Production efficace d'hydrogène solaire grâce au couplage direct de cellules solaires à concentration et d'un électrolyseur
Le Fraunhofer ISE recherche des investisseurs pour une entreprise dérivée
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La séparation de l'hydrogène des molécules d'eau par électrolyse nécessite de l'énergie, qui provient idéalement de sources d'énergie renouvelables. Des scientifiques de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques solaires (ISE) ont mis au point un module combiné photovoltaïque/électrolyseur qui produit efficacement de l'hydrogène directement à partir de l'énergie solaire. Pour ce faire, la molécule d’eau est séparée grâce à la tension photovoltaïque élevée de cellules solaires à jonctions multiples, elles-mêmes reliées électriquement et thermiquement à des cellules d’électrolyseur. Un prototype testé en extérieur par l’équipe de recherche a permis de convertir jusqu’à 31,3 % de l’énergie solaire en énergie chimique, sur la base du pouvoir calorifique supérieur de l’hydrogène.
Schéma (à gauche) et photographie (à droite) illustrant la validation du concept de l'électrolyseur à concentrateur alimenté par des panneaux photovoltaïques.
© Fraunhofer ISE
« Pour les modules photovoltaïques/d’électrolyse que nous avons développés, nous utilisons ce que l’on appelle le photovoltaïque à concentration », explique le Dr Juan Francisco Martínez Sánchez, chef de projet pour ce nouveau développement au Fraunhofer ISE. « Un réseau de lentilles de Fresnel concentre la lumière solaire directe sur des cellules solaires III-V hautement efficaces, qui, dans cette application, présentent une tension en circuit ouvert supérieure à 4 volts. » Les cellules solaires III-V sont les plus efficaces au monde ; elles ont fait leurs preuves depuis de nombreuses années et sont stables à long terme. Actuellement, elles sont principalement utilisées dans l’espace, mais peuvent également produire de l’électricité de manière économique et efficace sur Terre dans des modules solaires à concentration.
« Pour la production d’hydrogène, nous avons connecté ces cellules solaires directement à la cathode et à l’anode de deux cellules d’électrolyse PEM montées en série, obtenant ainsi une parfaite adéquation entre les deux caractéristiques électriques », ajoute le Dr Tom Smolinka, responsable du département d’électrolyse à membrane au Fraunhofer ISE. L’électricité produite par les cellules solaires est ainsi utilisée directement pour la production d’hydrogène, sans détours et donc sans pertes. Lors d’essais sur le terrain, le nouveau prototype du module photovoltaïque/d’électrolyse, doté d’une surface de lentille de 64 centimètres carrés, a converti jusqu’à 31,3 % de l’énergie solaire en énergie chimique, sur la base du pouvoir calorifique supérieur de l’hydrogène.
« Notre nouveau record montre que l’hydrogène peut être produit de manière très efficace directement à partir de la lumière du soleil », explique le Dr Frank Dimroth, directeur du département Photovoltaïque III-V et technologies de concentration à l’Institut Fraunhofer ISE. « Le développement en est encore à ses débuts, et il est difficile de dire dans quel délai nous serons en mesure de proposer des systèmes compétitifs. Afin de poursuivre le développement de ce concept, nous recherchons des investisseurs pour notre future spin-off, Clearsun Energy. »
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