Développement, fabrication et caractérisation de modules photovoltaïques à concentration à ultra haut rendement à base de micro concentrateurs

par Arnaud Ritou

Projet de thèse en Physique appliquee

Sous la direction de Olivier Raccurt.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles (LITEN - CEA) (laboratoire) depuis le 13-11-2015 .


  • Résumé

    Avec la volonté politique de produire de l'électricité à la fois « propre » et bon marché, l'énergie photovoltaïque se répands de plus en plus et devient compétitive grâce à la production en masse des panneaux plans à base de Silicium. Parallèlement à cette technologie déjà mature, d'autres moyens d'exploiter le rayonnement solaire sont à l'étude. Par rapport au photovoltaïque organique et aux centrales solaires thermoélectriques, le photovoltaïque à concentration se place comme la technologie la plus efficace malgré son coût élevé. En effet, le rendement des cellules III-V triple jonction est d'environ 40% contre 20% pour les cellules Silicium Mono-jonction. En revanche le prix des cellules III-V est environ 300 fois plus élevé. Néanmoins, l'intégration d'optiques de concentration à bas coût sur ce type de cellules permet à la fois d'augmenter leur rendement et de faire baisser le coût du module complet en fonction de la concentration géométrique. Le facteur de concentration géométrique est défini comme le rapport de surface de lentille sur la surface de cellule. En augmentant ce facteur et en diminuant le coût de fabrication des lentilles, le cout de production d'électricité CPV serait compétitif avec celui du Photovoltaïque Plan en silicium. En supposant que la totalité du rayonnement collecté par la lentille soit concentré sur la cellule, on économise en quantité de cellule mais deux effets contradictoires apparaissent. D'un côté, plus le facteur de concentration est élevé, plus il est difficile de réalisation. L'assemblage mécanique et la gestion de la chaleur sont plus techniques. En opposition, la précision de l'assemblage et l'ajout de dissipateurs thermique augmentent le cout de production d'un module CPV. Le compromis entre ces deux tendances qui fait l'objet de cette étude est la micro-concentration photovoltaïque avec optiques moulées. La petite taille des concentrateurs permet de s'affranchir des problèmes thermiques et d'utiliser la précision de positionnement des cellules issu de la micro-électronique. Le moulage des lentilles en silicone permet aussi de faire baisser le coût de fabrication des lentilles. Le travail de thèse qui s'inscrit dans ce contexte consiste à concevoir, réaliser et analyser différents prototypes de micro-concentrateurs photovoltaïques afin d'analyser et tenter de comprendre l'influence des défauts de fabrication des lentilles et du module complet sur les performances électriques. Les simulations par tracé de rayons des prototypes et les mesures expérimentales sont comparées dans le but de déterminer avec le plus de précision possible la part de chaque défaut dans la chaine de pertes. On trouve notamment que plus le facteur de concentration est élevé, plus les tolérances mécaniques sont sévères. En effet, on observe à la fois par simulation et par l'expérience sur un banc optique adapté à la micro-concentration que la puissance produite par un micro-concentrateur diminue plus vite avec un micro-concentrateur à haute concentration qu'un autre à concentration plus faible. Des études sont en cours pour comprendre l'influence de la forme des lentilles sur les performances électriques. En d'autres termes, comment la non-uniformité du flux impacte les performances électriques de la cellule.

  • Titre traduit

    Development, manufacturing and characterization of ultra-high efficiency concentrated photovoltaic modules based on micro concentrators


  • Résumé

    To be Done