Ces dernières années, le monde a connu une évolution remarquable vers les sources d’énergie renouvelables. L’énergie solaire est considérée comme la première source d’énergie propre de la révolution énergétique.
Les panneaux solaires utilisent l’énergie abondante du soleil et ont fait des progrès considérables depuis leur introduction. La production annuelle d’énergie photovoltaïque augmente chaque année et il est prévu qu’elle dépasse celle du gaz naturel d’ici 2026 et celle du charbon d’ici 2027. La question se pose toutefois de savoir si les panneaux solaires seront capables de capter la lumière du soleil de manière plus efficace à l’avenir. Actuellement, le rendement des panneaux solaires à base de silicium se situe entre 15 % et 20 % d’énergie solaire convertie en énergie utilisable.
Cet article se penche sur le monde des énergies renouvelables, en particulier sur la technologie des panneaux solaires, et explore les perspectives prometteuses en matière d’amélioration de l’efficacité de la capture de la lumière solaire.
Énergie solaire et autres énergies renouvelables
L’énergie solaire est la source d’énergie renouvelable la plus abondante et la plus accessible. Selon les données de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), près de 1 300 TWh d’énergie solaire photovoltaïque ont été produits en 2022, soit une augmentation record de 270 TWh (+ 26 %). En 2022, l’énergie solaire a également dépassé la production éolienne pour la première fois dans l’histoire et a affiché la plus forte croissance absolue de toutes les technologies renouvelables. Ce taux de croissance de la production d’énergie correspond à ce que prévoit le scénario zéro émission nette d’ici 2050 pour les années 2023 à 2030.
L’état actuel de l’efficacité des panneaux solaires
Les panneaux solaires, également connus sous le nom de panneaux photovoltaïques (PV), ont fait des progrès considérables en termes d’efficacité au cours des dernières décennies. Les panneaux solaires traditionnels à base de silicium ont atteint un stade de viabilité commerciale, et de nombreuses installations parsèment déjà les toits et les paysages du monde entier. Comme indiqué dans l’introduction, l’efficacité de ces panneaux, mesurée par leur capacité à convertir la lumière du soleil en électricité, est généralement comprise entre 15 et 20 %.
Bien que ces chiffres soient impressionnants, la recherche d’une plus grande efficacité est toujours d’actualité. Les chercheurs et les ingénieurs explorent en continu des techniques innovantes pour rendre les panneaux solaires encore plus efficaces, plus abordables et plus respectueux de l’environnement.
Technologies de pointe en matière de panneaux solaires
De nouvelles conceptions et de nouvelles couches permettent d’améliorer l’efficacité et de récolter davantage d’énergie. Alors que les cellules solaires en silicium ne convertissent qu’une bande de fréquence étroite de la lumière du soleil, l’utilisation de matériaux plus récents permet une meilleure absorption de la lumière.
Cellules photovoltaïques à pérovskite
La pérovskite, un cristal de titane et de calcium, est plus efficace pour absorber la lumière proche du spectre infrarouge. Ces cellules légères et flexibles sont fabriquées à l’aide de procédés peu coûteux, ce qui en fait une bonne option pour les futurs panneaux solaires.
Les cellules photovoltaïques à pérovskite ont le potentiel de produire un rendement plus élevé que les cellules photovoltaïques à base de silicium. Les chercheurs affinent en permanence les formulations de pérovskite afin d’améliorer la stabilité et les performances, ce qui pourrait permettre d’atteindre des niveaux d’efficacité supérieurs aux normes actuelles. La preuve en est en Suisse, où des chercheurs de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) et du Centre suisse d’électronique et de microtechnique (CSEM) ont réussi à dépasser pour la première fois le seuil d’efficacité de 30 % pour les cellules photovoltaïques tandem pérovskite-sur-silicium.
Ces résultats impressionnants nécessiteront des travaux de recherche et de développement supplémentaires. L’objectif est de parvenir à étendre ces résultats à de plus grandes surfaces, tout en garantissant la stabilité de ces cellules en maintenant une production constante sur les toits et dans différents endroits pendant une durée de vie normale.
– Quentin Jeangros, CSEM
Pour en savoir plus sur les cellules photovoltaïques à pérovskite, consultez notre article sur les 5 technologies solaires les plus innovantes.
Cellules solaires tandem
Le développement de cellules solaires tandem est une voie prometteuse pour accroître l’efficacité des panneaux solaires. Ces cellules empilent deux ou plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs différents pour capter un spectre plus large de lumière solaire. Il peut s’agir d’un mélange de cellules solaires actuellement disponibles, composées de pérovskite, de Si, de GaAs, de CIGS, etc.
Par exemple, en Allemagne, des équipes du Centre Helmholtz de Berlin (HZB) et de l’Institut de recherche solaire de Hamelin (ISFH) ont dévoilé des cellules photovoltaïques PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) considérées comme les plus performantes du marché, avec un rendement maximal de 23 %. Toutefois, les scientifiques allemands sont convaincus que les nouvelles cellules PERC/POLO en tandem pourraient atteindre 29,5 %.
En dehors de l’Europe, des chercheurs d’Arabie saoudite ont mis au point un nouveau type de cellule solaire qui a battu le record d’efficacité avec un taux sans précédent de 33,7 %. Il s’agit d’une cellule solaire tandem basée sur la combinaison du silicium et de la pérovskite. Alors que la couche de silicium absorbe et convertit principalement la lumière infrarouge en électricité, la couche de pérovskite absorbe la lumière visible, ce qui la rend plus efficace que les cellules conventionnelles.
« Nous espérons que notre nouvelle réalisation contribuera à accélérer la transition vers l’énergie verte. »
– Erkan Aydin, chercheur à l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST)
Panneaux solaires bifaciaux
Les cellules solaires photovoltaïques capables de produire de l’électricité lorsqu’elles sont irradiées sur leurs deux surfaces sont appelées panneaux solaires bifaciaux. En d’autres termes, les panneaux solaires bifaciaux ont la capacité de capter la lumière du soleil des deux côtés, en utilisant efficacement la lumière du soleil réfléchie par des surfaces telles que les toits ou le sol (remarque : ils fonctionnent mieux lorsqu’ils sont installés au niveau du sol). Certains panneaux solaires bifaciaux sont capables d’augmenter la production d’énergie jusqu’à 30 %. La quantité exacte dépend de l’environnement.
Cellules solaires à points quantiques
Les scientifiques qui explorent le domaine des nanotechnologies exploitent le potentiel des nanostructures semi-conductrices pour révolutionner la collecte de l’énergie solaire. En utilisant des nanostructures complexes et des points quantiques, ils créent des panneaux solaires d’une efficacité extraordinaire. Les cellules solaires à points quantiques utilisent des points quantiques pour absorber les matériaux photovoltaïques et convertir la lumière du soleil en électricité.
Selon le National Renewable Energy Laboratory (laboratoire national des énergies renouvelables), les points quantiques ont le potentiel d’augmenter considérablement (voire de doubler dans certains dispositifs) l’efficacité de la conversion de la lumière du soleil en énergie. Ces structures peuvent manipuler la lumière à l’échelle nanométrique, ce qui permet une meilleure absorption et une efficacité accrue de la conversion énergétique. Au fur et à mesure que la recherche dans ce domaine progresse, nous pourrions voir apparaître des panneaux solaires capables d’exploiter la lumière du soleil de manière plus efficace que jamais.
Conclusion
Avec les nouvelles technologies de pointe et les différents types de cellules solaires, l’énergie solaire et les panneaux solaires deviendront de plus en plus populaires. Le développement de nouveaux panneaux solaires a la capacité non seulement d’améliorer l’efficacité de la capture de la lumière du soleil, mais aussi de remodeler l’industrie de l’énergie. Alors que le monde poursuit sa transition vers des sources d’énergie propres, l’évolution des panneaux solaires fera partie de la transition vers un avenir durable et riche en énergie.
