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DUBAÏ: Une nouvelle recherche menée par une grande université saoudienne a montré des résultats prometteurs dans le domaine des énergies renouvelables en utilisant la vapeur d'eau atmosphérique pour refroidir les panneaux solaires.
Le projet de l'université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) a permis de fournir une augmentation de près de 20 % de la production d'électricité.
« Alors que la crise climatique s'aggrave, l'énergie solaire est considérée par beaucoup comme la solution ultime aux défis de durabilité », a déclaré le Dr Peng Wang, professeur à la KAUST, qui dirige l'étude. « L’énergie solaire photovoltaïque est le moyen le plus populaire de convertir l'énergie solaire en électricité. »
Selon le dernier rapport sur l'état du photovoltaïque (PV) européen, la capacité installée mondialement doublera d'ici à 2025 pour atteindre 1 500 gigawatts (GW), et 3 000 GW d'ici à 2030. « Le Moyen-Orient a la chance d'avoir une irradiation solaire stable et fiable. Il s'agit sans doute de la meilleure qualité d’irradiation solaire au monde », explique Wang.
« L’irradiation solaire moyenne annuelle en Arabie saoudite, de 2 300 kilowattheures par mètre carré (kWh/m2), est plus d’1,4 fois supérieure à celle du Japon (1 600 kWh/m2). En outre, il existe au Moyen-Orient de vastes zones terrestres qui restent inexploitées et inutilisées: elles sont parfaites pour l'utilisation de l'énergie solaire. »
Wang a révélé que, selon une estimation, si 5 % de la superficie terrestre du Royaume étaient entièrement couverts par des panneaux solaires, il y aurait plus d’électricité que nécessaire pour alimenter le monde entier.
« Le développement de projets solaires a été lent au Moyen-Orient dans le passé, précise-t-il à Arab News. Cependant, de nos jours, les projets solaires géants – en cours de mise en œuvre et de planification – montrent clairement que le Moyen-Orient, dont le Royaume, est prêt à jouer un rôle de chef de file dans la ruée mondiale vers l'énergie solaire. »
Cependant, l'un des problèmes principaux au sujet des panneaux solaires demeure les températures élevées durant la journée, notamment en Arabie saoudite où elles peuvent atteindre 40 °C de plus que l'air ambiant. Wang a expliqué que la difficulté était liée aux panneaux commerciaux, qui ne peuvent pas convertir plus de 20 % de l'énergie solaire qu'ils absorbent en électricité.
« Le reste de l'énergie solaire absorbée à plus de 80 % est converti de manière indésirable en chaleur, déplore le Dr Wang. La chaleur est considérée comme un gaspillage et conduit à une température photovoltaïque élevée. »
Les températures élevées ont deux effets néfastes: elles réduisent la production d’électricité du panneau, et elles raccourcissent sa durée de vie.
En conséquence, un refroidissement efficace des panneaux a toujours été un important objectif des projets solaires dans les zones arides et semi-arides, comme la région du Golfe.
« Une approche de refroidissement photovoltaïque efficace, telle que rapportée par la KAUST, conduirait à une production d'électricité améliorée et à une durée de vie prolongée du panneau, expose Wang. Ainsi, aucun terrain supplémentaire n'est requis. »
Les chercheurs de la KAUST ont utilisé une stratégie de refroidissement simple, qui récolte la vapeur d'eau atmosphérique pour refroidir le panneau. On a pu démontrer qu'une telle technique avait augmenté la production d'électricité d'environ 20 %.
Ce système de refroidissement est considéré comme un nouveau concept dans l'industrie, les recherches de la KAUST en ayant fourni une première preuve. Ce concept a prouvé son efficacité sur un panneau photovoltaïque à petite échelle, mais l'équipe prévoit de l’expérimenter sur un panneau photovoltaïque commercial dans les deux prochaines années.
« Cela rendra la technologie compétitive sur le plan commercial et lui permettra de produire un impact réel, indique Wang. Par ailleurs, il existe, au-delà du simple refroidissement PV, des applications du refroidissement assisté par vapeur d'eau atmosphérique, et nous en poursuivrons activement l’étude. »
Il a en outre expliqué que l'eau, parmi tous les liquides connus à température ambiante, possède la chaleur latente d'évaporation la plus élevée.
« Cela veut dire que l'évaporation de l'eau peut refroidir un objet, explique Wang. Si ce concept doit être utilisé pour refroidir un panneau, alors la question est de savoir où trouver de l'eau, en particulier dans un désert où des panneaux photovoltaïques sont installés. »
Bien qu’elle ne soit pas visible sur les terres désertiques, une grande partie de l’eau se trouve dans l’air. La quantité disponible est constamment préservée dans l’atmosphère terrestre atteignant plus de six fois la totalité de l’eau de tous les fleuves de la planète.
« La vapeur d'eau est disponible partout, y compris dans les régions désertiques, observe Wang. Mes recherches ont porté sur la récolte de la vapeur d'eau atmosphérique pour produire de l'eau potable fraîche. Durant ces recherches, nous avons constaté que l'humidité relative dans le désert la nuit est très propice à la récolte de vapeur d'eau. »
Pour Jenny Chase, responsable de l’analyse solaire chez BloombergNEF, les panneaux solaires génèrent en principe plus d'énergie lorsqu'ils sont conservés au frais. Cependant, la différence justifie rarement le refroidissement actif.
« L'Arabie saoudite est un pays chaud, et de plus en plus chaud. Les changements dans la conception du système PV qui maintient les panneaux au frais amélioreront donc la production, observe-t-elle. Cependant, l’investissement financier important que représente cette opération n'en vaut peut-être pas la peine, car la plupart des panneaux ne sont pas refroidis. »
Elle s'attend à ce que l'Arabie saoudite construise davantage de panneaux solaires, quel que soit l'état des technologies de refroidissement. « L'énergie renouvelable, c’est l'avenir, affirme-t-elle. Mais la technologie standard est suffisante si cette technologie de refroidissement ne fonctionne pas. »
Chase a déclaré que la production d'énergie solaire dans le Royaume coûtait moins cher que l'utilisation de combustibles fossiles.
« L'Arabie saoudite ne manque pas non plus de déserts, et l'énergie solaire peut l'aider à répondre à la demande croissante de climatisation, qui a lieu en grande partie pendant la journée, indique Chase à Arab News. Elle construira probablement aussi des éoliennes, mais les panneaux solaires coûtent moins chers dans un pays ensoleillé. »
Selon les experts de l'industrie, maximiser la production d'électricité est d'une importance cruciale pour tout projet solaire. « Cette situation est particulièrement importante en Arabie saoudite, un marché qui a prouvé son extrême compétitivité», déclare Miguel Pozuelo, responsable des grands comptes pour le Moyen-Orient chez Soltec, exposant au World Future Energy Summit 2021 d’Abu Dhabi.
« Pour une technologie de module PV spécifique, il existe essentiellement deux moyens d'optimiser la génération : nous pouvons augmenter l'irradiation tombant à la fois sur la face avant et sur la face arrière du panneau pour maximiser le nombre de rayons solaires qui l'atteignent et, par conséquent, augmenter la production d’électricité. »
L’utilisation de tels panneaux bifaciaux a révélé son efficacité dans le monde entier.
La réfrigération des modules a également été identifiée comme un autre moyen d’augmenter la production.
« En juillet 2018, Soltec a lancé le Centre d'évaluation du suivi bifacial où, avec d'autres entités, il a étudié comment différents facteurs pouvaient affecter la production bifaciale, explique Pozuelo. Le suivi bifacial combiné au refroidissement des modules jouera un rôle extrêmement important en Arabie saoudite. »
Il a salué dans le projet KAUST un indicateur des progrès du Royaume dans le domaine de la technologie des énergies renouvelables.
« L'innovation est cruciale pour assurer le succès de toute industrie et, dans le cas de l'énergie solaire, elle est directement liée aux conditions spécifiques du site, précise Pozuelo. C’est la raison pour laquelle Soltec a mis au point un test destiné à comprendre en profondeur le comportement des panneaux dans l’environnement désertique du Moyen-Orient, avec une attention particulière au suivi bifacial et à l’optimisation du nettoyage automatisé. »
Il voit pour les énergies renouvelables un avenir prometteur, en particulier pour l’énergie solaire en Arabie saoudite, ajoutant que les premiers projets à grande échelle qui sont actuellement à des stades avancés de développement apporteront à cette industrie sa maturité.
Pendant ce temps, à Thuwal, au nord de Djeddah, des tests de terrain sur le campus de KAUST ont montré que l’utilisation du refroidissement par vapeur d’eau atmosphérique pouvait augmenter la production d’électricité en hiver et en été de 13 à 19 %. Il s’agit pour Wang d’« une étape importante ».
Le professeur ajoute: « Le Royaume possède la meilleure qualité d'irradiation solaire au monde et est en passe de devenir le leader mondial de l'énergie solaire. Cependant, la région est confrontée au problème de la chaleur résiduelle importante des panneaux. Dans notre lutte contre le réchauffement climatique, les énergies renouvelables sont au centre du concept émergent d'économie circulaire et décarbonée. »
Wang exprime l'espoir qu'une telle nouvelle technologie délivre le message selon lequel l'innovation scientifique peut rendre l'énergie renouvelable encore plus « verte ».
« Ayons confiance en notre avenir grâce aux énergies renouvelables et investissons dans la science pour rendre le monde meilleur pour tous », a-t-il conclu.
Ce texte est la traduction d'un article paru sur ArabNews.com
