Un système agrivoltaïque atteint un rendement de 9,9 % et un LCOE de 0,030 €/kWh

Des chercheurs chinois ont construit un prototype de système agrivoltaïque à concentrateur à division spectrale (SCAPV) avec un rendement photovoltaïque de 9,9 %, un rendement d’utilisation de la lumière hybride de 9,05 % et un coût de l’énergie nivelé (LCOE) de 0,030 €/kWh.D’après pv magazine International
Des scientifiques dirigés par l’Université des sciences et technologies de Chine ont développé un système agrivoltaïque à concentrateur à division spectrale (SCAPV) qui peut apparemment augmenter la productivité des cultures de plusieurs espèces de plantes. Le système SCAPV repose sur la séparation spectrale de la lumière du soleil, basée sur la différence entre la réponse spectrale de l’énergie photovoltaïque et celle de la photosynthèse. Selon ce principe, les longueurs d’onde rouges et bleues sont utilisées pour la photosynthèse car elles correspondent aux pics d’absorption de la chlorophylle des plantes, tandis que toutes les autres longueurs d’onde sont utilisées pour la production d’énergie concentrée. Le groupe de recherche a décrit ses résultats dans “Spectral-splitting concentrator agrivoltaics for higher hybrid solar energy conversion efficiency“, récemment publié dans Energy Conversion and Management. Ils ont mis en évidence les composants clés du système : les films polymères multicouches (MPF) permettant la séparation spectrale, les concentrateurs cylindro-paraboliques (PTC) et les cellules solaires en silicium cristallin.
Ils ont utilisé des MPF disponibles dans le commerce et à haut facteur de transmission, fabriqués par le conglomérat industriel américain 3M. Les PTC sont utilisés comme substrat pour les MPF flexibles et comme réflecteurs pour diriger les bandes réfléchies vers les cellules photovoltaïques à contact arrière interdigité (IBC) au point focal, qui ont été fournies par le fabricant américain Sunpower.
« Bien que les cellules III-V multijonction offrent un potentiel d’efficacité plus élevé, les cellules au silicium sont compétitives en termes de coût pour une solution évolutive et peuvent maintenir leurs performances sous un rayonnement incident élevé dans un rapport de concentration de 3 à 100 », ont-ils expliqué, notant que chaque module PV comprend un couvercle avant en verre à faible teneur en fer, une feuille arrière en éthylène-acétate de vinyle (EVA), et un substrat arrière en aluminium. Les chercheurs ont indiqué que les cellules photovoltaïques et les MPF coûtaient respectivement 0,09 €/W et 0,018 €/W, tandis que le matériel, y compris les concentrateurs et les suiveurs, coûtait 0,52 €/W.
Le groupe a testé les performances du système à l’aide d’un prototype déployé à Fuyang, dans la province chinoise d’Anhui. Ce système occupe une surface de 422,4 mètres carrés et repose sur un système de suivi solaire à deux axes. Le système présente un rendement photovoltaïque de 9,9 % et un rendement d’utilisation de la lumière hybride de 9,05 %, ce qui, selon les universitaires, est supérieur à l’efficacité photosynthétique théorique maximale d’environ 6 %. « L’analyse économique montre que le LCOE du SCAPV est de 0,03 €/kWh, ce qui indique sa faisabilité économique, ont-ils précisé, ajoutant que les plantes cultivées sous un ensoleillement partiel présentaient un potentiel d’augmentation de la biomasse. Bien que ces systèmes photovoltaïques accordables ne soient généralement pas compétitifs en termes de coûts pour l’instant, les systèmes photovoltaïques agricoles constituent un marché de niche où ils peuvent offrir des avantages par rapport aux systèmes photovoltaïques conventionnels au silicium et ont donc la possibilité d’être commercialisés et améliorés.
Le groupe de recherche a dévoilé la conception de son système SCAPV de base en octobre. Ce système a été testé dans des conditions extérieures à Anhui et s’est avéré capable de produire 107 MWh d’électricité par hectare. Le rendement global du système a atteint 11,6 %, ce qui, selon les scientifiques, est le rendement le plus élevé jamais enregistré pour la technologie de séparation spectrale.