Le réchauffement climatique réduira l'efficacité des cellules solaires

• Des chercheurs du MIT présentent une projection simple de l'impact du changement climatique sur les performances des cellules photovoltaïques au silicium.
• En moyenne, la sortie de la cellule photovoltaïque diminue de 0,45 % pour chaque degré d'augmentation de la température.

Au 21ème siècle, deux choses vont se produire à coup sûr :la Terre se réchauffera et le déploiement de panneaux solaires augmentera. Compte tenu de ces deux facteurs, la question se pose de savoir comment le réchauffement climatique affectera la production d'énergie solaire dans les décennies à venir.

Les cellules photovoltaïques étant sensibles à la température, leurs performances sont principalement basées sur les conditions météorologiques locales, telles que la concentration d'aérosols et la teneur en eau dans l'atmosphère. Les performances de la technologie photovoltaïque la plus populaire, le silicium, sont réduites avec l'augmentation des niveaux de température et d'humidité.

Bien que l'impact de la hausse des températures sur les performances des cellules solaires ait été abordé dans plusieurs études, la projection des changements dans l'insolation solaire est restée incertaine. Aujourd'hui, des chercheurs du MIT ont présenté une projection simple de l'impact du changement climatique sur les performances des cellules photovoltaïques au silicium dans le monde.

Ils ont utilisé le scénario Représentative Concentration Pathway (RCP) 4.5 pour analyser l'impact des installations photovoltaïques. Le scénario prévoit un pic d'émissions de gaz à effet de serre en 2040 et une augmentation de la température moyenne mondiale (1,8 Kelvin) d'ici 2100.

Le rendement des cellules solaires diminue à mesure qu'elles deviennent plus chaudes

Un panneau solaire est composé de plusieurs unités plus petites appelées cellules photovoltaïques. Ces cellules fonctionnent en permettant aux photons (de la lumière du soleil) de libérer les électrons des atomes, créant ainsi un flux de courant électrique.

Ce faisant, ils créent également des « trous » chargés positivement dans le matériau, qui s'écoulent dans la direction opposée aux électrons. L'efficacité des cellules dépend de la vitesse à laquelle les électrons se recombinent avec les trous. Plus ils se recombinent rapidement, moins le rendement est élevé car cela les fait sortir de la bande de conduction.

La vitesse de recombinaison est proportionnelle à la température. Cela signifie que lorsque l'environnement extérieur se réchauffe, la puissance du panneau solaire diminue.

Comme les températures augmentent presque partout sur Terre, l'efficacité des cellules solaires est attendue partout. Cependant, certaines régions seront meilleures que d'autres. Selon les chercheurs, les régions les plus touchées (les pires) sont l'Asie centrale, l'Afrique australe et le sud des États-Unis.

Référence :arXiv:1908.00622

Les calculs montrent qu'en moyenne, la sortie de la cellule photovoltaïque diminue de 0,45% pour chaque degré d'augmentation de température. La production d'énergie des installations photovoltaïques au silicium sera réduite de près de 15 kWh/kWc, certaines zones connaissant des pertes allant jusqu'à 50 kWh/kWc.

Les chercheurs ont également créé une carte mondiale pour afficher l'étendue du changement dans la production d'énergie dans n'importe quelle région.

Estimation de l'évolution globale de la production d'énergie pour les installations photovoltaïques au silicium au 21e siècle 

C'est juste une figure représentative

Les chercheurs ont mentionné que la marque -0,45 %/K n'est qu'une valeur représentative. Les progrès de la science des matériaux pourraient modifier considérablement ces chiffres à l'avenir.

Par exemple, les matériaux avec une bande interdite plus élevée, comme le tellurure de cadmium, ont une baisse beaucoup plus faible de la production d'énergie. Ainsi, les futures installations solaires pourraient être plus résistantes aux variations de température.

Lire :Cellule solaire à double couche la plus efficace avec une efficacité de 22,4 %

De plus, le réchauffement climatique n'est pas le seul facteur qui réduira l'efficacité des cellules solaires. Les variations des niveaux d'ensoleillement et d'humidité, en particulier, affecteront la lumière du soleil qui atteint un panneau. Nous devrons tenir compte de tous ces facteurs lors de la planification des systèmes d'énergie verte et renouvelable pour l'avenir.