La baisse spectaculaire du coût des modules solaires photovoltaïques (PV), qui a chuté de 99 % au cours des quatre dernières décennies, est souvent présentée comme une réussite majeure pour la technologie des énergies renouvelables. Mais une question n'a jamais été entièrement abordée :qu'est-ce qui explique exactement cette chute étonnante ?

Une nouvelle analyse réalisée par des chercheurs du MIT a identifié la cause des économies, y compris les politiques et les changements technologiques qui importaient le plus. Par exemple, ils ont découvert que la politique gouvernementale visant à favoriser la croissance des marchés jouait un rôle essentiel dans la réduction des coûts de cette technologie. Au niveau de l'appareil, le facteur dominant était une augmentation de « l'efficacité de conversion, " ou la quantité d'énergie générée à partir d'une quantité donnée de lumière solaire.

Les informations peuvent aider à éclairer les politiques futures et à évaluer si des améliorations similaires peuvent être obtenues dans d'autres technologies. Les résultats sont rapportés aujourd'hui dans le journal Politique énergétique , dans un article du professeur agrégé du MIT Jessika Trancik, post-doctorant Goksin Kavlak, et le chercheur James McNerney.

L'équipe a examiné les facteurs de niveau technologique (« bas niveau ») qui ont affecté les coûts en modifiant les modules et le processus de fabrication. La technologie des cellules solaires s'est considérablement améliorée; par exemple, les cellules sont devenues beaucoup plus efficaces pour convertir la lumière du soleil en électricité. Des facteurs comme celui-ci, Trancik explique, tombent dans une catégorie de mécanismes de bas niveau qui traitent les produits physiques eux-mêmes.

L'équipe a également estimé les impacts sur les coûts des mécanismes "de haut niveau", y compris l'apprentissage par la pratique, Recherche et développement, et des économies d'échelle. Les exemples incluent la manière dont les processus de production améliorés ont réduit le nombre de cellules défectueuses produites et ainsi amélioré les rendements, et le fait que des usines beaucoup plus grandes ont permis d'importantes économies d'échelle.

L'étude, qui couvrait les années 1980 à 2012 (au cours desquelles les coûts des modules ont baissé de 97 %), ont constaté qu'il y avait six facteurs de faible niveau qui représentaient chacun plus de 10 pour cent de la baisse globale des coûts, et quatre de ces facteurs représentaient au moins 15 pour cent chacun. Les résultats soulignent "l'importance d'avoir de nombreux "boutons" différents à tourner, pour obtenir une baisse régulière des coûts, " dit Trancik. Plus il y a d'opportunités différentes pour réduire les coûts, moins il est probable qu'ils s'épuisent rapidement.

L'importance relative des facteurs a changé au fil du temps, l'étude montre. Dans les années précédentes, la recherche et le développement étaient le mécanisme dominant de haut niveau de réduction des coûts, grâce à l'amélioration des dispositifs eux-mêmes et des méthodes de fabrication. Depuis une dizaine d'années environ, cependant, le facteur de haut niveau le plus important dans la baisse continue des coûts a été les économies d'échelle, à mesure que les usines de fabrication de cellules solaires et de modules sont devenues de plus en plus grandes.

« Cela soulève la question de savoir quels facteurs peuvent aider à poursuivre la baisse des coûts, " dit Trancik. "Quelles sont les limites de la taille des plantes ?"

En termes de politique gouvernementale, Trancik dit, les politiques qui ont stimulé la croissance du marché représentaient environ 60 % de la baisse globale des coûts, donc "cela a joué un rôle important dans la réduction des coûts." Les politiques stimulant la croissance du marché comprenaient des mesures telles que des normes de portefeuille d'énergies renouvelables, tarifs de rachat, et diverses subventions. La R&D financée par le gouvernement représentait les 40 % restants, bien que la R&D publique ait joué un rôle plus important dans les premières années, elle dit.

C'est une information importante, Elle ajoute, parce que « pendant longtemps, il y a eu un débat pour savoir si ces politiques fonctionnent - étaient-elles vraiment à l'origine de l'amélioration technologique ? nous pouvons non seulement répondre à cette question, on peut dire de combien."

Cette trouvaille, qui est basé sur la modélisation des mécanismes au niveau du dispositif plutôt que sur une analyse purement corrélationnelle, fournit des preuves solides d'un « cycle vertueux » qui peut être créé entre l'innovation technologique et les politiques de réduction des émissions, dit Trancik. Au fur et à mesure que les politiques d'émissions sont mises en œuvre, les marchés des technologies bas carbone se développent, les technologies s'améliorent, et les coûts des futures réductions d'émissions peuvent diminuer. "Cette analyse nous aide à comprendre pourquoi cela se produit, et à quel point les retours peuvent être forts."

Trancik et ses collègues prévoient d'appliquer une méthodologie similaire à l'analyse d'autres technologies, comme l'énergie nucléaire, ainsi que les autres parties des installations solaires - ce qu'on appelle l'équilibre des systèmes, y compris les structures de montage et les contrôleurs de puissance nécessaires pour les modules solaires, qui n'ont pas été inclus dans cette étude. "La méthode que nous avons développée peut être utilisée comme un outil pour évaluer les coûts de différentes technologies, à la fois rétrospectivement et prospectivement, " dit Kavlak.

"Cela ouvre une autre manière de modéliser le changement technologique, du niveau de l'appareil jusqu'aux mesures politiques, et tout le reste, " dit Trancik. "Nous ouvrons la boîte noire de l'innovation technologique."

"En avant, nous pouvons améliorer notre intuition sur les facteurs en général qui font que les technologies s'améliorent rapidement. L'application de cet outil au solaire photovoltaïque n'est que le début de ce que nous pouvons faire, " dit McNerney.

Alors que l'étude se concentrait sur les performances passées, les facteurs qu'il a identifiés suggèrent qu'« il semble qu'il existe des possibilités d'amélioration des coûts avec cette technologie ». Les résultats suggèrent également que les chercheurs devraient continuer à travailler sur des technologies alternatives au silicium cristallin, qui est la forme dominante de la technologie solaire photovoltaïque aujourd'hui, mais de nombreuses autres variétés sont activement explorées avec des rendements potentiellement plus élevés ou des coûts de matériaux inférieurs.

L'étude souligne également l'importance de poursuivre les progrès dans l'amélioration de l'efficacité des systèmes de fabrication, dont le rôle dans la réduction des coûts a été important. "Il y a probablement plus de gains à faire dans cette direction, " dit Trancik.