La production mondiale d'énergie solaire subit un coup dur en raison de la pollution de l'air et de la poussière.
Selon une nouvelle étude, les particules en suspension dans l'air et leur accumulation sur les cellules solaires réduisent la production d'énergie de plus de 25 % dans certaines parties du monde. Les régions les plus durement touchées sont aussi celles qui investissent le plus dans les installations d'énergie solaire : la Chine, l'Inde et la péninsule arabique.
L'étude paraît en ligne le 23 juin dans Environmental Science & Technology Letters.
‘Mes collègues en Inde montraient certaines de leurs installations solaires sur les toits, et j'ai été époustouflé par la saleté des panneaux’, a déclaré Michael Bergin , professeur de génie civil et environnemental à l'Université Duke et auteur principal de l'étude. « Je pensais que la saleté devait affecter leur efficacité, mais il n'y avait aucune étude évaluant les pertes. Nous avons donc mis en place un modèle complet pour faire exactement cela.
Avec des collègues de l'Indian Institute of Technology-Gandhinagar et de l'Université du Wisconsin à Madison, Bergin a mesuré la diminution de l'énergie solaire recueillie par les panneaux solaires de l'IITGN à mesure qu'ils devenaient plus sales avec le temps. Les données ont montré une augmentation de 50 % de l'efficacité à chaque fois que les panneaux étaient nettoyés après avoir été laissés seuls pendant plusieurs semaines.
Les chercheurs ont également échantillonné la crasse pour analyser sa composition, révélant que 92% étaient de la poussière tandis que la fraction restante était composée de carbone et de polluants ioniques provenant de l'activité humaine. Bien que cela puisse sembler être une petite quantité, la lumière est bloquée plus efficacement par de plus petites particules artificielles que par la poussière naturelle. En conséquence, les contributions humaines à la perte d'énergie sont beaucoup plus importantes que celles de la poussière, ce qui rend les deux sources à peu près égales antagonistes dans ce cas.
‘Les particules artificielles sont également petites et collantes, ce qui les rend beaucoup plus difficiles à nettoyer’, a déclaré Bergin. ‘Vous pourriez penser que vous pourriez simplement nettoyer les panneaux solaires plus souvent, mais plus vous les nettoyez, plus vous risquez de les endommager.’
Ayant déjà analysé les polluants décolorant le Taj Mahal indien, Bergin avait déjà une bonne idée de la façon dont ces différentes particules réagissent à la lumière du soleil. En utilisant ses travaux antérieurs comme base, il a créé une équation qui estime avec précision la quantité de lumière solaire bloquée par différentes compositions de poussière de panneaux solaires et d'accumulation de pollution.
Mais l'accumulation de saleté sur les panneaux solaires n'est pas la seule chose qui bloque la lumière du soleil – les particules ambiantes dans l'air ont également un effet d'écran.
Pour cette moitié de l'équation de blocage du soleil, Bergin s'est tourné vers Drew Shindell, professeur de sciences du climat à Duke et expert dans l'utilisation du modèle climatique mondial GISS de la NASA.
Étant donné que le modèle climatique tient déjà compte de la quantité d'énergie solaire bloquée par différents types de particules en suspension dans l'air, il n'était pas exagéré d'estimer les effets des particules sur l'énergie solaire. Le modèle de la NASA estime également la quantité de particules déposées sur les surfaces dans le monde entier, fournissant une base à l'équation de Bergin pour calculer la quantité de lumière solaire qui serait bloquée par la poussière et la pollution accumulées.
Les calculs qui en résultent estiment la perte totale de production d'énergie solaire dans toutes les régions du monde. Alors que les États-Unis ont relativement peu de poussière migratoire, des régions plus arides telles que la péninsule arabique, le nord de l'Inde et l'est de la Chine enregistrent de lourdes pertes – 17 à 25% ou plus, en supposant des nettoyages mensuels. Si les nettoyages ont lieu tous les deux mois, ces chiffres grimpent à 25 ou 35 %.
Il existe, bien sûr, de multiples variables qui affectent la production d'énergie solaire à la fois au niveau local et régional. Par exemple, une grande zone de construction peut provoquer une accumulation rapide de poussière sur un panneau solaire à proximité.
La péninsule arabique perd beaucoup plus d'énergie solaire en poussière qu'en polluants artificiels, a déclaré Bergin. Mais l'inverse est vrai pour les régions de Chine, et les régions de l'Inde ne sont pas loin derrière.
‘La Chine envisage déjà des dizaines de milliards de dollars perdus chaque année, dont plus de 80% proviennent de pertes dues à la pollution’, a déclaré Bergin. ‘Avec l'explosion des énergies renouvelables en Chine et leur récent engagement à étendre leur capacité d'énergie solaire, ce nombre ne fera qu'augmenter.’
‘Nous avons toujours su que ces polluants étaient mauvais pour la santé humaine et le changement climatique, mais maintenant nous avons montré à quel point ils sont également mauvais pour l'énergie solaire’, a poursuivi Bergin. ‘C'est une raison de plus pour les décideurs du monde entier d'adopter des contrôles des émissions.’
Ce travail a été soutenu par l'Agence américaine pour le développement international et le Bureau du vice-recteur à la recherche de l'Université Duke.
‘Grandes réductions de la production d'énergie solaire en raison de la pollution atmosphérique par la poussière et les particules’, Mike Bergin, Chinmay Ghoroi, Deepa Dixit, Jamie Schauer, Drew Shindell. Environmental Science & Technology Letters, 26 juin 2017. DOI : 10.1021/acs.estlett.7b00197