Systèmes hybrides photovoltaïques-thermoélectriques pour la récupération d'énergie solaire – HYDRES

Malgré les récents progrès conceptuels et technologiques, le rendement de conversion des cellules solaires à simple jonction est toujours limité à 33%. En particulier, selon le matériau photovoltaïque, jusqu'à 50% de l'énergie solaire atteignant la cellule est perdue et dissipée sous forme de chaleur. Une stratégie émergente pour la récupération de cette énergie perdue thermiquement consiste à coupler la cellule solaire avec un générateur thermoélectrique (TEG) dans un système hybride photovoltaïque-thermoélectrique (PV-TE). Les premières réalisations expérimentales de systèmes PV-TE, bien que simples, démontrent un gain en rendement prometteur pouvant atteindre +5% grâce à cette hybridation. Dans le cadre du projet HYDRES, nous proposons d'étudier une approche multidisciplinaire jusqu’à l’échelle du système afin de lever les verrous technologiques qui freinent le développement de systèmes hybrides à haut rendement. En particulier, HYDRES vise à démontrer qu’une hybridation optimale PV-TE peut être utilisée pour améliorer substantiellement la conversion d'énergie solaire tout en gardant un dispositif compact, ouvrant ainsi la voie vers la réalisation de systèmes embarqués autonomes.
Afin de concevoir et de réaliser une architecture optimale pour les systèmes PV-TE, les principaux défis qui seront relevés par HYDRES sont (1) l’élaboration d'un modèle physique complet du système hybride validé par des données expérimentales, incluant deux aspects souvent négligés dans les modèles actuels, à savoir l'interface physique entre la cellule solaire et le TEG et l'interface électronique nécessaire pour gérer la connexion électrique des deux sources d'énergie et suivre le point de puissance maximale; (2) l'intégration d'une cellule photovoltaïque et d'un TEG spécifiquement conçus pour une hybridation PV-TE optimale; (3) la fonctionnalisation de l'interface entre la cellule solaire et le TEG pour exalter le flux de chaleur entrant dans le module thermoélectrique et sa contribution à la puissance de sortie du système PV-TE; (4) le développement d'un processus technologique pour fabriquer un dispositif PV-TE avec un couplage thermique élevé. Les avancées attendues dans le cadre de HYDRES auront un impact significatif dans ce domaine de recherche en fournissant des règles génériques pour la conception de systèmes PV-TE optimaux, et ce quelque soit le matériau photovoltaïque ou thermoélectrique.
HYDRES exploitera la synergie entre des chercheurs de différentes communautés scientifiques (thermo-plasmonique pour le photovoltaïque au LAAS-CNRS, technologie thermoélectrique (équipe Matériaux à propriétés thermoélectriques à l'IJL) et électronique intelligente (équipe Mesures et architectures électroniques à l'IJL)) réunissant le panel d’expertises scientifiques et technologiques idéal pour réaliser cette première étude expérimentale et théorique explorant l'optimisation globale des systèmes hybrides PV-TE par une approche multidisciplinaire.