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Le réchauffement climatique : des effets néfastes pour le solaire ?
De prime abord, on serait tenté de penser que le réchauffement climatique va augmenter de manière significative la production d’énergie solaire. C’est en fait tout le contraire qui risque de se produire. L’évolution du climat pourrait affecter de manière significative les performances des panneaux solaires.
Le premier facteur en cause serait la chaleur. Le rendement des panneaux solaires est en effet inversement proportionnel à la courbe des températures. Lorsque les photons traversent une cellule photovoltaïque, elles arrachent des électrons aux atomes de silicium et créent un trou dans le matériau semi-conducteur. Plus grande est la vitesse à laquelle les électrons se recombinent avec les trous, plus efficace est le panneau solaire. Or ce taux de recombinaison est très sensible à la température. Plus il fait chaud, plus il est élevé, ce qui diminue d’autant le rendement. En moyenne, au-delà de 25°C, une augmentation de 1°C entraîne une baisse de 0,45% de la production. Sous des températures ambiantes de 35°C, les cellules photovoltaïques peuvent atteindre 80°C en surface et perdre jusqu’à 30% de leur rendement.
Dans une étude publiée sur la plateforme scientifique arXiv(1), deux chercheurs du Massachussets Institute of Technology (MIT) ont estimé les performances des panneaux photovoltaïques d’ici l’an 2100 en se basant sur les prévisions du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) des Nations Unies, à savoir un réchauffement global de 1,8°C. D’après leurs calculs, le rendement devrait chuter en moyenne de 15 kWh par kW installé. Certaines régions, comme le sud des États-Unis, l’Afrique du Sud et l’Asie centrale, seraient encore plus touchées, avec des baisses pouvant aller jusqu’à 50 kWh.
Trop d’humidité et pas assez de soleil
D’autres effets induits par le changement climatique vont également avoir une influence sur la production d’énergie solaire. L’augmentation des températures va accélérer l’évaporation de l’eau à la surface de la Terre et augmenter le taux d’humidité de l’air. Les couvertures nuageuses, devenues plus fréquentes et plus durables, vont réduire sensiblement le taux d’ensoleillement. Or la performance d’un panneau solaire dépend principalement de l’ensoleillement. Toutes les régions du monde ne seront pas logées à la même enseigne. D’après un article rédigé par plusieurs scientifiques en 2015 dans le magazine en ligne Nature(2) sur l’énergie solaire en Europe, une baisse de l’ensoleillement touchera surtout les régions du Nord, principalement en hiver, avec, comme conséquence, une diminution de la production de l’ordre de 10 à 12% d’ici la fin de ce siècle.
Et ce n’est pas tout ! Réduire la pollution de l’air aurait aussi des effets pervers. Des chercheurs du Centre commun de recherche de la Commission européenne (JRC) ont publié en 2014 une étude sur l’impact d’une réduction globale des émissions d’aérosols d’ici 2030(3) dans l’Union européenne et en Afrique. La baisse locale du nombre de particules va certes améliorer l’ensoleillement, mais elle va aussi aggraver le réchauffement. Aussi paradoxal que cela puisse paraître, les aérosols ont un effet refroidissant, car ils assombrissent l’atmosphère. En diminuant leur concentration, le rayonnement du soleil atteignant la surface du sol va croître pendant la journée et, avec lui, les vagues de chaleur qui, à leur tour, vont influencer négativement le rendement des panneaux solaires. Ici aussi, il y aura des gagnants et des perdants. La production d’énergie solaire pourrait baisser de 7% en Europe de l’Est et en Afrique du Nord et, au contraire, augmenter de 10% en Europe de l’Ouest et en Méditerranée.
Une production moins prévisible et plus difficile à maîtriser
Face à un problème aussi complexe et épineux, faut-il pour autant baisser les bras ? Non, car toutes ces prévisions ne tiennent pas compte des possibles améliorations technologiques. De plus en plus de recherches visent en effet à rendre les cellules photovoltaïques moins sensibles à la température. Ainsi, les cellules au tellurure de cadmium ne perdent que 3% de leur puissance par tranche de 10°C supplémentaire contre 5% pour les cellules cristallines. Seul inconvénient – mais il est de taille – : le cadmium est toxique pour l’homme et l’environnement. Une autre piste consisterait à exploiter un spectre plus large de la lumière reçue en associant de nouveaux matériaux comme les nanotubes de carbone ou des colorants organiques. Quoi qu’il en soit, une chose au moins est certaine : la production d’énergie solaire sera à l’avenir plus difficile à gérer en raison des disparités de performances qui vont de plus en plus se creuser partout dans le monde.
[1] The Impact of Global Warming on Silicon PV Energy Yield in 2100, Ian Marius Peters, Tonio Buonassisi, 2019.
[2] The impact of climate change on photovoltaic power generation in Europe, 2015.
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