Panneaux solaires et climat : les défis du réchauffement climatique

Hausse globale des températures.  Élévation du niveau de la mer.  Disparition de la biodiversité.  Variations significatives au niveau des précipitations.  Et surtout, augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes.  Le changement climatique et les défis majeurs et complexes qu'il lance à l'humanité exigent de la résilience. Dans notre façon de réagir, de penser et de construire.  Et dans nos processus de production d’une énergie propre et durable malgré les obstacles.  Les températures extrêmes, les tempêtes soudaines et violentes, les tornades ont en effet un impact dévastateur non seulement sur la planète, mais aussi sur les structures qui servent avant tout à les combattre.  Pensons par exemple aux panneaux photovoltaïques, ces modules qui permettent de convertir le rayonnement solaire en énergie, installés en plein champ ou sur les toits des bâtiments, exposés à toutes les d'intempéries. Peuvent-ils eux aussi faire preuve de résilience ?  Sont-ils capables de tenir le choc face aux effets imprévisibles des changements qu'ils cherchent à contrer et à contenir ?

En l'état actuel des choses, les risques sont multiples et bien connus

"Les modules photovoltaïques sont conçus pour résister à des vents modérés, mais une tempête particulièrement violente, une tornade peuvent les endommager gravement, voire même les arracher de leur support. En cas de fortes pluies, panneaux, montants et ossatures peuvent subir des dommages structurels.  En cas de foudre, malgré les systèmes de protection, des pics de tension et des interférences électromagnétiques peuvent être générés dans le réseau électrique ou dans les instruments de contrôle comme les onduleurs ou les capteurs", explique Cosimo Gerardi, CTO de 3SUN, depuis toujours en première ligne pour la production de modules photovoltaïques répondant aux attentes et aux problématiques posées par le global warming.

"Dans les climats particulièrement froids, l’accumulation de neige ou de glace sur les panneaux solaires, outre à réduire temporairement leur efficacité, risque à long terme de déformer ou de fissurer les modules, entraînant des dysfonctionnements et donc leur remplacement.  Dans les zones touchées par la sécheresse ou les tempêtes de sable, les panneaux solaires peuvent accumuler davantage de poussière et de débris qui réduisent la quantité de lumière solaire atteignant les cellules et impactent par conséquent leur efficacité.  Il en va de même pour les zones très humides qui, outre l'accumulation de débris, peuvent entraîner la prolifération de moisissures, champignons et mousses qui réduisent au fil du temps les performances des modules".  Sans oublier les très fortes chaleurs.  "Durant les vagues de chaleur prolongées, les modules photovoltaïques peuvent subir une baisse de rendement de conversion et un vieillissement des matériaux.  Les températures élevées agissent en effet sur des paramètres spécifiques. Par exemple, la tension de circuit ouvert du module diminue avec l'augmentation de la température, tandis que le courant de court-circuit augmente, entraînant parfois un découplage avec l'onduleur. Il en résulte une baisse d'efficacité et une dégradation des matériaux du panneau".   La hausse des températures au sol due à l’augmentation des températures moyennes, outre à contribuer aux phénomènes de sécheresse, peut affecter la disponibilité de l'eau nécessaire au nettoyage des panneaux solaires, ce qui entraîne une sorte de cercle vicieux dans lequel le nettoyage nécessite plus d'énergie, avec pour conséquence une augmentation des émissions de gaz à effet de serre.

Le mot clé est Innovation

"Des revêtements particuliers ou des matériaux autonettoyants, technologiquement innovants, peuvent contribuer à garder les panneaux plus propres et donc à préserver leurs performances.  En outre, nous allons vers l'intégration de robots intelligents capables de nettoyer périodiquement les modules photovoltaïques, avec à la clé des économies des ressources en eau", explique M. Gerardi, en soulignant que les fabricants de modules photovoltaïques doivent se concentrer sur la recherche afin de faire face plus efficacement aux conditions météorologiques extrêmes.  À commencer par l'étude de systèmes de refroidissement à eau ou à air, l'utilisation de matériaux plus résistants aux intempéries et à la détérioration due aux mauvaises conditions climatiques, la mise en place de systèmes de contrôle avancés basés sur des capteurs et sur l'intelligence artificielle.

Chez 3SUN, nous avons déjà anticipé ces besoins.  Les modules 3SUN sont conçus pour fonctionner dans une large plage de températures, de très basses à très hautes.  Dans les situations climatiques caractérisées par de fortes chutes de neige ou de fortes pluies, leur structure est en mesure de supporter le poids de la neige accumulée jusqu'à 5400 Pa ; ils résistent aux fortes rafales de vent jusqu'à une pression équivalente à 2400 Pa ; et les matériaux utilisés peuvent supporter les chocs, les vibrations et autres contraintes mécaniques liées à des situations climatiques extrêmes.  Dans les zones très humides ou exposées à des agents corrosifs, comme le sel dans les zones côtières, ils résistent à la corrosion.  Même dans des conditions de faible luminosité, ils conservent une efficacité énergétique relativement élevée, grâce au procédé de fabrication CORE-H basé sur les développements de la technologie des cellules à hétérojonction bifaciale (HJT ou SHJ) conçue pour tirer le meilleur parti de la lumière réfléchie et diffusée par le sol.  Enfin, leurs rigoureux standards de qualité et traçabilité permettent de garantir une grande fiabilité dans les environnements difficiles.

Recherche et développement pour relever tous les défis

La philosophie 3SUN a toujours été d'investir dans la recherche et le développement afin de produire de nouvelles technologies et de nouvelles idées pour améliorer les modules photovoltaïques en termes de durabilité, résistance, fiabilité, efficacité et esthétique.  L'objectif de 3SUN, en collaboration avec divers centres de recherche internationaux, est d'expérimenter de nouveaux matériaux, autant au niveau des cellules que des modules, afin d’offrir un produit final à la fois plus léger et plus résistant, comme le semi-conducteur en pérovskite qui, associé au silicium, permet d’augmenter l'efficacité de base de la cellule solaire.  Le verre trempé, par exemple, plus fin et plus texturé permet de réduire l'impact des dépôts de saleté, ou l’encapsulation polymère moins perméable à l'humidité, qui offre une plus grande adhérence des différentes couches du module afin de prévenir un éventuel délaminage.  Ou encore des cellules plus fines et plus flexibles pour éviter les ruptures et améliorer la durée de vie du produit, et les meilleures solutions en termes de structures, de matériaux et d'électronique appliquée au module.

"Chaque idée (ou prototype) est vérifiée et testée conformément aux normes en vigueur afin de garantir le meilleur produit à proposer sur le marché", conclut M. Gerardi.  3SUN mise donc sur la qualité, car c'est la qualité du module photovoltaïque qui fait véritablement la différence dans la réduction de l'impact du changement climatique.