrop utilise une concentration x1024, soit deux fois plus que ses concurrents.
Grâce à la concentration, la surface de cellule utilisée est beaucoup plus faible et donc la quantité de matériaux semi-conducteurs, composants les plus coûteux d’un module solaire, est diminuée. Les cellules utilisées dans ces systèmes sont la plupart du temps des cellules triple-jonction. Elles se caractérisent par une composition multiple d’éléments semi-conducteurs, tels que le germanium, le phosphure d’indium-gallium et l’arséniure d’indium-gallium, qui leur permettent de capturer une partie plus large du spectre de la lumière du soleil et ainsi d’avoisiner des rendements cellules de l’ordre de 40%. Leur sensibilité à la température est largement inférieure aux cellules en silicium, les rendant particulièrement efficaces en zones à fort ensoleillement.
Le rendement d’un module photovoltaïque à concentration dépend à la fois de la cellule mais aussi du système optique. De l’ordre de 30%, le rendement module CPV Heliotrop est nettement supérieur à celui des autres technologies. A puissance égale, une centrale CPV nécessite donc moins d’espace qu’une centrale PV classique.
Comparé au CSP (Concentrating Solar Power) ou Solaire Thermodynamique, le CPV offre une meilleure approche qualitative : besoin d’eau beaucoup plus faible, grande flexibilité dans la taille des centrales et un temps de réponse de retour à la production beaucoup plus faible après un passage nuageux.
Les modules CPV nécessitent un ensoleillement direct, c’est-à-dire qu’il ne doit pas y avoir d’obstacles, comme les nuages par exemple, entre le soleil et les modules. Cela implique aussi que le système doit suivre en permanence le soleil afin de recevoir son rayonnement direct, grâce à une structure appelée « trackeur » car il ne fonctionne que si le soleil est apparent. Le rayonnement direct est communément désigné par « DNI » pour Direct Normal Irradiation.
Grâce aux progrès de la recherche, les systèmes à concentration atteindront d’ici quelques années un rendement de l’ordre de 50 %, c’est-à-dire que la moitié de l’énergie provenant des rayons du soleil sera convertie en électricité.
