Atteindre l’échelle du térawatt d’ici 2050

« Notre vision est que l’énergie solaire photovoltaïque (PV) jouera un rôle central dans une nouvelle économie transformée. Avec l’énergie éolienne, l’hydroélectricité, la géothermie et la biomasse, le photovoltaïque alimentera directement ou indirectement tous les segments de l’économie », écrit Pierre Verlinden dans un récent document de recherche. « Plusieurs études ont montré que, pour atteindre cet objectif, un déploiement cumulé d’environ 70 térawatts de PV, correspondant à 6-10 kW de PV par habitant, et une production annuelle de systèmes PV de 3-4 TW/an seront nécessaires d’ici à 2050 ».

Dans l’article intitulé « Future challenges for photovoltaic manufacturing at the terawatt level », publié dans le Journal of Renewable Sustainable Energy, Verlinden revient sur les déploiements de l’énergie solaire au cours des dernières décennies, et prospecte l’avenir alors que l’industrie se prépare à jouer un rôle de premier plan dans la transition énergétique mondiale.

Les réussites de l’énergie solaire à ce jour ont été bien documentées : au cours des 50 dernières années, la capacité de production et les installations ont doublé en moyenne tous les trois ans, et les prix ont chuté de 90 % au cours des dix dernières années seulement. Pierre Verlinden souligne les rôles combinés des différentes régions pour y parvenir : les États-Unis ont introduit les premières grandes centrales photovoltaïques, ainsi qu’un marché pour le photovoltaïque destiné à alimenter les technologies satellitaires. Le Japon a développé le premier grand marché résidentiel du photovoltaïque, l’Allemagne a introduit les premiers modèles de tarifs de rachat, et bien sûr la Chine a été le moteur de l’industrialisation de masse et de la mise à l’échelle de la fabrication du photovoltaïque.

Défis

Des innovations telles que les cellules à hétérojonction et en tandem, ainsi que la poursuite de la mise à l’échelle de la production promettent de maintenir les coûts à un niveau bas – à environ 0,10 $/W d’ici 2030, soit la moitié de leur niveau actuel, selon de nombreuses prévisions.

Pour atteindre cet objectif de 70 TW de photovoltaïque installé d’ici 2050, il faut multiplier par 30 environ la taille actuelle du secteur. Et Pierre Verlinden est optimiste quant à la possibilité d’y parvenir. « Le coût de fabrication du photovoltaïque diminue d’environ 10% à 16% par an. Le coût des biens d’équipement diminue d’environ 18% par an », rapporte-t-il. « Il ne semble pas y avoir de problème majeur pour faire croître rapidement cette industrie à un niveau 30 fois supérieur au taux de production actuel. Il y a cependant quelques défis à relever ».

Le premier de ces défis est d’assurer l’engagement à long terme d’une stratégie, « les constantes de temps du changement climatique sont si longues, beaucoup plus longues que la plupart des préoccupations humaines, telles que la réélection des politiciens, le temps typique pour calculer le retour sur investissement, ou même l’espérance de vie d’une personne », explique Pierre Verlinden, en précisant que les incitations gouvernementales pour l’électrification des industries, des réseaux de distribution, de l’énergie et du stockage et des véhicules électriques sont nécessaires de toute urgence pour poursuivre la transition.

Ensuite, l’expert souligne la nécessité d’une croissance équilibrée, en faisant valoir que l’industrie doit augmenter les taux de croissance actuels d’environ 10% par an jusqu’à 25%, afin d’éviter une ruée vers de nouvelles capacités après les années 2030, suivie d’une réduction soudaine de la demande, laissant de nombreuses capacités de production toutes neuves sans marché à desservir. « Il est essentiel que le marché maintienne une croissance annuelle de la demande d’environ 25% par an jusqu’en 2032 environ, pour atteindre un niveau de production annuel stabilisé de 3 TW par an entre 2032 et 2055 environ », explique-t-il. « De cette manière, l’industrie ne subira pas de ralentissement significatif ».

Le dernier défi pour le solaire est celui des matériaux. Tout d’abord, la quantité d’argent doit être réduite en dessous de 5mg/W, contre des niveaux actuels d’environ 20mg/W. Le recyclage devra lui aussi être intensifié pour traiter les volumes beaucoup plus importants qui seront disponibles après 2030, et développer de nouvelles technologies pour récupérer l’argent et d’autres matériaux précieux dans un module.

« Face au défi du changement climatique, le monde a très peu d’options. Le choix le plus évident serait d’alimenter l’économie mondiale avec une énergie 100% renouvelable », conclut Pierre Verlinden. « L’industrie photovoltaïque jouerait un rôle central et devrait multiplier par 30 environ sa capacité de production, pour atteindre environ 3 TW par an… La technologie pour atteindre cet objectif existe. Les défis auxquels l’industrie photovoltaïque est confrontée ne concernent pas l’efficacité, le coût, la durabilité énergétique ou des émissions, ni même la durabilité financière ».