Dans le monde, comme en France, l’électricité photovoltaïque s’impose devant l’éolien dans les nouvelles installations d’énergies renouvelables. Alors que la technologie a fait preuve de sa rentabilité, les chercheurs continuent d’améliorer les panneaux photovoltaïques en développant de nouvelles innovations. Gros plan sur trois d’entre elles.
Le photovoltaïque a dépassé l’éolien
2016 a été une année charnière. Cette année-là, pour la première fois dans le monde, la puissance photovoltaïque installée (environ 75 GW) a dépassé la puissance éolienne (54,9 GW).
La tendance n’a fait que s’accentuer. Depuis 3 ans, la puissance éolienne installée se stabilise aux alentours de 50 GW annuels. Le photovoltaïque, quant à lui, a bondi d’environ 100 GW supplémentaires en 2017 comme en 2018. Fin 2018, 500 GW de puissance photovoltaïque étaient installés de par le monde, encore derrière les 591 GW de l’éolien, mais plus pour longtemps.
En France, la nouvelle PPE suit cette tendance. Aujourd’hui, l’éolien (14,2 GW installés) domine le photovoltaïque (8,7 GW). Mais la PPE publiée en début d’année 2019 fixe pour l’éolien des objectifs à 24,6 GW en 2023, et entre 34,1 et 35,6 GW en 2028. Pour le photovoltaïque, ils sont établis à 20,6 GW en 2023 et entre 35,6 et 44,5 GW en 2028.
Plus simple à installer, désormais moins chère et permettant l’installation de vastes parcs dans les déserts, l’électricité photovoltaïque occupe une place prépondérante dans les efforts déployés au service de la transition énergétique. La recherche est intense et permet d’optimiser l’efficacité des panneaux, d’augmenter leur rendement ou de réduire leurs coûts. Récemment, plusieurs solutions innovantes ont émergé.
L’hétérojonction de silicium : pour des panneaux au meilleur rendement
Les cellules photovoltaïques à hétérojonction de silicium font partie de ces nouveautés prometteuses. Ce type de cellules photovoltaïques est constitué à partir d’un substrat de silicium cristallin jouant le rôle d’absorbeur sur lequel sont déposées de fines couches de silicium amorphe hydrogéné. Ces cellules ne nécessitent que très peu d’étapes de fabrication : c’est ce qui les distingue des autres. Leur processus d’élaboration se fait à basse température, autour de 200°C, contre 400 à 800 °C pour des cellules classiques.
Leur symétrie permet par ailleurs des applications bifaciales, ce qui augmente leur rendement de 8 à 15%. Elles perdent aussi moins en efficacité quand la température s’élève (0,25% par degré, contre 0,35% pour une cellule « classique »). Dernier avantage, elles permettent une meilleure recyclabilité et leur empreinte écologique et énergétique est moindre.
Un exceptionnel rendement de 23,9% sur une ligne pilote
Voilà quinze ans que le Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Énergies Nouvelles et les Nanomatériaux (Liten) du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) travaille sur cette technologie. Début 2019, ses chercheurs sont parvenus à un résultat impressionnant.
Ils ont en effet obtenu un rendement de 23,9% à l’aide de cellules à hétérojonction de silicium produisant de l’électricité sur une ligne pilote, et non plus en laboratoire. A titre de comparaison, les rendements moyens des cellules photovoltaïques actuellement opérationnelles sont de l’ordre de 19%. Le gain est donc considérable. Et ce n’est qu’un début : « Ces résultats s’inscrivent dans une feuille de route qui prévoit des rendements de 25% en exploitation industrielle à atteindre à l’horizon de 3 à 5 ans » a commenté le CEA.
Vers l’industrialisation
Autre record : les équipes du CEA ont atteint une puissance nominale de 348 watts avec 120 demi-cellules à hétérojonction. Les technologies conventionnelles offrent un maximum de 320 watts pour 60 cellules.
Ce procédé est actuellement en phase d’industrialisation. En Italie, la société 3Sun, filiale d’Enel Green Power, est en train de reconvertir son usine de panneaux photovoltaïques de Passo Martino pour devenir la première du monde à produire des cellules à hétérojonction. En France, Recom-Silia a annoncé en mars 2019 la construction d’une usine géante à Lyon, qui produirait, entre autres, des cellules de ce type.
Sunbooster refroidit vos panneaux photovoltaïques
Cette piste est, de très loin, la plus prometteuse pour augmenter les rendements des panneaux photovoltaïques, que la montée en température diminue. Refroidir les panneaux permet ainsi de limiter les pertes.
La start-up française Sunbooster vient dans cette optique de lever 1 million d’euros pour industrialiser sa solution de refroidissement de panneaux photovoltaïques. Grégory Boutteau, président de la jeune pousse, et ses deux associés ont utilisé pour cela « le moyen le plus écologique possible, c’est-à-dire en récupérant les eaux pluviales, en les filtrant, les stockant, puis en les faisant ruisseler sur les panneaux pour une augmentation de la productivité de 10 % en moyenne annuellement. Cela a d’autres avantages. L’eau nettoie les impuretés, poussière ou pollen. C’est donc plus efficace », explique l’entrepreneur.
Une solution déjà plébiscitée, amenée à conquérir l’Europe ?
Le coût de cette technologie de refroidissement peut être rentabilisé en quatre ans environ. La start-up ne travaille pour l’heure que sur des parcs de grande taille (plus de 100 kW) déjà existants en France : « Le carnet de commandes est déjà plein et les demandes sont croissantes », souligne Grégory Boutteau.
La jeune pousse, qui recrute, envisage de se déployer progressivement dans le reste de l’Europe. Industrialiser plus largement le process permettrait de réduire le coût de la solution et donc son temps d’amortissement.
Des panneaux photovoltaïques… transparents ?
Autre innovation notable, celle développée par les chercheurs d’Ubiquitus Energy. Sa particularité réside dans la transparence des panneaux. Le principe est simple : les cellules photovoltaïques sont situées sur la tranche du panneau. Un film spécial est ensuite installé sur le verre et redirige vers la tranche la partie invisible de la lumière (infrarouges et ultraviolets notamment), qui est seule convertie en électricité. La lumière visible passe, rendant le panneau totalement transparent.
Cette technologie encore expérimentale pourrait permettre de capter de l’énergie solaire à partir des surfaces vitrées des bâtiments, augmentant considérablement la capacité de production d’un immeuble. Des panneaux de ce type pourraient équiper des serres agricoles – et, pourquoi pas, les pare-brises d’un véhicule électrique. Elle préfigure en tout cas une option encourageante pour parvenir à des bâtiments à énergie positive.
