Ce qui est une meilleure affaire :un établissement établi, type de panneau solaire standard ou un type de pointe qui fournit plus de puissance pour une zone donnée mais coûte plus cher ?

Il s'avère que c'est loin d'être une simple question, mais une équipe de chercheurs du MIT et d'ailleurs a trouvé un moyen de trouver la meilleure option pour un emplacement et un type d'installation donnés. L'essentiel est que pour les systèmes de toit à l'échelle domestique dans des endroits relativement secs, les panneaux plus performants mais plus coûteux seraient mieux, mais pour les installations à l'échelle du réseau ou pour celles dans les climats plus humides, l'établi, les panneaux moins efficaces mais moins chers sont meilleurs.

Les coûts des cellules solaires continuent de chuter, tandis que les coûts d'installation et des équipements associés restent relativement constants. Donc, déterminer les compromis impliqués dans la planification d'une nouvelle installation est devenu plus compliqué. Mais la nouvelle étude fournit un moyen clair d'estimer la meilleure technologie pour un projet donné, disent les auteurs.

Les résultats sont rapportés aujourd'hui dans le journal Énergie naturelle , dans un article de Sarah Sofia, étudiante diplômée du MIT, professeur agrégé de génie mécanique Tonio Buonassisi, chercheur scientifique I. Marius Peters, et trois autres au MIT et chez First Solar et Siva Power, entreprises solaires en Californie.

L'étude a comparé deux variétés de base de cellules solaires :des conceptions standard qui utilisent un seul type de matériau photovoltaïque, et des conceptions avancées qui combinent deux types différents (appelés cellules tandem) afin de capter une plus grande partie de l'énergie de la lumière du soleil. Pour les cellules tandem, les chercheurs ont également comparé différentes variétés :celles dont chacune des deux cellules est reliée en série, appelées cellules tandem à deux jonctions, et ceux où chaque cellule est câblée séparément, appelées cellules tandem à quatre jonctions.

Au lieu de simplement regarder la quantité d'énergie que chaque type peut fournir, l'équipe a analysé tous les coûts d'installation et d'exploitation associés au fil du temps, produire une mesure appelée coût actualisé de l'électricité (LCOE), une mesure qui intègre tous les coûts et revenus sur la durée de vie du système.

« Les cellules à simple jonction standard ont une limite d'efficacité maximale d'environ 30 %, ", explique Sofia, alors que les "cellules en tandem, utilisant deux matériaux, peut avoir une efficacité beaucoup plus élevée, au-dessus de 40 pour cent. » Mais si une efficacité plus élevée est évidemment un avantage en principe, "quand tu fais un tandem, vous avez essentiellement deux cellules solaires au lieu d'une, donc c'est plus cher à fabriquer. Donc, nous voulions voir si cela en valait la peine, " elle dit.

Pour leur analyse, l'équipe a examiné trois types d'environnement :aride (Arizona), tempéré (Dakota du Sud), et humide (Floride) - car la quantité de vapeur d'eau dans l'air peut affecter la quantité de lumière solaire atteignant la cellule solaire. Dans chacun de ces endroits, ils ont comparé les deux types standard de cellules solaires à simple jonction (tellurure de cadmium, ou CdTe, et cuivre-indium-gallium-séléniure, ou CIGS) avec deux types différents de cellules tandem, à deux ou quatre jonctions. Ainsi, au total, quatre technologies différentes ont été étudiées dans chaque environnement. En outre, ils ont étudié comment le LCOE global des installations serait affecté selon que les prix globaux de l'énergie restent constants ou diminuent dans le temps, comme de nombreux analystes s'y attendent.

Les résultats étaient quelque peu surprenants. "Pour les systèmes résidentiels, nous avons montré que le système tandem à quatre bornes [la cellule solaire la plus efficace disponible] était la meilleure option, quel que soit le lieu, " dit Sofia. Mais pour les installations à grande échelle, la cellule avec les coûts de production les plus bas est la meilleure affaire, les chercheurs ont trouvé.

Les nouvelles découvertes pourraient être importantes pour ceux qui planifient de nouvelles installations solaires, dit Sofia. "Pour moi, montrer qu'une cellule tandem à quatre bornes avait une chance claire de réussir n'était pas évident. Cela montre vraiment l'importance d'avoir un rendement énergétique élevé dans un système résidentiel."

Mais parce que les systèmes à grande échelle peuvent répartir les coûts de l'installation et des systèmes de contrôle sur beaucoup plus de panneaux, et parce que l'espace a tendance à être moins limité dans de telles installations, "nous n'avons jamais vu d'opportunité" pour le plus coûteux, cellules efficaces dans de tels contextes. Dans les grands tableaux, "parce que les coûts d'installation sont si bon marché, ils veulent juste les cellules les moins chères [par watt de puissance], " elle dit.

L'étude pourrait aider à orienter les priorités de recherche en technologie solaire, dit Sofia. « Il y a eu beaucoup de travail dans ce domaine, sans demander cela d'abord [si l'économie aurait vraiment du sens]. Nous devrions nous poser la question avant de faire tout le travail. ... J'espère que cela pourra servir de guide pour savoir où concentrer les efforts de recherche, " elle dit.

La méthodologie développée par l'équipe pour effectuer les comparaisons devrait être applicable à de nombreuses autres comparaisons de technologies solaires, non seulement les types spécifiques choisis pour cette étude, dit Sofia. "Pour les technologies à couches minces, c'est généralisable, " elle dit.

Parce que les matériaux qu'ils ont étudiés pour le cas à quatre bornes sont déjà commercialisés, Sofia dit, « s'il y avait une entreprise qui avait un intérêt, " pratique, des systèmes tandem abordables à quatre jonctions pour les applications résidentielles pourraient potentiellement être mis sur le marché assez rapidement.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.