Une planète plus chaude rendra l'énergie solaire moins efficace

L’énergie solaire est une source d’énergie verte et renouvelable et un moyen important de réduire la dépendance de la planète aux combustibles fossiles. Le grand espoir est que cela et d'autres sources renouvelables peuvent aider à inverser le réchauffement qui menace notre climat.

Mais il y a un problème : le changement climatique est susceptible d'avoir un impact significatif sur la production d'énergie solaire, notamment en raison des changements dans la quantité de lumière solaire incidente dans différentes parties du monde. Certaines zones verront plus de soleil et d'autres moins en raison des changements dans la couverture nuageuse, la teneur en eau atmosphérique, les aérosols, etc. La plupart des endroits verront une plus grande variabilité.

Les changements exacts dans des endroits spécifiques sont difficiles à calculer. C'est pourquoi les scientifiques, les décideurs, les fournisseurs d'énergie et d'autres ont du mal à prédire comment leurs régions seront affectées.

Aujourd'hui, Ian Peters et Tonio Buonassisi du MIT montrent pourquoi un autre facteur doit être pris en compte : la température. Le rendement des cellules photovoltaïques diminue à mesure qu'elles chauffent. Mais comment cela va s'accumuler à mesure que la planète se réchauffe est mal compris, c'est là que Peters et Buonassisi interviennent.

Les cellules photovoltaïques créent du courant lorsque la lumière du soleil transfère de l'énergie aux électrons dans le matériau. Ce processus crée également des trous chargés positivement dans la structure qui circulent dans la direction opposée aux électrons.

Un facteur important dans l'efficacité des cellules photovoltaïques est la vitesse à laquelle les électrons se recombinent avec les trous, un processus qui les sort de la bande de conduction et réduit ainsi la production. Ce taux est très sensible à la température : plus il fait chaud, plus le taux de recombinaison est élevé.

Cela jouera probablement un rôle important à mesure que la planète se réchauffe, disent Peters et Buonassisi. Ils calculent qu'en moyenne, la production d'énergie photovoltaïque diminue de 0,45 % pour chaque degré d'augmentation de la température.

Ils étudient ensuite l'effet de ce changement en utilisant le changement de température prédit par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat. Le GIEC a fait plusieurs prédictions basées sur différentes estimations des futures émissions de gaz à effet de serre. Peters et Buonassisi utilisent le soi-disant scénario de la voie de concentration représentative 4.5, dans lequel les émissions culminent en 2040 et augmentent la température mondiale moyenne de 1,8 degrés Kelvin d'ici 2100.

Alors que les températures augmentent presque partout sur la masse terrestre de notre planète, la production d'énergie est réduite partout, disent-ils. Mais certaines régions seront moins bien loties que d'autres. Les régions particulièrement touchées sont le sud des États-Unis, l'Afrique australe et l'Asie centrale.

Ils produisent ensuite une carte globale qui montre l'étendue du changement de puissance de sortie dans n'importe quelle zone.

Bien sûr, les chercheurs soulignent un certain nombre de mises en garde. Ils disent que d'autres facteurs influenceront également la puissance de sortie des cellules photovoltaïques. En particulier, la quantité de lumière solaire incidente dépendra de la couverture nuageuse et de la teneur en eau atmosphérique (c'est-à-dire l'humidité).

Et ils soulignent que le chiffre de -0,45 %/K qu'ils utilisent pour calculer la baisse de puissance de sortie n'est qu'un nombre représentatif. Des percées dans le domaine de la science des matériaux pourraient le changer considérablement à l'avenir. Par exemple, les matériaux avec une bande interdite plus élevée, tels que le tellurure de cadmium, ont une baisse d'efficacité nettement plus faible.

Néanmoins, le message est clair. Le réchauffement climatique réduira la quantité d'énergie que les cellules photovoltaïques peuvent produire, dans certains endroits de manière significative. Et cela devra être pris en compte lors de la planification énergétique future.

Réf : arxiv.org/abs/1908.00622 : L'impact du réchauffement climatique sur le rendement énergétique du silicium PV en 2100

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