Centrale solaire de Dau Tieng, province de Tay Ninh . (Photo : MINH PHUONG)
L'énergie solaire s'impose comme une tendance majeure du secteur des énergies renouvelables, notamment grâce à la forte baisse des coûts technologiques et à la transition énergétique mondiale . L'un des moyens les plus courants de convertir l'énergie solaire en électricité pour répondre aux besoins humains consiste à utiliser des panneaux solaires.
Cependant, selon les experts, le développement des centrales solaires à travers le monde révèle d'importantes limites en matière d'environnement et de ressources foncières. Le processus de production photovoltaïque utilise des produits chimiques toxiques tels que l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique et le fluorure d'hydrogène, qui peuvent présenter des risques pour la santé, notamment pour les travailleurs. Un rapport de l'Institute for Energy Research (IER) aux États-Unis indique que les panneaux solaires génèrent 300 fois plus de déchets dangereux que les centrales nucléaires pour une même unité d'énergie produite. Les panneaux solaires contenant des métaux lourds comme le plomb, le chrome et le cadmium peuvent contaminer les sols s'ils sont broyés et enfouis.
De plus, les panneaux solaires de grande envergure occupent beaucoup d'espace, empêchant la croissance de la végétation en dessous et transformant ces zones en terres arides.
Au Vietnam, l'énergie solaire a connu un développement rapide ces dernières années, notamment à Ninh Thuan, considérée comme la capitale nationale de l'énergie solaire. Cet essor s'est produit dans un contexte de forte croissance économique , de demande énergétique élevée et de baisse significative des coûts technologiques. Cependant, les grands projets de centrales solaires occupent de vastes superficies, exerçant une pression importante sur l'environnement. La plupart de ces projets ne prévoient pas de solution pour le recyclage des panneaux solaires en fin de vie, alors que ces dispositifs contiennent des matériaux et des métaux lourds susceptibles de polluer l'environnement s'ils sont éliminés par les méthodes d'enfouissement classiques.
Partout dans le monde, de nombreux groupes de recherche ont cherché à surmonter les limitations des panneaux solaires plans en utilisant la technologie solaire à concentration. Cette technologie concentre la lumière du soleil sur une petite surface afin de réduire considérablement le nombre de cellules photovoltaïques nécessaires. Une équipe de scientifiques chinois a été parmi les premières à proposer un modèle séparant les composantes de la lumière solaire : la lumière rouge et la lumière bleue sont utilisées pour l’agriculture, tandis que le reste est converti en électricité. Cependant, ce modèle est très coûteux car il nécessite l’utilisation de films nano-optiques onéreux pour séparer la lumière, présente une faible durabilité et un facteur de concentration de seulement quelques dizaines de fois, ce qui limite son utilisation à un usage en laboratoire.
Récemment, une équipe d'auteurs de l'Université Phenikaa a développé une nouvelle approche qui surmonte les lacunes susmentionnées et qui est adaptée aux conditions pratiques après la mise en œuvre du projet « Recherche, conception et fabrication d'un système photovoltaïque agricole respectueux de l'environnement basé sur la technologie de l'énergie solaire concentrée », financé par le Fonds national de développement scientifique et technologique (Nafosted).
Le professeur associé Vu Ngoc Hai, chef de projet, a expliqué qu'au lieu d'utiliser un concentrateur parabolique pour obtenir une convergence rectiligne, l'équipe de recherche a opté pour une lentille de Fresnel. Ce composant optique, fin, léger et peu coûteux, est capable de concentrer la lumière en un point précis avec un coefficient de convergence pouvant atteindre plusieurs centaines. Grâce à cette forte compression de la lumière, la surface de la cellule photovoltaïque nécessaire est réduite d'un facteur centuple, ce qui se traduit par une diminution de la quantité de matériaux, de produits chimiques toxiques et de déchets, et donc par des coûts moindres. Cette lentille de Fresnel est d'ailleurs une invention de l'équipe, mise au point dans le cadre de ce projet.
Le professeur associé Vu Ngoc Hai a expliqué plus en détail qu'au point de convergence, l'équipe de recherche a placé un miroir semi-réfléchissant afin de séparer les composantes de la lumière naturelle. La lumière rouge et la lumière bleue (deux régions spectrales fortement absorbées par les plantes) sont transmises à travers le miroir vers la zone de culture. La lumière restante, notamment l'infrarouge riche en énergie thermique, est réfléchie et concentrée sur le panneau solaire à haut rendement. La séparation des composantes lumineuses en un point précis réduit de 25 à 30 fois la surface à traiter, permettant ainsi l'utilisation de techniques de revêtement plus durables, moins coûteuses et industrialisées. Il s'agit d'une amélioration significative par rapport aux technologies existantes dans le monde.
Les sources de lumière rouge et bleue, séparées les unes des autres, sont acheminées vers des fibres optiques puis redistribuées à l'aide de structures optiques. Ceci garantit une répartition uniforme de la lumière sur les plantes, éliminant les ombres et prévenant les pertes de rendement par rapport aux modèles équipés de panneaux solaires largement espacés ou installés sur les toits des serres. La lumière réfléchie, riche en énergie, est convertie en énergie électrique avec un rendement supérieur à celui des panneaux plans traditionnels.
D'après l'équipe de recherche, cette technologie ouvre la voie à des applications potentielles dans les systèmes agro-photovoltaïques au Vietnam, notamment dans les zones à fort ensoleillement où il est nécessaire de combiner production d'électricité et culture. Dans une prochaine phase, l'équipe vise à perfectionner le système afin d'en évaluer l'application pratique et de transférer la technologie aux entreprises et aux systèmes agro-photovoltaïques du pays.
Afin de garantir l'évolutivité du système, l'équipe a collaboré avec l'Université Myongji (Corée du Sud), un établissement spécialisé en optique, matériaux et énergies renouvelables, pour développer conjointement un prototype complet à des fins expérimentales. Cette collaboration a permis à l'équipe de réaliser des mesures de performance dans diverses conditions environnementales, notamment sous le climat tropical d'Hanoï et le climat tempéré de Séoul, en Corée du Sud. L'équipe a évalué la durabilité des lentilles de Fresnel et des filtres optiques, et vérifié la stabilité de la distribution de la lumière sur les plantes. Les premiers résultats des tests ont montré que le système offrait une efficacité de conversion énergétique supérieure aux modèles à panneaux plats traditionnels dans les mêmes conditions d'ensoleillement, tout en fournissant un spectre rouge-vert suffisant pour la croissance des plantes, en évitant les zones d'ombrage localisées et sans réduire le rendement. Les premiers succès de ce programme de collaboration ont été publiés dans la revue internationale Plos One, classée dans le premier quartile.
Selon des représentants du Fonds national de développement scientifique et technologique, ce projet de recherche démontre non seulement la faisabilité de la technologie photovoltaïque agricole de nouvelle génération, mais offre également au Vietnam d'importantes opportunités de rejoindre le groupe des pays maîtrisant la technologie de l'énergie solaire concentrée pour une agriculture durable. L'objectif étant d'optimiser davantage les matériaux optiques, de réduire les coûts et de construire des prototypes à plus grande échelle entre 2025 et 2027, le système devrait pouvoir passer à des essais en plein champ, être transféré aux entreprises et contribuer directement aux objectifs du Vietnam en matière d'agriculture verte, d'économie circulaire et d'énergies renouvelables.
LUMIÈRE DE NEIGE
Source : https://nhandan.vn/dien-mat-troi-cho-nong-nghiep-ben-vung-post926876.html
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