La chute spectaculaire du prix de l’électricité produite par photovoltaïque et l’expansion rapide des capacités de production font du solaire photovoltaïque un élément déterminant du système énergétique mondial. À l’avenir, l’énergie solaire ne concernera pas seulement le secteur de l’électricité, mais alimentera également les secteurs du transport et du chauffage, ainsi que les procédés industriels et chimiques. Cela présente à la fois des opportunités et des défis, tant au niveau du système énergétique que de la R & D et de l’industrie. Des chercheurs internationaux renommés en PV réunis par les instituts de recherche de l’Alliance mondiale pour l’énergie solaire décrivent les points clés des développements futurs dans un article paru le 31 mai 2019 dans «Science». Miscellanées !
L’Alliance mondiale des instituts de recherche sur l’énergie solaire GA-SERI est composée de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (ISE), de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées AIST (Japon) et du laboratoire national d’énergie renouvelable NREL (États-Unis). Depuis 2016, ce groupe d’experts internationaux, auquel ont participé des chercheurs d’autres groupes de divers pays, a débattu des défis concernant le déploiement massif du photovoltaïque et de la manière d’atteindre les objectifs climatiques mondiaux. Selon les experts, la croissance de la branche PV est plus rapide que prévu. À la fin de 2018, 500 gigawatts (GW) de capacité photovoltaïque avaient été installés dans le monde. Les spécialistes envisagent même 10 térawatt (TW) d’ici 2030 et entre 30 et 70 TW d’ici 2050.
«Les prix de vente des modules photovoltaïques ont été divisés par plus de 200 au cours des 40 dernières années. A la fin de 2018, ils étaient inférieurs à 0,25 dollar par watt. Cela a entraîné une baisse spectaculaire du prix de l’électricité produite par le solaire photovoltaïque par rapport à d’autres formes de production d’énergie. Dans de nombreuses régions du monde, l’électricité solaire est absolument compétitive sur le plan des coûts », a déclaré le Dr Andreas Bett, directeur de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire ISE. Les auteurs de cet article concluent que la part croissante du photovoltaïque dans l’économie énergétique globale implique des changements dans les systèmes de production et de fourniture d’énergie ainsi que dans les stratégies d’exploitation.
Les scientifiques ont ainsi identifié cinq domaines d’activité:
Intégration au réseau et électronique de puissance
L’équilibre offre-demande sur de plus grandes distances géographiques, les capacités de stockage ainsi que l’amélioration de la prévision solaire aident à atténuer une partie de la variabilité des ressources solaires. Avec la pénétration croissante du PV sur le réseau, les systèmes photovoltaïques fournissent de plus en plus de services en termes de fiabilité tels que la régulation de tension et de fréquence. Une nouvelle génération d’onduleurs photovoltaïques a d’ailleurs été développée à cet effet. À un très haut niveau de déploiement PV, de nouvelles techniques telles que les contrôleurs d’oscillations virtuels seront utilisées, et le couplage avec le stockage sur batterie créera des systèmes fiables et résilients.
Stockage d’Energie
Le prix des batteries lithium-ion a diminué de 80% au cours des huit dernières années, alors que de nouvelles améliorations sont attendues du fait de l’augmentation des capacités de production et des avancées technologiques. Dans le même temps, la R & D et l’industrie travaillent sur de nouveaux matériaux rentables, à densité d’énergie plus élevée, comme alternative aux batteries lithium-ion. Une autre option est l’énergie hydroélectrique à accumulation par pompage pour laquelle il existe un potentiel technique important dans le monde entier.
Couplage sectoriel
Le secteur des transports représente aujourd’hui 39% de la consommation totale d’énergie fossile, le secteur du chauffage, 17%. L’électrification de ces secteurs augmentera considérablement la part mondiale des énergies renouvelables. Les pompes à chaleur, en tant que technologie de chauffage prédominante, amélioreront considérablement l’efficacité énergétique des bâtiments. Grâce à l’hydrogène et à l’ammoniac produits à moindre coût par l’énergie solaire, des industries telles que la production d’acier, de fer et d’engrais pourront réduire leurs émissions de gaz à effet de serre.
Power to gas
De l’électricité éolienne et photovoltaïque à faible coût peut être utilisée pour produire de l’hydrogène, du méthane et d’autres hydrocarbures. Ces derniers peuvent ensuite être utilisés comme carburants synthétiques et comme produits chimiques pour les processus industriels. En utilisant les technologies de Power to gas et de conversion de gaz en énergie, de nombreux TWh issus des capacités solaires et éoliennes pourraient être stockés sous forme de combustibles chimiques sur une plus longue période. Les chercheurs voient là un grand potentiel d’efficacité et de réduction des coûts.
R & D et production
Selon les experts, la «courbe d’apprentissage» du PV qui accuse une réduction des coûts des modules de 23% à chaque doublement de la capacité installée au cours des 40 dernières années, se poursuivra. Le silicium photovoltaïque, qui représente 95% du marché mondial, montre une tendance vers des cellules solaires à contact passif à faible coût qui permettent des rendements plus élevés. Les progrès technologiques dans le domaine des technologies des couches minces et des technologies émergentes ont conduit à une efficacité record de plus de 20%. Les cellules solaires à jonctions multiples à base de silicium ont déjà atteint des valeurs supérieures à 35%. L’augmentation des volumes de production exige également de nouveaux efforts de R & D : l’offre de matériaux (en particulier la consommation d’argent), la durabilité et le recyclage deviennent des priorités à l’examen de la production à l’échelle du térawatt.
Il est à noter que la publication de l’Alliance globale intitulée “Le photovoltaïque à l’échelle du térawatt: transformer l’énergie mondiale – L’amélioration des coûts et de l’ampleur du phénomène reflète les opportunités qui se profilent” a été publiée le 31 mai 2019 dans Science. Le comité de pilotage de l’ETIP PV compte six coauteurs qui ont abondé ce document scientifique: Christian Breyer, Bernhard Dimmler, Simon Philipps, Rutger Schlatmann, Wim Sinke, Sujet de Marko et Simon Philipps.
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