Un nouvel article examine comment les améliorations de l’efficacité des panneaux solaires sont liées au volume de recherche en cours.
En 2009, le professeur de l’Université du Luxembourg, Phillip Dale, a fait une présentation lors d’une conférence universitaire et a inclus un tableau presque après coup.
Le graphique a montré qu’un nouveau matériau pour panneaux photovoltaïques, malgré des résultats initiaux décevants, avait une efficacité comparable à la performance d’un matériau plus établi à un stade précoce similaire de son développement.
« La conférence que j’ai donnée était assez horrible, mais les gens ont aimé le graphique », a déclaré Dale cette semaine.
Au cours des années qui ont suivi, lui et son collaborateur fréquent, le professeur Michael Scarpulla de l’Université de l’Utah, ont élargi ce tableau et trouvé un modèle qui s’est maintenu dans plusieurs technologies d’énergie solaire : une variable clé dans l’amélioration des performances des panneaux solaires était la quantité d’effort, exprimée en nombre d’articles de recherche publiés.
Cette découverte était le signe que les améliorations de la technologie solaire n’étaient pas seulement une question de temps ou de qualités intrinsèques des matériaux, mais que les efforts des chercheurs jouaient un rôle important.
Alors, que signifie l’efficacité dans ce contexte ? Les principaux panneaux solaires au silicium, la technologie qui domine le marché actuel, ont des rendements de plus de 25 %, soit la part de l’énergie solaire qu’ils absorbent qu’ils sont capables de convertir en électricité.
Dale et Scarpulla ont récemment publié leurs découvertes dans la revue Solar Energy Materials and Solar Cells et je leur ai parlé ensemble cette semaine dans une interview vidéo, avec Dale à Luxembourg et Scarpulla à Salt Lake City.
Le mot clé, disaient-ils, est « effort ».
« Il faut beaucoup d’efforts de la part de beaucoup de gens pour fabriquer du photovoltaïque à haut rendement », a déclaré Scarpulla. « Il n’y a pas de déjeuner gratuit. »
Ils ont constaté que différents matériaux de panneaux solaires ont des augmentations d’efficacité similaires en fonction du nombre de publications de recherche sur les matériaux. Ainsi, lorsqu’un matériau passe de, disons, 100 articles écrits à son sujet à 10 000 articles écrits à son sujet, la croissance de l’efficacité est similaire à celle de ses pairs à des moments similaires de leur histoire.
Les matériaux comprennent le silicium et le tellurure de cadmium, qui existent depuis des décennies, et des options plus récentes, comme les pérovskites aux halogénures et le séléniure de cuivre-indium-gallium, ou CIGS. (Les pérovskites sont en cours de développement pour être utilisées en tandem avec le silicium, qui est l’un des nombreux exemples de matériaux utilisés ensemble.)
« Pour moi, le balayage historique était en fait assez époustouflant », a déclaré Dale.
La croissance de l’efficacité n’est pas une ligne droite. Les premiers stades de la recherche peuvent entraîner des gains importants. Ensuite, dans les étapes ultérieures, les améliorations supplémentaires ont tendance à être plus difficiles. Il s’agit d’une dynamique qui existe dans tous les domaines, ce qui montre qu’une partie du travail le plus difficile consiste à obtenir de petits gains dans une technologie bien développée.
Une mise en garde : les auteurs reconnaissent que l’utilisation de la quantité de documents de recherche comme mesure de l’effort présente certaines lacunes. Par exemple, il ne tient pas compte du financement de la recherche et du développement des entreprises, qui est un moteur majeur d’amélioration des panneaux solaires.
Ils ont choisi de suivre les articles de recherche parce que c’est quelque chose qui peut être quantifié, alors que les données sur les dépenses de R&D des entreprises ne sont pas largement disponibles ou complètes.
En outre, il est important de préciser pourquoi ils se concentrent autant sur la croissance de l’efficacité. Les panneaux solaires au silicium ont doublé d’efficacité depuis les années 1970, ce qui, associé à d’énormes réductions de coûts, a fait de cette technologie l’une des sources d’électricité les plus rentables.
Les chercheurs sont continuellement à la recherche d’autres matériaux qui peuvent faire le travail du silicium mais qui ont d’autres qualités souhaitables en termes de coût, de disponibilité, de durabilité et d’autres facteurs. Mais pour être compétitives, les alternatives devront être très efficaces et abordables.
L’article de Dale et Scarpulla aide à donner une idée du type d’améliorations de l’efficacité auxquelles on peut s’attendre en fonction de ce qui s’est passé dans le passé. Il fournit également un contexte pour comprendre les niveaux d’efficacité des différents matériaux. Certains matériaux peuvent avoir une efficacité médiocre, mais s’ils n’ont pas fait l’objet d’autant d’efforts de recherche, ils peuvent tout de même mériter un examen plus approfondi.
Cela signifie-t-il que n’importe quel matériau peut être utilisé pour fabriquer un panneau solaire et que son efficacité augmentera avec suffisamment d’effort ? Pas exactement. Les scientifiques travaillent avec le silicium et ses alternatives parce que ces matériaux sont bien adaptés pour absorber l’énergie solaire, et ce travail a un effet cumulatif à mesure que les chercheurs apprennent les uns des autres. Si un matériau a peu ou pas de promesses, les scientifiques ne s’en soucieront pas et il y aura peu de travaux sur lesquels s’appuyer.
Les auteurs ont déclaré qu’ils avaient l’impression que les ressources souvent citées pour suivre l’efficacité des matériaux solaires laissaient de côté certains facteurs importants.
Le tableau le plus cité pour l’efficacité des panneaux solaires est sans doute celui tenu par le National Renewable Energy Laboratory. Il suit l’efficacité par année, montrant une croissance lente ces dernières années pour les matériaux établis et une croissance rapide pour les plus récents.
Mais le graphique NREL ne montre pas qu’il existe de grandes différences dans la quantité d’efforts déployés pour développer chaque technologie, ont déclaré Scarpulla et Dale.
En essayant de comprendre le rôle de l’effort de recherche, les auteurs espèrent élargir la prise de conscience de la capacité d’augmenter les progrès de manière ciblée.
J’ai demandé comment cette recherche informe leur niveau d’optimisme quant à la transition vers une énergie propre.
« Ce qui me tient vraiment à cœur, c’est (le potentiel d’) apprentissage accéléré lorsque nous travaillons tous ensemble », a déclaré Dale.
Autres histoires sur la transition énergétique à noter cette semaine :
La société coréenne Hanwha Q Cells réalise un investissement majeur dans la chaîne d’approvisionnement solaire américaine : Qcells, la société sud-coréenne d’énergie solaire, a annoncé mercredi qu’elle dépenserait 2,5 milliards de dollars pour étendre la capacité de fabrication d’une usine existante en Géorgie et ouvrir une usine supplémentaire dans l’État. L’annonce est l’un des plus grands engagements de fabrication des entreprises depuis l’adoption l’année dernière de la loi sur la réduction de l’inflation, une loi qui encourage la fabrication nationale de composants d’énergie propre, comme le rapporte Nichola Groom pour Reuters. Qcells, qui fait partie du conglomérat Hanwha, a déclaré que l’expansion entraînera l’embauche de jusqu’à 2 500 travailleurs. « Je pense qu’il est juste de dire que cet accord est la vision du président Biden qui prend vie », a déclaré John Podesta, conseiller climatique de la Maison Blanche, lors d’un appel avec des journalistes. « Une grande entreprise mondiale a choisi l’Amérique comme lieu d’investissement pour aider à construire notre avenir énergétique propre et créer des milliers d’emplois bien rémunérés pour la classe moyenne dans le processus. »
La FERC approuve l’adhésion de Duke Energy Florida, Tampa Electric au marché d’échange d’énergie du sud-est : La Commission fédérale de réglementation de l’énergie a donné le feu vert à deux services publics de Floride – Duke Energy Florida et Tampa Electric – pour rejoindre un partenariat régional pour le partage des ressources. Le partenariat, appelé Southeast Energy Exchange Market, comprend désormais 21 membres, comme le rapporte Diana DiGangi pour Utility Dive. Le groupe a été controversé car il possède certains attributs d’organisations qui gèrent des réseaux régionaux, mais n’est pas un marché ouvert. Le résultat, selon les critiques, est un partenariat qui favorise les services publics membres et ne favorise pas le type de concurrence qui serait bon pour les consommateurs. Le débat a des implications pour la transition vers l’énergie propre, car l’un des obstacles à l’énergie renouvelable dans certaines parties du sud-est est que les services publics sont en mesure de limiter la capacité des concurrents à entrer sur le marché.
Critique des combustibles fossiles pour diriger l’agence clé de l’énergie offshore pour Biden : L’administration Biden a nommé Elizabeth Klein au poste de directrice du Bureau of Ocean Energy Management du ministère de l’Intérieur, le bureau qui supervise l’énergie pétrolière, gazière, minérale et éolienne offshore. Klein, conseiller principal du secrétaire à l’Intérieur Deb Haaland, est un fervent partisan des énergies renouvelables qui avait travaillé à l’Intérieur sous les administrations Clinton et Obama, comme le rapporte Timothy Puko pour le Washington Post. La Maison Blanche avait l’intention de nommer Klein au poste de chef adjoint de l’intérieur, mais a changé ces plans en raison des objections des sens. Joe Manchin, D-West Virginia, et Lisa Murkowski, R-Alaska, sur la façon dont la combinaison de Haaland et Klein concernerait les industries des combustibles fossiles, rapporte Puko. Klein remplacera Amanda Lefton, qui démissionne, qui a dirigé le bureau pendant une période d’accélération rapide de l’activité de permis éolien offshore.
Pour se débarrasser des combustibles fossiles, l’Amérique va avoir besoin de beaucoup plus d’électriciens : Pour réduire les émissions de gaz à effet de serre au rythme des meilleures données scientifiques disponibles, les États-Unis doivent réduire la combustion de combustibles fossiles dans les bâtiments. Mais convertir des bâtiments pour qu’ils fonctionnent exclusivement à l’électricité va nécessiter une forte augmentation du nombre d’électriciens, comme le rapporte Emily Pontecorvo pour Grist en partenariat avec Canary Media et Post Script Media. « Les clients recherchent littéralement des électriciens chaque jour », a déclaré Borin Reyes, propriétaire de Boyes Electric à Oakland, en Californie, qui compte 12 électriciens. « Nous ne prenons plus les appels d’urgence car nous n’avons pas la main-d’œuvre. Tous nos techniciens actuels sont sur le terrain, ils sont occupés à essayer de faire le travail. » Ajoutant au problème, de nombreux électriciens sont proches de l’âge de la retraite, il est donc nécessaire d’intensifier les programmes d’apprentissage et de formation pour combler le vide.
