Une nouvelle étude montre que, contrairement à la croyance répandue dans l'industrie de l'énergie solaire, les nouveaux types de cellules et de panneaux solaires n'ont pas nécessairement besoin de durer de 25 à 30 ans pour être économiquement viables sur le marché actuel.

Plutôt, des panneaux solaires avec une durée de vie initiale d'à peine 10 ans peuvent parfois avoir un sens économique, même pour les installations à l'échelle du réseau, ouvrant ainsi potentiellement la porte à de nouvelles technologies solaires photovoltaïques prometteuses qui ont été considérées comme insuffisamment durables pour une utilisation généralisée.

Les nouvelles découvertes sont décrites dans un article de la revue Joule , par Joël Jean, un ancien post-doctorant du MIT et PDG de la start-up Swift Solar; Vladimir Bulovic, professeur de génie électrique et d'informatique et directeur de MIT.nano; et Michael Woodhouse du National Renewable Energy Laboratory (NREL) au Colorado.

« Quand vous parlez aux gens du champ solaire, ils disent que tout nouveau panneau solaire doit durer 25 ans, " dit Jean. " Si quelqu'un propose une nouvelle technologie avec une durée de vie de 10 ans, personne ne va le regarder. C'est considéré comme une connaissance commune dans le domaine, et c'est un peu paralysant."

Jean ajoute que "c'est une barrière énorme, parce que vous ne pouvez pas prouver une vie de 25 ans en un an ou deux, ou même 10." Cette présomption, il dit, a laissé de nombreuses nouvelles technologies prometteuses sur la touche, comme les technologies conventionnelles du silicium cristallin dominent de manière écrasante le marché solaire commercial. Mais, les chercheurs ont trouvé, cela n'a pas besoin d'être le cas.

"Nous devons nous rappeler qu'en fin de compte, ce qui préoccupe les gens, ce n'est pas le coût du panneau ; c'est le coût actualisé de l'électricité, " dit-il. En d'autres termes, c'est le coût réel par kilowattheure fourni sur la durée de vie utile du système, y compris le coût des panneaux, onduleurs, rayonnage, câblage, terre, main d'oeuvre d'installation, permettant, interconnexion au réseau, et d'autres composants du système, ainsi que les frais d'entretien courant.

Une partie de la raison pour laquelle l'économie de l'industrie solaire semble différente aujourd'hui que par le passé est que le coût des panneaux (également connus sous le nom de modules) a tellement chuté que maintenant, les coûts de « l'équilibre du système », c'est-à-dire tout, sauf les panneaux eux-mêmes, dépasse celui des panneaux. Cela veut dire que, tant que les nouveaux panneaux solaires sont électriquement et physiquement compatibles avec les rayonnages et les systèmes électriques, il peut être économique de remplacer les panneaux par des panneaux plus récents, les meilleurs au fur et à mesure qu'ils deviennent disponibles, tout en réutilisant le reste du système.

"La plupart de la technologie est dans le panneau, mais la plupart des coûts sont dans le système, " dit Jean. " Au lieu d'avoir un système où vous l'installez et puis remplacez tout au bout de 30 ans, et si vous remplaciez les panneaux plus tôt et laissiez tout le reste pareil ? L'une des raisons qui pourraient fonctionner économiquement est que si vous les remplacez par des panneaux plus efficaces, " ce qui est susceptible d'être le cas car une grande variété de technologies plus efficaces et moins coûteuses sont explorées dans le monde.

Il dit que ce que l'équipe a trouvé dans son analyse, c'est qu'« avec quelques mises en garde concernant le financement, vous pouvez, en théorie, obtenir à un coût compétitif, parce que vos nouveaux panneaux s'améliorent, avec une durée de vie aussi courte que 15 ou même 10 ans."

Bien que les coûts des cellules solaires aient baissé d'année en année, Bulovic dit, "l'attente que l'on devait démontrer une durée de vie de 25 ans pour toute nouvelle technologie de panneaux solaires est restée une tautologie. Dans cette étude, nous montrons qu'à mesure que les panneaux solaires deviennent moins chers et plus efficaces, l'équilibre des coûts change de manière significative."

Il dit que l'un des objectifs du nouveau document est d'alerter les chercheurs que leurs nouvelles inventions solaires peuvent être rentables même si elles ont une durée de vie relativement courte, et peut donc être adopté et déployé plus rapidement que prévu. À la fois, il dit, les investisseurs doivent savoir qu'ils peuvent réaliser des bénéfices plus importants en optant pour des technologies solaires efficaces qui n'ont peut-être pas fait leurs preuves pour durer aussi longtemps, sachant que périodiquement les panneaux peuvent être remplacés par des plus récents, plus efficaces.

"Les tendances historiques montrent que la technologie des panneaux solaires ne cesse de gagner en efficacité d'année en année, et ces améliorations sont vouées à se poursuivre pour les années à venir, " dit Bulovic. Les cellules solaires à base de pérovskite, par exemple, lorsqu'il a été développé pour la première fois il y a moins d'une décennie, n'ont eu que quelques pour cent d'efficacité. Mais récemment, leur performance record a dépassé 25 % d'efficacité, contre 27 % pour la cellule au silicium record et environ 20 % pour les modules au silicium standard actuels, selon Bulovic. Surtout, dans de nouvelles conceptions d'appareils, une cellule solaire pérovskite peut être empilée sur une autre pérovskite, silicium, ou cellule à couche mince, augmenter la limite d'efficacité maximale réalisable à plus de 40 %, ce qui est bien au-dessus de la limite fondamentale de 30 pour cent des technologies solaires au silicium d'aujourd'hui. Mais les pérovskites ont des problèmes de longévité de fonctionnement et il n'a pas encore été démontré qu'elles pouvaient se rapprocher de la norme de 25 ans.

Bulovic espère que l'étude "changera le paradigme de ce qui a été accepté comme une vérité mondiale". Jusqu'à maintenant, il dit, "de nombreuses technologies prometteuses n'ont même jamais vu le jour, parce que la barre est placée trop haut" sur le besoin de durabilité.

Pour leur analyse, l'équipe a examiné trois types différents d'installations solaires :un système résidentiel typique de 6 kilowatts, un système commercial de 200 kilowatts, et un grand système à grande échelle de 100 mégawatts avec suivi solaire. Ils ont utilisé des paramètres de référence NREL pour les systèmes solaires américains et une variété d'hypothèses sur les progrès futurs dans le développement de la technologie solaire, financement, et la mise au rebut des panneaux initiaux après remplacement, y compris le recyclage des modules usagés. Les modèles ont été validés à l'aide de quatre outils indépendants de calcul du coût actualisé de l'électricité (LCOE), une mesure standard pour comparer la viabilité économique de différentes sources d'électricité.

Dans les trois types d'installation, ils ont trouvé, selon les particularités des conditions locales, le remplacement par de nouveaux modules après 10 à 15 ans pourrait dans de nombreux cas offrir des avantages économiques tout en maintenant les nombreux avantages environnementaux et de réduction des émissions de l'énergie solaire. L'exigence de base pour la compétitivité des coûts est que toute nouvelle technologie solaire qui doit être installée aux États-Unis doit commencer avec une efficacité de module d'au moins 20 pour cent, un coût ne dépassant pas 30 cents par watt, et une durée de vie d'au moins 10 ans, avec le potentiel d'améliorer les trois.

Jean fait remarquer que les technologies solaires qui sont considérées comme standard aujourd'hui, principalement à base de silicium, mais aussi des variantes à couche mince telles que le tellurure de cadmium, "n'étaient pas très stables dans les premières années. La raison pour laquelle ils durent 25 à 30 ans aujourd'hui est qu'ils ont été développés pendant de nombreuses décennies." La nouvelle analyse peut maintenant ouvrir la porte au déploiement de certaines des nouvelles technologies prometteuses à une échelle suffisante pour accumuler des niveaux d'expérience et d'amélioration similaires au fil du temps et pour avoir un impact sur le changement climatique plus tôt qu'elles ne le pourraient sans remplacement de module, il dit.

« Cela pourrait nous permettre de lancer des idées qui seraient mortes sur la vigne » en raison de la perception qu'une plus grande longévité était essentielle, dit Bulovic.