Le rendement solaire, c'est-à-dire le produit du rayonnement solaire spécifique par mètre carré et de la puissance de crête d'un module solaire, diminue d'une part parce que les particules d'air à haute altitude absorbent le rayonnement, comme le montre désormais une nouvelle étude. D'autre part, parce que les particules de particules fines se déposent sur les modules photovoltaïques eux-mêmes et les encrassent. Or, le nettoyage fréquent des modules solaires est lié au risque de minuscules dommages à la surface. Comment la pollution de l'air et les particules fines réduisent-elles la production d'électricité des modules solaires ?
Moins de rayonnement solaire spécifique dû à l'air pollué
Des scientifiques chinois de l'Institute of Atmospheric Physics de l'Académie chinoise des sciences ont confirmé dans leur étude que l'air pollué disperse ou absorbe la lumière du soleil. Ainsi, moins de lumière solaire atteint la surface de la terre - et il y a moins de rayonnement solaire spécifique.
Il est particulièrement délicat de constater que plus les particules fines sont petites, plus les effets sont nocifs. Certes, l'intensité du rayonnement solaire varie au fil du temps. Mais outre les couvertures nuageuses, les particules d'aérosols, les cendres ou les poussières libérées peuvent également réfracter ou diffuser la lumière du soleil.
Les chercheurs constatent que plus la pollution de l'air est importante, plus le rapport entre le rayonnement diffusé et le rayonnement global augmente et que, par conséquent, moins de lumière solaire finit par atteindre la surface de la Terre. En outre, plus la concentration de particules est élevée, plus la pénétration directe du rayonnement solaire à la surface de la Terre est réduite. Parallèlement, une pollution atmosphérique plus importante augmente également le potentiel de diffusion.
L'impact de la pollution atmosphérique sur le rayonnement solaire a été étudié dans différentes conditions météorologiques et d'éclairage et à différents niveaux de pollution atmosphérique. Le rayonnement solaire qui atteint la surface de la terre - le SSR (surface solar radiation) - est la véritable source d'énergie des installations photovoltaïques.
Le rendement solaire est plus faible, en particulier pour les installations photovoltaïques urbaines
Les conclusions de cette étude mettent donc en évidence les difficultés potentielles auxquelles la production d'énergie solaire est confrontée, et pas seulement en Chine, et ne rendent pas la transition vers les énergies renouvelables moins difficile.
En 2017 déjà, des scientifiques de l' American Chemical Society ont étudié les effets des particules fines présentes dans l'atmosphère sur le rayonnement solaire spécifique par kilomètre carré. En Chine et en Inde, les chercheurs ont constaté une baisse de 17 à 20 % de la production d'énergie par le photovoltaïque. En extrapolant, cela signifie que les particules fines sont actuellement responsables en Inde d'une réduction de la production solaire pouvant aller jusqu'à 1 gigawatt en Inde. En Chine, cela représente même jusqu'à 10 gigawatts de puissance solaire non produite à cause de la pollution de l'air. Le rendement solaire est réduit en conséquence.
Les particules fines issues de l'activité humaine sont particulièrement dramatiques
Même si une grande partie des particules déposées proviennent de la poussière et de la saleté, les particules fines issues des activités humaines, comme la combustion de combustibles fossiles, sont incomparablement plus problématiques. Ces particules sont souvent très petites. De plus, elles sont difficiles à nettoyer car elles sont souvent collantes. Or, plus les modules solaires sont nettoyés fréquemment, plus le risque d'endommager ces surfaces très sensibles est grand.
Les chercheurs sont loin d'être les seuls à avoir fait des découvertes : Dans la revue Energy & Environmental Science, des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT) confirment en 2018 que les effets sont effectivement énormes. Dans certains cas - les scientifiques du MIT ont également étudié la situation en Inde et en Chine - cela peut faire la différence entre une installation d'énergie solaire réussie et une installation qui, au final, n'atteint pas le niveau de production escompté ; et peut éventuellement générer des pertes.
Tonio Buonassisi, professeur du MIT à la faculté de génie mécanique, a notamment participé à l'étude. Pendant deux ans, les scientifiques ont collecté des mesures du rayonnement solaire et de la pollution - et ont confirmé une nette réduction du rayonnement solaire spécifique sur les modules solaires. Il s'est avéré qu'il n'y a pas un jour sans air pollué à Delhi (Inde).
Des milliards de dollars de dommages économiques ?
Résultat : les chercheurs ont finalement calculé un taux d'amortissement annuel moyen de la puissance des cellules solaires d'environ 12 pour cent. Or, il n'est pas rare que ces 12 % dépassent les marges bénéficiaires, rendant ainsi les installations photovoltaïques moins lucratives.
En extrapolant, les dommages économiques sont immenses : rien qu'à Delhi, les pertes de chiffre d'affaires pour la production d'électricité pourraient s'élever à 20 millions de dollars par an, à Calcutta à environ 16 millions de dollars et à Pékin et Shanghai à environ 10 millions de dollars par an chacune, estime l'équipe. Les installations prévues à Los Angeles pourraient perdre entre 6 et 9 millions de dollars. Dans l'ensemble, ils prévoient que les pertes potentielles "pourraient facilement atteindre des centaines de millions, voire des milliards de dollars par an".
Selon les scientifiques du MIT, une autre constatation entraîne une baisse du rendement solaire : le réchauffement de la planète. Dans une autre étude, Ian Peters et Tonio Buonassisi sont arrivés à la conclusion qu'en moyenne, le rendement solaire diminue de 0,45 pour cent par degré de réchauffement de la température. Ce chiffre varie certainement en fonction du type de module solaire utilisé, mais il s'agit déjà d'un risque à prendre en compte.
En gardant ces conclusions à l'esprit, il devient encore plus évident que la limitation des émissions de polluants est également indispensable dans l'optique de la transition énergétique.
(Image : Mariana Proenca/ unsplash)
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