Le photovoltaïque en comparaison
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Le photovoltaïque est la technique la plus performante pour tirer du courant de l'environnement. Il est en même temps l'étalon de comparaison naturel de la neutrinovoltaïque — et la comparaison est instructive, parce qu'elle montre en quoi les deux approches se distinguent réellement.
Comment travaille une cellule solaire
Un photon frappe le silicium et y fait passer un électron par-dessus la bande interdite de 1,12 électronvolt. Un champ électrique intégré à la jonction p-n sépare l'électron de la lacune laissée derrière, avant que les deux ne se retrouvent. Le porteur de charge ainsi séparé s'écoule sous forme de courant.
Le processus est une surface — il se déroule à la surface, dans une couche de quelques micromètres.
Les limites sont connues
Ce qui est remarquable dans le photovoltaïque, c'est la précision avec laquelle ses limites supérieures sont calculées. William Shockley et Hans-Joachim Queisser déduisirent en 1961 qu'une cellule simple peut utiliser au maximum environ 33 pour cent de la lumière du soleil.
La raison réside dans le spectre. Les photons dont l'énergie est trop faible ne passent pas la bande interdite et sont perdus. Les photons dont l'énergie est trop élevée cèdent l'excédent sous forme de chaleur. Seule une partie de la lumière convient.
Les cellules de silicium actuelles atteignent en laboratoire tout juste 27 pour cent, les modules sur le terrain environ 20 à 23. La technique est donc proche de sa limite théorique — un signe de maturité. On ne va plus loin qu'avec des cellules empilées pour différents domaines spectraux, par exemple du silicium avec de la pérovskite.
La seule propriété qui détermine tout
Le photovoltaïque a besoin de lumière. La nuit, il ne fournit rien, et ce n'est pas une insuffisance technique, mais la définition du procédé.
En Allemagne, il en résulte un taux d'utilisation d'environ onze pour cent sur l'année : une installation fournit en moyenne un neuvième de ce qu'elle pourrait à pleine charge. Le reste, c'est la nuit, les nuages, l'hiver.
C'est exactement ici qu'interviennent tous les procédés de la récupération d'énergie qui ne dépendent pas de la lumière.
La différence d'approche
L'équation maîtresse de la neutrinovoltaïque intègre en revanche sur le volume, et non sur une surface. C'est là la véritable différence, et elle a trois conséquences :
La production doit croître avec le nombre de couches, et non avec la surface éclairée. Le brevet WO2016142056A1 revendique dix à vingt couches alternées de graphène et de silicium, en particulier douze.
L'orientation devient superflue. Une installation solaire doit être tournée vers le sud et se tenir autant que possible en pente. Un composant qui répond à des flux incidents de toutes parts n'a besoin d'aucune orientation.
Le cycle jour-nuit disparaît. Les canaux d'entrée cités sont, selon la présentation du groupe, présents vingt-quatre heures sur vingt-quatre.
Ce qui s'en déduit équitablement
Les deux procédés ne sont pas des concurrents pour la même place. Ils visent des situations différentes.
Le photovoltaïque est attesté, éprouvé dans des milliards de modules, industriellement mûr et, là où le soleil brille et où la surface est disponible, imbattablement bon marché. Qui a un toit n'a pas besoin d'alternative.
La neutrinovoltaïque vise le contraire : pas de lumière, pas de surface, pas d'orientation. Une cave, l'intérieur d'un appareil, un site dans la nuit polaire. Le groupe présente expressément ses projets comme étant en cours de développement et qualifie les valeurs de puissance citées d'objectifs de conception.
La comparaison est ainsi moins une compétition qu'un partage : le photovoltaïque a montré que l'énergie ambiante est utilisable à grande échelle. La question de la neutrinovoltaïque est de savoir si cela réussit aussi là où la lumière ne parvient pas.
Termes apparentés
- Silicium — le matériau commun
- L'équation maîtresse — pourquoi le volume plutôt que la surface
- Récupération d'énergie — le domaine général
- Thermophotovoltaïque — de la lumière à partir de la chaleur
Sources
- W. Shockley, H. J. Queisser : Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells, Journal of Applied Physics 32, 510 (1961).
- Fraunhofer ISE : Photovoltaics Report — rendements et chiffres de production.