Quelle est la quantité de verre nécessaire pour fournir les systèmes PV à l’échelle du térawatt ?

D’après pv magazine international.

Des chercheurs de l’Institut allemand Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire et de l’Institut de Potsdam pour la recherche sur l’impact climatique (PIK) ont tenté d’estimer la quantité de verre flotté dont l’industrie photovoltaïque pourrait avoir besoin pour aider le monde à atteindre les térawatts de capacité solaire installée qui seront nécessaires pour atteindre des objectifs climatiques ambitieux et limiter le réchauffement climatique à 1,5 C .

Les scientifiques ont présenté deux scénarios. L’un est prudent et prédit que la capacité photovoltaïque mondiale atteindra 20 TW d’ici 2050 et 80 TW d’ici 2100. L’autre scénario, plus optimiste, envisage que la capacité photovoltaïque mondiale atteindra 80 TW d’ici 2050 et 170 TW d’ici 2101. Les deux scénarios, ont pris en compte un budget CO ₂ maximum de 600  milliards de tonnes de dioxyde de carbone pour la période 2011-2100.

« Les deux scénarios présentent une fourchette de valeurs plausibles pour les paramètres relatifs à la courbe d’apprentissage des prix du photovoltaïque, à l’ampleur des problèmes d’intégration des systèmes, à la dynamique de montée en puissance du captage et du stockage du carbone (CSC) et au développement de l’électrification de la demande finale », expliquent les scientifiques.

En tenant compte des deux scénarios, l’institut allemand prévoit que la demande de verre solaire pourrait être satisfaite par une production annuelle comprise entre 1 000 km2 et 1 300 km2 en 2020 et entre 12 000 km2 et 22 000 km2 en 2100. Les scientifiques ont supposé un taux d’apprentissage de 6,7 % pour le rendement des modules solaires, en partant d’un rendement de 20 % en 2020.

« Si l’on considère la superficie totale de la capacité photovoltaïque active, les valeurs passent proportionnellement de 4 200 à 4 600 km2 en 2020 à une échelle de 252 000 à 466 000 km2 en 2100 », indique le groupe. « Pour mettre cela en perspective, il suffit de regarder les valeurs estimée pour 2100 qui correspondent à peu près aux superficies terrestres respectives du Royaume-Uni ou de la Suède. »

Les chercheurs s’attendent à ce que les modules bifaciaux en verre voient leur part augmenter dans les décennies à venir et la réduction de l’épaisseur du verre de 3 mm à 2 mm pourrait aider à répondre à l’énorme demande déclenchée par cette tendance. « Une production photovoltaïque complètement basée sur le verre double nécessitera des quantités de verre flotté dépassant la production annuelle globale de verre actuelle de 84 Mt dès 2034 pour le scénario 2 et dès 2074 pour le scénario 1 », ont-ils indiqué. « En 2100, la consommation de verre atteindrait 122 Mt à 215 Mt ».

Les réserves de sable disponibles pour la fabrication du verre ne représentent pas un problème pour l’approvisionnement futur en verre, ont expliqué les universitaires, mais les industries du PV et du verre devront augmenter leurs capacités au cours des prochaines décennies afin d’éviter les goulets d’étranglement et pour réduire les coûts. Plus important encore, les rendements des modules PV devront s’améliorer considérablement et atteindre 24,1 % et 25,9 % d’ici à 2030 pour les scénarios 1 et 2.

« Cette feuille de route prévoit des rendements de cellules solaires de l’ordre de 25 % pour les principaux produits de type n et p du Si-PV monocristallin », ont-ils ajouté, notant qu’aucun progrès technologique spécifique n’est attendu pour le verre solaire. Les technologies émergentes telles que les cellules solaires en pérovskite et d’autres technologies de cellule avec des rendements supérieurs à 25 %, si elles sont commercialisées assez solidement par l’industrie, pourraient contribuer à réduire considérablement la quantité de verre solaire nécessaire pour le siècle actuel.

« Tout récemment, d’importants efforts de commercialisation ont été annoncés pour le module mince de pérovskite à double verre, ce qui réduirait la demande de verre d’un ordre de grandeur », a déclaré l’équipe allemande, faisant référence à une technique d’ impression rouleau à rouleau de pérovskite PV sur verre développée par nouvelle startup basée à New York Energy Materials Corp .

Les scientifiques ont présenté leurs découvertes dans l’article « Apprentissage technologique pour des systèmes photovoltaïques à l’échelle du térawatt économe en ressources », qui a récemment été publié dans Energy & Environmental Science. L’étude analyse également la demande d’argent et d’indium, les coûts projetés du PV et les émissions de gaz à effet de serre de l’industrie solaire.