De l’énergie solaire à l’hydrogène : un rendement de 31,3 %
Utiliser l’énergie solaire pour produire de l’hydrogène, tout en réduisant au maximum les étapes intermédiaires : c’est le pari de chercheurs de l’institut allemand Fraunhofer ISE. Lors d’essais en plein air, leur dispositif a permis de convertir jusqu’à 31,3 % de l’énergie solaire en énergie chimique sous forme d’hydrogène. Un résultat prometteur, même si cette technologie n’en est encore qu’à ses débuts.
L’hydrogène vert
L’hydrogène peut être produit en séparant les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène à l’aide d’électricité. Ce processus s’appelle l’électrolyse. Lorsque l’électricité nécessaire provient de panneaux solaires, cela permet de produire de l’hydrogène vert.
Fraunhofer ISE adopte désormais une approche légèrement différente. Les chercheurs ont mis au point un petit système dans lequel des cellules solaires et un électrolyseur sont directement reliés entre eux. L’électricité produite par les cellules solaires est donc directement acheminée vers l’électrolyseur, qui produit ainsi de l’hydrogène. Lors d’essais en plein air, jusqu’à 31,3 % de l’énergie solaire a été convertie en énergie chimique sous forme d’hydrogène.
La lumière du soleil est concentrée
Ce système n’utilise pas de panneaux solaires classiques. Au-dessus des cellules solaires se trouvent des lentilles de Fresnel spéciales. On peut les comparer à une loupe : elles concentrent la lumière directe du soleil et la dirigent vers des cellules solaires de petite taille, mais très efficaces.
Il s'agit de cellules solaires multijonctions III-V. Celles-ci offrent un rendement bien supérieur à celui des cellules solaires classiques en silicium que l'on voit sur les toits. Elles sont notamment utilisées aujourd'hui dans le domaine spatial. Dans le dispositif expérimental, les cellules solaires fournissent une tension supérieure à 4 volts.
Ces cellules photovoltaïques ont été directement raccordées à deux cellules d’électrolyse. Les chercheurs ont parfaitement adapté les deux composants l’un à l’autre de manière à ce que l’électricité produite puisse être utilisée sans détour pour produire de l’hydrogène. Cela permet d’éviter les pertes liées à des conversions supplémentaires.
En quoi cela est-il intéressant ?
C’est surtout cette combinaison qui est intéressante pour les installateurs électriciens. Un système énergétique classique se compose souvent de plusieurs éléments distincts : les panneaux solaires produisent de l’électricité, les onduleurs et autres composants électroniques convertissent cette énergie, puis un électrolyseur peut l’utiliser.
Fraunhofer étudie la possibilité de simplifier cette chaîne. En adaptant dès le départ les cellules solaires et l’électrolyseur l’un à l’autre, on réduit le nombre d’étapes intermédiaires. Cela peut non seulement réduire les pertes d’énergie, mais aussi, à terme, déboucher sur des systèmes plus compacts.
Il ne s’agit toutefois pas encore d’une technologie prête à être commercialisée. Le prototype est particulièrement petit : les lentilles utilisées ont une surface totale de seulement 64 cm². De plus, le système fonctionne avec la lumière solaire directe concentrée et avec des cellules solaires de pointe qui sont actuellement plus chères que les cellules en silicium classiques.
Fraunhofer souligne donc lui-même que le développement en est encore à un stade précoce. On ne sait pas encore à quelle vitesse cette technologie pourra évoluer vers un système commercialement intéressant. Les chercheurs souhaitent toutefois poursuivre le développement du concept et recherchent des investisseurs pour une future spin-off baptisée Clearsun Energy.
Ce record de 31,3 % offre donc avant tout un aperçu intéressant de l’avenir. Il montre que le photovoltaïque et la production d’hydrogène peuvent être intégrés beaucoup plus étroitement. Pour les installateurs, il s’agit d’une évolution à suivre : outre la production et le stockage d’électricité, la production locale d’hydrogène vert pourrait également jouer un rôle plus important dans les futurs systèmes énergétiques.