Séparer l'hydrogène des molécules d'eau par électrolyse nécessite de l'énergie, et cette énergie devrait idéalement provenir de sources renouvelables. Des scientifiques de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (ISE) ont développé un module combiné photovoltaïque/électrolyse capable d'utiliser efficacement l'énergie solaire pour produire directement de l'hydrogène. Le principe repose sur l'utilisation de la tension photovoltaïque élevée des cellules solaires multi-jonctions pour décomposer les molécules d'eau, ces cellules solaires étant également connectées électriquement et thermiquement aux cellules d'électrolyse. Un démonstrateur testé en extérieur par l'équipe de recherche convertit jusqu'à 31,3 % de l'énergie solaire en énergie chimique, sur la base du pouvoir calorifique supérieur de l'hydrogène.

« Pour notre module photovoltaïque/électrolyse, nous avons utilisé la technologie dite du photovoltaïque à concentration », explique le Dr Juan Francisco Martínez Sánchez, chef de projet à l'ISE Fraunhofer. « Un ensemble de lentilles de Fresnel concentre la lumière solaire directe sur des cellules solaires III-V à haut rendement, dont la tension en circuit ouvert dépasse 4 volts dans cette application. » Les cellules solaires III-V sont les cellules solaires les plus efficaces au monde, éprouvées depuis des années et stables à long terme. Actuellement, elles sont principalement utilisées dans le domaine spatial, mais elles peuvent également produire de l'électricité de manière économique sur Terre dans des modules de concentration solaire.

« Pour produire de l'hydrogène, nous connectons directement ces cellules solaires aux cathodes et anodes de deux cellules d'électrolyse PEM en série, réalisant ainsi une correspondance parfaite de leurs caractéristiques électriques », ajoute le Dr Tom Smolinka, responsable du département électrolyse à membrane à l'ISE Fraunhofer. Ainsi, l'électricité générée par les cellules solaires est directement utilisée pour produire de l'hydrogène, sans aucune étape de conversion intermédiaire, ce qui évite les pertes. Lors des essais sur le terrain, le démonstrateur de ce nouveau module photovoltaïque/électrolyse, avec une surface de lentilles 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 démontre que la lumière du soleil peut être utilisée directement et efficacement pour produire de l'hydrogène », déclare le Dr Frank Dimroth, responsable du département photovoltaïque III-V et technologies de concentration à l'ISE Fraunhofer. « Ce développement en est encore à un stade précoce, et il est difficile de dire quand nous pourrons atteindre un système compétitif. Pour faire progresser ce concept, nous recherchons des investisseurs pour notre start-up prévue, Clearsun Energy. »