Un panel fotovoltaico de concentración , a veces denominado simplemente "panel de concentración", es un módulo solar fotovoltaico compuesto por una serie de dispositivos ópticos para concentrar la luz (lentes o espejos) en células fotovoltaicas (que deben enfriarse si la tasa de concentración es alta ).
Con mucho, el componente más caro de un módulo es la célula fotovoltaica . Al insertar un dispositivo concentrador entre el sol y la celda, podemos usar una superficie celular mucho más pequeña, y así usar celdas con una eficiencia mucho mayor, con valores que típicamente oscilan entre el 30 y el 40% (y que, a mediano plazo, debe exceder el 50%).
En los años 2000-2010, el progreso de las células utilizadas y los medios de concentración es rápido.
Esta tecnología se reservó primero para los satélites y la exploración espacial donde los costos de puesta en órbita justifican un rendimiento muy alto.
Luego se probó en algunos prototipos y operaciones piloto (incluso en España por el programa europeo Hércules y sus suites (capacidad instalada o en construcción en 2014: 18 MW ) y en los Estados Unidos (capacidad instalada o en construcción en 2014: 330 MW ).
En 2014, los módulos fotovoltaicos de concentración (CPV) se volvieron competitivos ( “en regiones soleadas con altos valores de radiación directa” (> 2,000 kWh / m 2 / año) y futuras reducciones de costos y mejoras en la Esta tecnología parece prometedora, pero siguen siendo solo un mercado emergente y muy pequeño (en comparación con los módulos tradicionales).
Según el instituto de investigación alemán Fraunhofer ISE y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), a finales de 2014 se conectaron a la red 330 MWp de plantas de CPV en todo el mundo, y el precio de coste del kWh producido, que osciló al final de 2013, según las condiciones de uso, entre 8 c € / kWh y 15 c € / kWh , frente a 6 c € / kWh a 10 c € / kWh de la fotovoltaica convencional, debería descender en 2030 a 4,5 c € / kWh - 7,5 c € / kWh , nivel competitivo con módulos convencionales.
A principios de 2015, hay varias fábricas que producen más de 30 MWp de esta manera, incluidas dos unidades construidas para Golmud en la provincia de Qinghai en China por SunCORE (58 y 80 MWp); la planta de Touwsrivier en Sudáfrica (Soitec, 44 MWp); la central eléctrica de Alamosa en Colorado (Estados Unidos) construida por Amonix (35,28 MWp)
La concentración se obtiene mediante un sistema de espejos parabólicos o lentes Fresnel , como en los faros de los automóviles.
La relación de concentración de la luz solar en un área pequeña se expresa en una unidad llamada "sol" (o "sol" para los angloparlantes); indica por cuánto se multiplica la energía incidente del sol:
La mayoría de los sistemas son de alta concentración, pero también hay sistemas de baja concentración (relaciones de concentración de menos de 100x), menos eficientes, pero menos costosos; utilizan principalmente células solares de silicio cristalino (c-Si) y el módulo solo sigue al sol en un solo eje (a veces en dos ejes).
La luz concentrada debe estar bien enfocada en la celda y no junto a ella: por lo tanto, un panel de este tipo solo funciona correctamente con un dispositivo de "seguimiento" ( helióstato ) para permanecer permanentemente perpendicular a los rayos del sol. De rendimiento favorable (aumenta la producción aproximadamente a la mitad en un día), este tipo de dispositivo tiene el inconveniente de aumentar la complejidad y el mantenimiento.
Hay dos sistemas de seguimiento (siguiendo al sol en uno o dos ejes).
A continuación, debe eliminarse el calor excesivo, que perjudica la eficiencia de las células y, sobre todo, su vida útil: sin un dispositivo de refrigeración, estas últimas se fundirían.
Finalmente, estos módulos más complejos son más frágiles y más difíciles de transportar y ensamblar.
Estas tecnologías requieren el uso de metales preciosos ( telurio , indio y galio ), pero solo en una pequeña parte del módulo y facilitando la recuperación de estos metales al final de la vida útil del panel.
En general, si el rendimiento es aproximadamente dos o tres veces mayor que el de un módulo plano convencional , todas estas limitaciones también tienen un coste, por lo que los módulos clásicos siguen dominando el mercado.
Para calcular la potencia de estos dispositivos, es necesario utilizar los datos relativos a la intensidad de la luz directa que llega a la superficie del suelo. Esta intensidad varía según la latitud. Por ejemplo, en Lyon, el valor medio basado en 10 años de observaciones realizadas por la NASA es de 3,42 kWh / m 2 / día (es decir, una potencia media de 142,5 W / m 2 ).
Varios fabricantes ofrecen este tipo de dispositivo: Soitec en Francia (a través de su filial Concentrix Solar instala plantas de energía en Nuevo México 1 MW , Sudáfrica 50 MW , California 300 MW , Marruecos ...), Heliotrop en Francia, Sol3G en España, Pyron Solar y Sunrgi en California, Solar Systems en Australia (este último está construyendo actualmente una planta fotovoltaica de 154 MW ).
El arquitecto alemán André Broessel diseñó y comercializó Rawlemon en 2013, una esfera solar compuesta por una esfera transparente en polímero acrílico que sirve como lente que concentra los rayos del sol y la luna en una célula fotovoltaica multiunión, lo que permite reducir la superficie celular. área por un factor de 100 para una potencia determinada, reduciendo así la huella de carbono a casi nada; un sistema de orientación de dos ejes maximiza la eficiencia: la tasa de conversión de energía solar se mejora en casi un 70% en comparación con los paneles solares fotovoltaicos; una batería almacena la electricidad producida para uso nocturno. El modelo más pequeño: Beta.ey (10 cm ) tiene una celda de 16 W y una batería de 27,5 Wh ; una toma USB 2.0 le permite cargar una computadora portátil o tableta, y un LED de color convierte la esfera en una lámpara; Se comercializan esferas de 1 mo 1,80 m de diámetro para su instalación en cubierta, así como un módulo de fachada con varias esferas que ha sido objeto de una primera certificación enenero 2013por el Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg .