Un concentrateur solaire luminescent (LSC) est un dispositif capable d'absorber et de concentrer la lumière du soleil pour la production d'énergie électrique. Les concentrateurs solaires luminescents captent le rayonnement solaire sur une grande surface. Par la suite, ils convertissent ce rayonnement en luminescence et le dirigent vers une cible plus petite où se trouve un récepteur photovoltaïque.
L'acronyme LSC vient de l'anglais Luminescent Solar Concentrator.
Les panneaux LSC sont moins chers que les panneaux photovoltaïques classiques. En effet, ils sont constitués de plaques de plastique ou de verre sur lesquelles sont déposées des molécules luminescentes.
La technologie de cette forme d’énergie renouvelable est connue depuis les années 1960, mais a été progressivement abandonnée en raison de son faible rendement et des difficultés rencontrées pour produire des colorants adaptés.
Fonctionnement
Les concentrateurs solaires luminescents LSC sont des plaques photographiques actives transparentes capables d'absorber la lumière d'un large spectre de rayonnement solaire.
Ces éléments utilisent des colorants luminescents spéciaux capables de capter la lumière et de l'émettre à l'intérieur de la plaque. Le rayonnement est ensuite transporté vers les bords, par réflexions successives au sein de la plaque. Aux bords des panneaux se trouvent des cellules photovoltaïques qui convertissent la lumière du soleil en électricité.
Le système de concentration présente de nombreux avantages. La surchauffe des cellules en silicium est réduite, ce qui entraîne souvent une diminution de l'efficacité et une perte d'énergie sous forme de chaleur.
De plus, lorsqu'il traverse les panneaux solaires, le rayonnement incident est converti en longueurs d'onde qui maximisent l'efficacité des cellules.
avantage
Parmi les avantages des concentrateurs solaires luminescents figurent :
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Efficacité supérieure : ils permettent de déplacer la région de rayonnement à ondes courtes du spectre solaire vers une plage de longueurs d’onde plus longue. Dans cette plage, le rendement de conversion des cellules solaires est plus élevé.
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Utilisation du rayonnement solaire diffus. Atteindre une concentration optique élevée de lumière solaire dans les appareils fixes grâce à la capacité de capturer non seulement la lumière directe, mais également la lumière diffuse.
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Empêche les cellules solaires de surchauffer.
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L'utilisation du LSC en combinaison avec un système solaire photovoltaïque pour la production d'énergie électrique augmentera l'efficacité globale.
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L'utilisation de cellules photovoltaïques de petite surface permet l'utilisation de cellules solaires plus efficaces et plus coûteuses. Les cellules solaires convertissent l’énergie lumineuse en électricité.
Désavantages
Ce type de concentrateurs solaires présente certains inconvénients :
- Le « cône de perte » exerce une influence assez importante sur l'efficacité de la structure à travers laquelle une partie de la lumière réémise quitte le volume du guide d'onde et ne peut plus être utilisée pour la conversion en énergie électrique.
- Pour réduire les pertes au sein du guide d'onde, il est nécessaire de diminuer l'angle critique en augmentant son indice de réfraction. Cependant, dans ce cas, la perte due à la réflexion de la lumière solaire augmente en raison d'une augmentation de l'angle critique externe. La solution à ce problème est possible en appliquant un revêtement avec un indice de réfraction intermédiaire sur l'interface air-guide d'ondes, ce qui diminuera les pertes dues à la réflexion et au rayonnement émis par le guide d'ondes.
- La perte résultant de la réabsorption de la lumière réémise est inextricablement liée au « cône de perte ». Lors du mouvement du rayonnement le long du guide d'ondes vers les extrémités, il peut être réabsorbé et réémis. Comme la luminescence est quasi-isotrope, une partie du rayonnement est à nouveau perdue à travers le « cône de perte ».
Utilisation et applications
Les structures d'énergie solaire composées de LSC et de systèmes photovoltaïques peuvent être intégrées dans les infrastructures urbaines en utilisant les surfaces artificielles existantes. Ces structures peuvent être par exemple des structures de bâtiment translucides, telles que des fenêtres, des vitraux, des corniches.
L’introduction de ces systèmes dans les appareils électroniques mobiles et tissés (par exemple les sacs à dos) est prometteuse. Le coût d’une structure composée d’un concentrateur solaire luminescent, associé à une cellule solaire, sera inférieur au coût d’une cellule solaire pure d’efficacité similaire. Cela est dû au fait que dans le premier cas, la surface du panneau photovoltaïque sera moindre.
Matériaux utilisés
Des plastiques, du verre ou des solvants organiques situés entre les feuilles de plastique ou de verre peuvent être utilisés comme matériau de matrice LSC. Les matériaux polymères sont les mieux adaptés à ces fins en raison de leurs propriétés optiques et opérationnelles ainsi que de leur fabricabilité. À ces fins, le polyméthacrylate de méthyle et le polystyrène sont le plus souvent utilisés.
Les colorants organiques, composés contenant des ions de métaux rares et des points quantiques, dont les premiers sont les plus largement utilisés en raison de leur rendement quantique élevé, de leur facilité d'utilisation et de leur faible coût, peuvent agir comme matériau luminescent.
Sa concentration pour un fonctionnement efficace ne dépasse pas 1% de la masse, ce qui a un effet positif sur le coût de la structure.