Le changement climatique menace l'efficacité des panneaux solaires : étude MIT révèle l'impact

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

Au 21ème siècle, deux choses vont se produire c'est certain : la Terre va se réchauffer et le déploiement des panneaux solaires va augmenter. Compte tenu de ces deux facteurs, la question se pose : comment le réchauffement climatique affectera-t-il la production d'énergie solaire dans les décennies à venir.

Puisque les cellules photovoltaïques sont sensibles à la température, leur performance est principalement basée sur les conditions météorologiques locales, telles que la concentration d'aérosols et la teneur en eau dans l'atmosphère. La performance de la technologie photovoltaïque la plus populaire, le silicium, est réduite avec l'augmentation de la température et des niveaux d'humidité.

Bien que l'impact de l'augmentation des températures sur la performance des cellules solaires ait été abordé dans plusieurs études, la projection des changements d'ensoleillement est restée incertaine. Maintenant, des chercheurs du MIT ont présenté une projection simple de l'impact du changement climatique sur la performance des cellules photovoltaïques en silicium dans le monde entier.

Ils ont utilisé le scénario de voie de concentration représentative (RCP) 4.5 pour analyser l'impact des installations photovoltaïques. Le scénario projette 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.

La sortie des cellules solaires chute quand elles chauffent

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 des électrons des atomes, créant un flux de courant électrique.

Ce faisant, elles créent aussi des « trous » chargés positivement dans le matériau, qui circulent dans le sens opposé aux électrons. L'efficacité des cellules dépend de la vitesse à laquelle les électrons se recombinent avec les trous. Plus ils se recombinent vite, plus la sortie est faible car cela les sort de la bande de conduction.

Le taux de recombinaison est proportionnel à la température. Cela signifie que plus l'environnement externe se réchauffe, plus la sortie du panneau solaire diminue.

Comme les températures augmentent presque partout sur Terre, l'efficacité des cellules solaires devrait diminuer partout. Cependant, certaines régions seront mieux loties que d'autres. Selon les chercheurs, les régions les plus affectées (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 cent pour chaque degré d'augmentation de température. La production d'énergie des installations photovoltaïques en silicium diminuera d'environ 15 kWh/kWp, certaines zones subissant des pertes allant jusqu'à 50 kWh/kWp.

Les chercheurs ont également créé une carte mondiale pour afficher l'ampleur du changement de production d'énergie dans toute région.

Changement global estimé de la production d'énergie pour installation photovoltaïque en silicium au 21ème siècle

C'est juste une valeur représentative

Les chercheurs ont mentionné que la marque -0,45%/K n'est qu'une valeur représentative. Les avancées en science des matériaux pourraient changer substantiellement ces chiffres à l'avenir.

Par exemple, les matériaux avec un gap de bande plus élevé, comme le tellurure de cadmium, ont une chute beaucoup plus faible de la production d'énergie. Ainsi, les futures installations solaires pourraient être plus robustes face aux variations de température.

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