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Conversion thermodynamique de l’energie solaire dans des installations de faible ou de moyenne puissance : réflexions sur le choix du meilleur degré de concentration

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Conversion photovoltaïque sous forte concentration : "des cellules photovoltaïques qui convertissent l'énergie de 4000 soleils" Le courant délivré par une cellule photovoltaïque est proportionnel au flux solaire qu'elle absorbe. Cette propriété bien connue motive le recours à des concentrateurs solaires pour accroître la quantité d'énergie électrique produite par une cellule donnée. Les systèmes de conversion photovoltaïque de l'énergie solaire concentrée actuels fonctionnent à moins de 500 soleils. Augmenter encore le facteur de concentration serait un moyen de compenser le prix élevé des cellules "multijonctions" à haut rendement (*) utilisées dans ces systèmes… à condition que ces cellules le supportent!
Les expériences effectuées au laboratoire PROMES (Procédés, Matériaux et Energie Solaire) (UPR 8521, Odeillo et Perpignan-CNRS-St2i)ont d'abord confirmé que des cellules solaires multijonctions en GaInP/GaInAs prévues pour opérer à 200 soleils avec un rendement de conversion optimal proche de 30% fonctionnaient encore parfaitement bien au-delà de 500 soleils. D'autres tests ont montré que ces cellules convertissaient encore très efficacement l'énergie solaire sous une concentration de 2000 soleils, le rendement de conversion restant alors supérieur à 20% (cf figure). Les cellules ont finalement été exposées à une concentration maximale de 3700 soleils, soit une densité d'énergie de 370 Wcm-2, si élevée qu'elle pourrait faire fondre de nombreux matériaux! Un système de refroidissement standard a pourtant suffi pour limiter l'échauffement de la cellule qui a produit une densité de courant de 70 A/cm2 en conservant 50% de son efficacité maximale!
Ces travaux, qui ouvrent de réelles perspectives de réduction des coûts de l'électricité photovoltaïque, viennent de recevoir le soutien du programme "Energie" du CNRS (**). L'objectif est d'améliorer encore les performances des cellules solaires en fonctionnement et de mettre au point des systèmes de

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