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Pourquoi le photovoltaïque solaire moins cher est essentiel pour lutter contre le changement climatique
La baisse rapide du prix de l'énergie solaire a transformé notre façon de penser à l'énergie propre. Mais il doit encore être beaucoup moins cher.
30 juin 2021
Andréa Daquino
Fin 2007, moins de 10 ans après le début de l'existence de l'entreprise, Google s'est lancé sur le front de l'énergie propre. Sous une fanfare d'applaudissements de haut en bas de la Silicon Valley et bien au-delà, il déclaré RE
Il serait trop facile de voir cela comme un aveu d'échec - la grande technologie jouant dans une arène dont elle ne savait rien, avec l'orgueil pour lequel la Silicon Valley est connue. Mais quelque chose d'autre se passait. Le changement de stratégie de Google reflète le succès grandissant du secteur solaire . Google a réalisé que ses énergies étaient mieux orientées vers la mise à l'échelle massive des technologies renouvelables existantes dont le prix avait chuté, plutôt que d'en inventer de nouvelles.
Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2021
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Alors que Google a cloué le passage de la R&D au déploiement, il parie sans doute encore gros sur la mise à l'échelle de la mauvaise technologie. Au début des années 2010, la course solaire ressemblait à une compétition serrée entre Panneau photovoltaïque (VP) et énergie solaire concentrée à grande échelle (CSP), qui utilise des fluides chauffés par le soleil pour entraîner des turbines de puissance. Google a rapidement investi plus d'un milliard de dollars dans une multitude d'entreprises et de services publics d'énergie renouvelable, y compris de gros investissements dans les équipements CSP BrightSource Energy et eSolar. Une décennie plus tard, de tels choix ne semblent pas prometteurs, car le CSP a également perdu face à la baisse rapide et continue des coûts du PV.
Google n'est pas le seul à mal évaluer à plusieurs reprises la baisse du prix des cellules solaires au cours des dernières décennies et son impact sur la façon dont nous pensons à l'énergie propre. Les coûts de l'énergie solaire photovoltaïque ont chuté d'environ un facteur de 10 au cours de la dernière décennie, en plus des baisses de coûts déjà impressionnantes jusqu'à ce point, pour une baisse totale d'environ un facteur de cent depuis que le président américain Jimmy Carter a dévoilé les panneaux solaires à la Maison Blanche. en 1979. (Ronald Reagan les a éliminés en 1986, lors de son deuxième mandat de président.)
Pour mettre les choses en perspective, si le prix de l'essence avait baissé de la même manière par rapport aux niveaux de 1979, il en coûterait aujourd'hui quelques centimes le gallon. L'essence, bien sûr, est une marchandise, dont les prix fluctuent pour un certain nombre de raisons technologiques, économiques et politiques. Les prix du solaire photovoltaïque dépendent également de tous ces facteurs, mais au fil des ans, la technologie a clairement dominé. (Cette année, les prix des modules solaires photovoltaïques ont augmenté d'environ 18 % en raison d'un resserrement temporaire de la chaîne d'approvisionnement en silicium.)
Dans son dernier rapport annuel Perspectives énergétiques mondiales , l'Agence internationale de l'énergie a déclaré que le solaire photovoltaïque était la source d'électricité la moins chère de l'histoire pour les régions ensoleillées avec un faible coût de financement. Ces deux qualifications sont importantes. Le soleil est évident - le solaire sera toujours moins cher à Phoenix, en Arizona, qu'à New York - mais le rapport a conclu que le solaire est désormais moins cher que le charbon et le gaz naturel dans de nombreux endroits.
L'énergie solaire doit être si bon marché qu'il est financièrement logique de construire de nouvelles capacités solaires et de fermer les centrales au charbon et au gaz qui rapportent encore de l'argent à leurs propriétaires.
Le financement est la clé de la raison pour laquelle cela est vrai. Le solaire photovoltaïque et d'autres énergies renouvelables telles que l'éolien ont des dépenses d'exploitation faibles ou proches de zéro - les coûts initiaux ont toujours été le principal obstacle, et le financement en a été une des principales raisons. Grâce en partie à diverses politiques gouvernementales, l'investissement solaire est devenu beaucoup moins risqué au cours de la dernière décennie, libérant de l'argent bon marché.
En conséquence, le déploiement de l'énergie solaire photovoltaïque a augmenté rapidement ; c'est maintenant la source d'électricité qui connaît la croissance la plus rapide au monde, et les chiffres le resteront encore un certain temps. Il part cependant d'une base de capacité installée faible, loin derrière le charbon, le gaz, l'hydroélectricité, le nucléaire et même l'éolien, qui est bon marché depuis plus longtemps. Et c'est là que réside l'un des plus gros problèmes du solaire photovoltaïque. C'est peut-être la forme d'électricité la moins chère pour beaucoup, mais cela à lui seul ne rend pas la transition vers une énergie propre assez rapide.
Nous avons besoin de toujours plus d'avancées technologiques. Pourquoi s'arrêter à la parité réseau, le point où il est aussi bon marché de construire et d'exploiter des panneaux solaires photovoltaïques que de fournir de l'électricité via des sources d'énergie fossiles ? Pourquoi pas 10% moins cher ? Pourquoi ne pas s'efforcer de réduire les coûts d'un autre facteur de 10 en une décennie ? De telles baisses sont nécessaires parce que l'objectif sacré de parité réseau est trompeur - la vraie question est de savoir à quel moment les services publics abandonneront réellement les centrales au charbon existantes et passeront au solaire, plutôt que d'éviter simplement d'ajouter de nouvelles capacités au charbon. L'énergie solaire doit être si bon marché qu'il est financièrement logique de construire de nouvelles capacités solaires et de fermer les centrales au charbon et au gaz qui rapportent encore de l'argent à leurs propriétaires.
Tout cela nécessite une politique à la fois pour pousser la technologie solaire existante et soutenir la R&D dans les nouvelles technologies. L'ensemble du package comprend la recherche technologique, le développement, la démonstration, le déploiement et la diffusion. Chaque étape de cette chaîne mérite un soutien direct du gouvernement, en gardant à l'esprit que cela devient également de plus en plus coûteux à mesure que l'on descend dans la chaîne.
Comment obtenir moins cher
Pour mieux optimiser les investissements afin d'obtenir un solaire encore moins cher, il est utile de comprendre quels facteurs ont fait baisser le coût de l'énergie renouvelable au cours des dernières décennies.
Scientifique des systèmes énergétiques du MIT Jessica Trancik et son groupe constatent que la baisse spectaculaire des coûts des cellules solaires au cours de trois décennies peut être largement attribuée à trois facteurs : la R&D menant directement à des améliorations de l'efficacité des modules (la quantité de lumière solaire est convertie en électricité) et d'autres avancées technologiques fondamentales ; les économies d'échelle attribuées à la taille des usines de fabrication de cellules solaires et au volume croissant d'intrants tels que le silicium ; et les améliorations obtenues grâce à l'apprentissage par la pratique.
Rien de tout cela n'est trop surprenant, mais ce qui est moins évident, c'est que la contribution relative de chacun varie considérablement dans le temps. De 1980 à 2000, la R&D a représenté environ 60 % des baisses de coûts, les économies d'échelle atteignant 20 % et l'apprentissage par la pratique un tiers éloigné à environ 5 % ; d'autres facteurs largement non imputables expliquent le solde. Ça a du sens; ce fut une période de progrès impressionnants dans l'efficacité des cellules solaires, mais pas une période de fabrication et de déploiement importants. Depuis lors, le pendule est passé de la R&D et des améliorations technologiques fondamentales aux économies d'échelle dans la fabrication, qui représentent désormais plus de 40 % des baisses de coûts. Il convient de noter, cependant, que les progrès de la recherche représentent encore environ 40 % des baisses.
La leçon pour les futurs investissements qui visent à rendre l'énergie solaire encore moins chère : il devrait y avoir un soutien direct pour les trois, orienté vers les facteurs d'économies d'échelle. Les conclusions de Trancik ne considèrent que le module solaire photovoltaïque lui-même. Cela laisse encore l'installation, la connexion au réseau et d'autres facteurs qui composent les coûts totaux du système. Ce sont des domaines qui seront probablement améliorés à mesure que les techniciens et les entreprises gagneront en expérience. Alors que les résultats des subventions pour l'augmentation des installations solaires photovoltaïques semblent au mieux mitigés, des politiques telles que les tarifs de rachat, qui offrent des contrats à long terme favorables aux producteurs solaires photovoltaïques, et le portefeuille d'énergies renouvelables ou les normes d'énergie propre, qui fixent des objectifs quantitatifs pour renouvelables, montrent des résultats clairs dans la conduite du déploiement global.
Pas de repas gratuit
Malgré la baisse du prix du solaire, la transition vers les énergies renouvelables restera coûteuse. La grande question, bien sûr, est de savoir combien coûte par rapport à quoi – le changement climatique a aussi des coûts. L'énergie solaire bon marché devient encore plus attrayante financièrement pour les développeurs si les coûts sociaux et environnementaux des émissions de carbone provenant des combustibles fossiles sont pris en compte.
Beaucoup ici dépend du coût social du carbone (SCC), un décompte des dommages financiers que chaque tonne métrique de dioxyde de carbone émise aujourd'hui cause à l'économie, à la société et à l'environnement - et, par extension, combien chaque tonne de CO2 émis devrait coûter. C'est un chiffre qui en dit long sur le coût réel du charbon et des autres combustibles fossiles, et sur le soutien approprié pour le solaire photovoltaïque et les autres énergies renouvelables.
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Comment la baisse des coûts solaires a ravivé les espoirs de l'hydrogène propre Alors que les nations font des calculs difficiles sur la façon d'atteindre leurs objectifs climatiques, l'hydrogène vert apparaît de plus en plus essentiel.le dernier SCC américain , calculé par l'administration Biden, évalue le chiffre à environ 50 dollars pour une tonne de CO2 émise actuellement. Mais c'est sûrement une sous-estimation. Certains calculent que le CSC dépasse 300 $ par tonne de CO2, après avoir entièrement pris en compte les dommages futurs causés par les émissions de carbone et les incertitudes concernant le changement climatique.
Quel que soit le chiffre que vous choisissez, cela signifie que le charbon, le pétrole et le gaz naturel seront beaucoup plus chers si vous tenez compte du coût total des émissions de gaz à effet de serre. Ce n'est qu'alors que les technologies à faible émission de carbone seront sur le même pied que les combustibles fossiles.
Un prix explicite du carbone via une taxe ou un système d'échange de droits d'émission devrait faire partie de ces étapes, mais cela ne devrait pas s'arrêter là. D'une part, le portefeuille d'énergies renouvelables ou les normes d'énergie propre établissent également un prix sur le carbone. Les normes américaines actuelles en matière de portefeuille d'énergies renouvelables au niveau des États se traduisent par des prix du carbone équivalents d'environ 60 à 300 dollars par tonne de CO2, bien dans la fourchette des estimations récentes du SCC. UNE norme fédérale sur l'électricité propre , qui fait partie du plan américain pour l'emploi proposé par l'administration Biden, pourrait se situer dans une fourchette similaire et serait également justifiable sur la base des fourchettes SCC mises à jour.
Une telle norme fédérale d'électricité propre serait une véritable aubaine pour le solaire photovoltaïque et d'autres énergies renouvelables, mais la politique climatique ne doit pas se limiter à la tarification du carbone. Il doit également inclure des subventions directes pour le déploiement et le soutien à la R&D.
La séquence politique la plus productive pourrait ressembler à ceci : d'abord réduire le coût des énergies renouvelables pour créer une alternative économiquement viable aux carburants à forte teneur en carbone, puis tarifer le carbone via un prix direct, une norme d'électricité propre ou quelque chose de similaire. La combinaison des deux devrait alors conduire à un déploiement rapide des énergies renouvelables à grande échelle. À bien des égards, c'est précisément ce qui s'est passé, et cela souligne la nécessité évidente pour l'administration Biden et d'autres de faire pression pour un prix sur le carbone sous quelque forme que ce soit.
Mais si l'objectif est un système photovoltaïque solaire beaucoup moins cher, il sera également essentiel d'augmenter la R&D pour améliorer encore l'efficacité des cellules solaires et trouver des avancées de fabrication qui permettront des économies encore plus importantes. Et il est essentiel de continuer à explorer les frontières scientifiques à la recherche d'autres matériaux solaires qui pourraient un jour être encore plus performants et moins chers.
Le PV solaire est bon marché, mais il n'est pas gratuit. Payer le prix pour le rendre toujours moins cher en vaudra bien le coût.
Gernot Wagner enseigne l'économie climatique à l'Université de New York. Il est l'auteur du prochain Géoingénierie : le pari.