fr.wedoany.com Rapport : Une équipe dirigée par l'Université du Qatar (Qatar University) a développé et validé expérimentalement à l'échelle d'un module un prototype photovoltaïque sphérique assisté par réflecteur, et a mené une expérience de validation de concept de neuf jours en extérieur. Ce prototype est composé de 450 cellules solaires en silicium monocristallin, réparties sur un substrat sphérique de 0,70 mètre de diamètre, équipé d'un réflecteur hémisphérique. Les tests ont confirmé l'opérabilité en extérieur du système, mais les simulations annuelles montrent que sa production annuelle d'électricité reste inférieure à celle d'un module de référence plan.
Contrairement aux modules plans conventionnels qui ne présentent qu'une seule orientation de surface dominante, la structure sphérique répartit les cellules photovoltaïques sur une gamme continue d'inclinaisons et d'azimuts ; par rapport aux configurations non planes telles que les formes cylindriques ou coniques, la sphère ne présente aucune direction azimutale privilégiée, ce qui lui permet de capter le rayonnement solaire au fil de la position du soleil dans la journée sans nécessiter de suivi mécanique. L'innovation clé réside dans le réflecteur hémisphérique en forme de bol, qui redirige le rayonnement incident autrement inexploitable vers différentes zones de la surface sphérique. Les simulations montrent que l'ajout du réflecteur peut augmenter la production d'énergie d'environ 71 % par rapport à une configuration sphérique identique sans réflecteur. L'équipe de recherche a également construit un cadre de modélisation des performances sensible à la géométrie pour évaluer l'irradiance dépendante de la direction sur la surface sphérique et la convertir en production d'électricité corrigée en fonction de la température.
Amith Khandakar, auteur correspondant, a déclaré dans un entretien accordé à pv magazine que le cœur de cette technologie réside dans l'intégration d'une architecture photovoltaïque entièrement sphérique, de la capture d'irradiance assistée par réflecteur, du cadre de modélisation susmentionné, ainsi que d'un prototype réellement fabriqué et testé en extérieur, dans un cadre unifié. L'équipe de recherche estime que les applications potentielles de ce module incluent les sites à orientation non optimale et à faible angle d'élévation solaire, les systèmes intégrés au bâtiment, les installations mobiles ou à orientation contrainte, ainsi que les environnements où le nettoyage est difficile. L'article associé, intitulé « Reflector-assisted spherical photovoltaic module for solar energy harvesting », a été publié dans la revue Solar Energy.
Ce prototype photovoltaïque sphérique assisté par réflecteur utilise des cellules de 52 mm × 52 mm, sans verre commercial ni encapsulation complète ; les cellules sont connectées en série et montées sur un noyau sphérique en polystyrène expansé opaque. Environ 80 % de la surface sphérique est couverte par des cellules actives, le reste étant réservé au câblage, aux interconnexions et à l'espacement mécanique. La conception optique comprend un réflecteur hémisphérique en aluminium poli qui dirige la lumière réfléchie vers l'hémisphère inférieur, sans nécessiter de cellules photovoltaïques supplémentaires. L'albédo effectif du réflecteur est de 0,95, l'espacement radial est de 0,40 mètre et la surface réfléchissante est d'environ 3,07 mètres carrés ; l'empreinte au sol de l'ensemble du dispositif est estimée à 1,74 mètre carré.
L'équipe a utilisé un système de surveillance basé sur ESP32 pour mener une expérience de validation de concept de neuf jours en extérieur, enregistrant la tension, le courant, la puissance, la température de surface et les paramètres environnementaux, et en les comparant à un panneau plan de référence (ce panneau de référence étant fixé à une inclinaison de 25° orientée au sud, dans des conditions de test se référant à celles de Doha, au Qatar). Pendant la période de test, le système sphérique a produit 183,17 wattheures d'électricité dans des conditions extérieures différentes des conditions de test standard (STC), la réponse électrique variant clairement avec l'irradiance ; après neuf jours sans nettoyage, le prototype sphérique a conservé environ 92 % de sa production initiale, ce que l'équipe de recherche a interprété comme une possible résistance à l'encrassement, bien qu'aucune mesure quantitative de la poussière n'ait été effectuée. Les courbes mesurées correspondent aux tendances diurnes attendues de la disponibilité solaire, fournissant un soutien expérimental au comportement qualitatif prédit par le modèle sensible à la géométrie ; les observations de température de surface obtenues par enregistrement infrarouge sont présentées uniquement comme des tendances thermiques indicatives et ne sont pas considérées comme une preuve d'un avantage thermique confirmé.
Les résultats de simulation montrent que de juin à août 2025, la sphère assistée par réflecteur a produit 113,0 kWh par module, contre 105,3 kWh par module pour le module plan de référence, soit une augmentation de 7,3 %. Cependant, la simulation annuelle optimisée ultérieure a inversé cet avantage : la sphère assistée par réflecteur a produit 405,5 kWh par module par an, contre environ 425,0 kWh par an pour la référence plane ; la sphère n'a surpassé la référence plane que pendant 4 mois sur 12, ce qui indique que l'avantage principal de cette conception réside dans une réponse directionnelle plus large, plutôt que dans une production annuelle d'énergie constamment supérieure.
Dans le cadre d'hypothèses économiques préliminaires, le coût actualisé de l'énergie (LCOE) du système sphérique est estimé à 0,0424 dollar/kWh, contre 0,0320 dollar/kWh pour la référence plane, soit environ 32,5 % de plus. Dans l'ensemble, cette étude établit l'opérabilité en extérieur et l'avantage optique apporté par le réflecteur, mais ne démontre pas encore sa supériorité en termes de production annuelle d'énergie, de performances thermiques, de résistance à l'encrassement ou de viabilité économique. L'équipe conclut que ces travaux établissent une base pratique à l'échelle du prototype pour le développement du photovoltaïque sphérique et identifient les principales améliorations de conception nécessaires pour une optimisation future, notamment l'encapsulation protectrice, les mesures d'irradiance calibrées, l'évaluation quantitative de l'encrassement, les tests de durabilité et une validation en extérieur à plus long terme.
