énergie solaire

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Des chercheurs de l’EPFL et de l’Université de Stanford ont développé et testé à Lausanne des cellules photovoltaïques de nouvelle génération. Une révolution dans le domaine et une première mondiale en termes de technologie, qui fait l’objet d’une publication dans la revue Nature Photonics.



"Un nouveau paradigme dans la manière de capter la lumière et de la transformer en énergie électrique." Professeur à l’EPFL et concepteur du système de cellules solaires à colorants, Michael Grätzel décrit en ces termes la découverte publiée dans Nature’s photonics par son équipe et ses partenaires de Stanford, Berkeley et GeorgiaTech. Grâce à l’adjonction d’un second colorant, les cellules solaires sont désormais capables de réagir à une plus grande partie du spectre lumineux.

Couramment désigné sous le nom de cellules solaires de Grätzel en référence à leur concepteur, le système voit le jour au début des années 90. Le professeur de l’EPFL développe un système à base de colorants qui, comme la chlorophylle naturelle, sont stimulés par la lumière et génèrent des charges électriques. La technique permet de produire des cellules solaires particulièrement efficaces en faible luminosité et à moindre coût – un enjeu capital qui compense largement le rendement légèrement plus faible que les cellules traditionnelles.

Améliorer le rendement
Les colorants utilisés par Michael Grätzel, appelés phthalocyanines, ne sont sensibles qu’à une partie restreinte du spectre lumineux. Les recherches menées conjointement entre les chercheurs de l’EPFL et leurs confrères américains permettent d’étendre la sensibilité spectrale de la cellule aux parties rouges, vertes et bleues de la lumière visible. Et donc d’en améliorer l’efficacité. Cela est rendu possible grâce à l’adjonction de nouveaux colorants, les pérylènes (Cf infographie jointe).

Les pérylènes ne génèrent pas directement de charge électrique. Mais ils réagissent aux parties bleues et vertes du spectre lumineux. Ils communiquent leur énergie aux phthalocyanines, qui à leur tour transmettent une charge électrique. Sans l’assistance de ces nouveaux colorants, les phthalocyanines seules ne réagiraient qu’à la partie rouge du spectre. «Il n’est pas possible pour un seul colorant d’être sensible à l’entier du spectre lumineux, précise Khaja Nazeeruddin, chercheur dans l’équipe de Michael Grätzel. D’où l’incorporation d’un second colorant. C’est une première mondiale.»

Une technologie inspirée de la nature
Ce mode de transfert d’énergie indirect s’inspire des modèles naturels. Dans le processus de la photosynthèse des plantes, certaines molécules de chlorophylle émettent des signaux, que d’autres reçoivent avant que se mettent en route des processus de transfert de charges électriques. «Il s’agit de ce que l’on appelle des transferts d’énergie par interactions dipolaires, explique Michael Grätzel. Jusqu’à présent, les colorants de nos cellules avaient pour unique rôle de générer directement les charges électriques.» .

Pour l’heure, le modèle a été testé dans les laboratoires de l’EPFL par l’équipe de Michael Grätzel et Brian Hardin, chercheur de Stanford. Avec des résultats plus qu’encourageants. Le transfert de charge est ainsi amélioré de 26%, comparé à un système basé sur la seule phthalocyanine. «Nous avons de nombreuses perspectives pour améliorer le modèle dans le futur, explique Khaja Nazeeruddin. Nous pouvons jouer sur les parties sensibles du spectre lumineux, ou envisager un système à trois ou même quatre colorants.»

Cette découverte est le premier résultat d’un récent partenariat entre l’EPFL, Stanford, Berkeley et GeorgiaTech. Le projet, appelé CAMP et centré à Stanford, vise à améliorer le rendement et la pérennité des cellules solaires moléculaires, et à développer des techniques de production à bas coût. CAMP est financé par l’université des sciences et des technologies du Roi Abdullah d’Arabie Saoudite, à hauteur de 27 millions de francs suisses sur 5 ans – à l’EPFL l’équipe de Michael Grätzel devrait récupérer environ 2.2 millions de francs pour ses recherches à Lausanne.

source http://actualites.epfl.ch/presseinfo-com?id=769

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La plus grande centrale solaire à collecteurs d’Europe, dénommée PS20, vient d'être inaugurée près de Séville, en Espagne. Elle devrait produire une quantité d'électricité suffisante pour alimenter 10 000 logements et éviter le rejet dans l'admosphère d'une quantité de 12 000 tonnes de CO2 par an. La centrale PS20 est le résultat des efforts de recherche de l’Union Européenne, elle fait suite à la construction de la centrale PS10 voisine, première centrale du même type confiancée par un programme de recherche européen.

Les centrales solaires à concentration (CSP) comme les autres centrales thermiques, utilisent de l'énergie à très haute température pour produire de l'électricité, mais là ce sont les rayons solaires qui produisent la chaleur au lieu que cela soit issu d'énergies fossiles, gaz, pétrole ou charbon. Pour cela de grands miroirs mobiles suivent le soleil pour capter les rayons solaires. Ces miroirs, appelés Héliostats, redirigent la lumière du Soleil vers une cible fixe ou récepteur.

La centrale PS20, a été construite et sera exploitée par Abengoa Solar. Elle utilise un champ de 1255 héliostats pour concentrer la lumière solaire sur un récepteur monté sur une tour centrale. L'eau pompée jusqu'à la tour et à travers le récepteur se transforme en vapeur. Cette vapeur est ensuite dirigée à travers une turbine pour produire de l'électricité.

L'énergie solaire produite par les centrales thermiques solaires est bien adaptée aux charges en période estivale de pointe dans des zones du midi prospères, comme l'Espagne.

source http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=7053

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La société japonaise Sharp a annoncé le 22 octobre 2009 qu'elle a développé une nouvelle cellule photovoltaïque d'un rendement de conversion de 35,8%, ce qui constitue un nouveau record mondial pour une cellule au niveau laboratoire, sans utilisation d'un concentrateur solaire. Le chiffre a été certifié par l'AIST [1] en septembre de cette année. Les recherches ont été réalisées dans le cadre du projet "Recherche et Développement de Technologies Photovoltaïques Révolutionnaires" de la NEDO [2].

Il s'agit d'une cellule triple jonction, c'est-à-dire qu'elle comporte trois couches qui absorbent chacune des longueurs d'onde de lumière différentes. Cela permet d'augmenter le spectre de la lumière absorbée par la cellule et ainsi d'obtenir un rendement plus élevé qu'avec une cellule à une seule couche. Les cellules triples jonction sur lesquelles travaillait la société jusqu'à présent étaient composées de phosphure de gallium indium (InGaP) pour la couche supérieure, d'arséniure de gallium-indium (InGaAs) pour la couche médiane, et de germanium (Ge) pour la couche inférieure.

Les couches en germanium sont faciles à fabriquer, mais la moitié du courant électrique qui apparait dans cette couche ne pouvant pas être utilisé, les chercheurs de Sharp ont décidé de remplacer ce matériau par de l'arséniure de gallium indium. La nouvelle cellule est ainsi constituée de phosphure de gallium indium pour la couche supérieure, d'arséniure de gallium pour la couche médiane, et d'arséniure de gallium indium pour la couche inférieure. Le taux de rendement de conversion a ainsi été amélioré de 31,5% à 35,8%. En utilisant un concentrateur à un grossissement de 1000, le rendement de conversion atteint les 45%.

Les autres caractéristiques de la cellule sont :
- une tension de circuit ouvert (Voc) de 3,012 V,
- un courant de court-circuit (Isc) de 12,27 mA,
- un facteur de forme (F.F.) de 85,3%,
- une superficie de 1 cm2.

Dans un premier temps, Sharp prévoit l'intégration de cette nouvelle cellule dans des satellites d'ici 2012.

[1] Institut National des Sciences et Techniques Industrielles Avancées - organisme public de recherche.

[2] Organisation pour le Développement des Energies Nouvelles et des Technologies Industrielles : organisme public de financement de la recherche.

source http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/60906.htm

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Le groupe suisse 3S (Swiss Solar System), l’un des leaders mondiaux des lignes de production manuelles et semi-automatiques de panneaux solaires, et le Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Energie Nouvelles et les Nanomatériaux du CEA (CEA-Liten) ont signé un partenariat commun de trois ans portant sur la mise au point de modules photovoltaïques intégrant des cellules solaires à hétérojonction* et d’outils associés pour produire ce type de modules.

A l’INES (Institut National de l’Energie Solaire), le CEA-Liten mène des recherches afin d’améliorer la performance des cellules photovoltaïques en silicium. Optimisation des processus de fabrication, introduction de nouveaux designs de cellules basés sur les micro et nanotechnologies, le CEA-Liten travaille notamment sur les cellules solaires à hétérojonction qui permettent d’atteindre un taux de rendement supérieur à 20% (actuellement, le rendement des cellules solaires photovoltaïques classiques, dites à homojonction, avoisine les 17%).

L’objectif du programme de recherche commun à 3S et au CEA-Liten est d’accélérer le développement de panneaux solaires (ou modules) utilisant ces cellules à hétérojonction en trouvant le mode d’assemblage le plus efficace. Les défis techniques posés par la mise au point de tels modules photovoltaïques concernent l’interconnexion et l’encapsulation des cellules à hétérojonction, ainsi que les tests consécutifs des modules.

Le groupe 3S bénéficie d’une longue tradition d’innovation dans ces trois domaines. Acteur majeur dans le développement et la fabrication de modules photovoltaïques (PV) à travers ses filiales SOMONT, Swiss Solar Systems et PASAN (tests de modules), il est aujourd’hui le principal fournisseur d’équipements de production pour les fabricants de modules solaires.

Selon les termes du programme de recherche commun, 3S livrera l’expertise et les équipements nécessaires à l’interconnexion et l’encapsulation des cellules à hétérojonction. Ces équipements seront installés à l’INES, au Bourget-du-Lac (Savoie, Rhône-Alpes), où le CEA-Liten travaille d’ores et déjà sur de nouvelles méthodes d’encapsulation et d’interconnexion visant à réaliser des modules photovoltaïques moins chers et plus simples à recycler.

La prochaine étape de ce programme de recherche consistera à exploiter tout le potentiel des cellules à hétérojonction. Cette technologie offre la possibilité de recueillir l’énergie du soleil à partir des deux côtés de la cellule. Quand ce potentiel bifacial est pleinement exploité durant la conception et la fabrication d’un module, l’efficacité du module peut être accrue de 30%. L’expérience de 3S dans la conception des modules photovoltaïques combinée au savoir accumulé à INES devrait permettre d’aboutir à des progrès significatifs dans ce domaine.
A propos du CEA Liten et de l’INES

Implanté à Grenoble, l’Institut CEA Liten (Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux) rassemble 600 techniciens et ingénieurs spécialistes en physique-chimie. Ses activités sont axées autour de l’énergie solaire pour l’habitat, des technologies pour le transport électrique et la maîtrise des nanomatériaux pour l’énergie.

Le CEA Liten est largement impliqué dans la création en 2006 de l’Institut National de l’Energie Solaire, Ines, centre d’excellence qui réunit les acteurs français de la recherche dans le domaine de l’énergie solaire. A l’occasion de sa visite le 9 juin 2009, le Président de la République a appelé de ses vœux la création de nouvelles plateformes dans le domaine des énergies renouvelables, en incluant l’INES pour l’énergie solaire, confirmant le soutien du gouvernement à l’INES.

* Le site Internet du Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux pour connaitre les domaines de recherches du CEA dans le secteur des énergies nouvelles.

source http://www.cea.fr/le_cea/actualites/partenariat_3s_et_cea_pour_modules_photovoltaiqu-23528