Energie solaire : Et si la face arrière des panneaux ne comptait plus pour des prunes ?

INNOVATION Jusqu’à présent, seule la face avant d’un panneau photovoltaïque, exposée à la lumière du soleil, travaille. Mais les évolutions technologiques permettent de mettre de plus en plus à contribution la face arrière. Pour produire de l’électricité ou de la chaleur

Fabrice Pouliquen

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La part du marché des panneaux photovoltaïques bifaciaux devrait augmenter régulièrement pour atteindre 45 % des nouvelles installations en 2024.
La part du marché des panneaux photovoltaïques bifaciaux devrait augmenter régulièrement pour atteindre 45 % des nouvelles installations en 2024. — Alexander Pogozhev/TASS/Sipa USA/SIPA
  • Sur les panneaux photovoltaïques classiques, seule la face avant, directement exposée au soleil, compte pour la production d’énergie. La face arrière, elle, sert essentiellement à faire passer un enchevêtrement de fils.
  • Mais ça pourrait changer avec les panneaux bifaciaux, qui devraient devenir la technologie standard à l’avenir. Ce coup-ci, la face arrière participe à l’effort en captant la lumière réfléchie par l’environnement autour des panneaux. En particulier les sols.
  • A la clé ? La promesse de rendements améliorés pour les centrales électriques solaires, à condition de bien réfléchir à la façon dont on les implante. De nouveaux critères sont à prendre en compte. Notamment l’albédo des sols. Autrement dit, leur capacité à réfléchir la lumière.

Un sol calcaire plutôt que de l’herbe bien verte. Du sable plutôt que la surface d’un lac. De la neige plutôt qu’une terre bien brune. Quelle surface est la plus judicieuse pour y implanter une centrale électrique solaire ? Vous savez, ces alignements de panneaux photovoltaïques qu’on commence à voir fleurir depuis la fenêtre du TGV ou aux abords des autoroutes.

Jusque-là, la question se posait assez peu. « Du moins l’albédo, c’est-à-dire la capacité d’un sol à réfléchir la lumière du Soleil, n’était pas un critère pris en compte dans la sélection des sites, explique Benoît Posté, chef de projet innovation chez ENGIE Green, filiale d’ENGIE spécialisée dans les énergies renouvelables. Tout bonnement parce que sur les panneaux standards, seule la face avant, directement exposée au soleil, compte. La face arrière, elle, se résume pour l’essentiel à faire passer un enchevêtrement de fils ».

La face arrière pour capter la lumière réfléchie par les sols

Mais ça pourrait changer avec l’arrivée des panneaux photovoltaïques bifaciaux. Rien ne change pour la face avant. Sa mission reste de capter la lumière directe du Soleil pour transformer cette énergie en électricité. Mais la face arrière, elle, se met à faire le même travail en captant la lumière qui est reflétée par son environnement. Le sol essentiellement. D’où l’importance de prendre en compte son albédo. « Plus la teinte sera claire, meilleur sera le pouvoir de réflexion, et inversement, explique benoît Posté. On passe ainsi d’un albédo 0 pour un sol noir à 1 pour un miroir parfait. »

La technologie bifaciale n’est pas nouvelle. « Le premier brevet date de 1966, indique Benoît Posté. Mais les évolutions technologiques des dernières années ont fait que les cellules photovoltaïques qui sortent aujourd’hui deviennent naturellement bifaciales et que les écarts de prix se réduisent avec les panneaux monofaciaux. »

Les panneaux bifaciaux amenés à devenir la technologie standard ?

Au point que le bifacial devienne très vite la technologie standard ? C’est l’avis de Benoît Posté, que partage aussi  l’International Technology Roadmap for Photovoltaics (ITRPV), une feuille de route des acteurs de l’industrie photovoltaïque. L’édition 2020 prévoyait que la part du marché des modules photovoltaïques bifaciaux, encore balbutiante aujourd’hui, augmentera régulièrement pour atteindre 45 % des nouvelles installations en 2024 et 70 % en 2030.

De quoi augmenter fortement la production d’électricité du photovoltaïque. Le chef de projet innovation chez Engie Green tempère : il ne faut pas s’attendre à faire x 2, par exemple. « La lumière reflétée que récupère la face arrière restera un gisement sensiblement plus faible que celui de la face avant, commence-t-il. Mais on peut tout de même espérer, dans le meilleur des cas, des gains de production jusqu’à 10 % en bifacial, ce qui veut dire autant en chiffre d’affaires. »

Réfléchir autrement

A condition de bien réfléchir à la façon d’implanter ces panneaux bifaciaux. « On a suffisamment de recul sur les panneaux monofaciaux pour connaître les configurations et avoir pris nos habitudes, reprend Benoît Posté. Le bifacial nous obligera à repenser tout ça. » L’albédo ne sera pas le seul critère à prendre en compte. « Il faudra aussi jouer sur la hauteur des tables [sur lesquelles sont apposés les panneaux], sachant que plus elles sont hautes, plus il y aura de la lumière à passer dessous, et plus l’apport de la face arrière sera important », poursuit Benoît Posté.

ENGIE Green va ainsi tester, grandeur nature, quatre centrales solaires bifaciales dans des configurations différentes. Notamment sur des sites avec des albédos variés. La première sera mise en service dans le courant de l’automne. Les autres suivront d’ici à avril 2023. « On regarde aussi de près l’agrivoltaïsme », ajoute Benoît Posté. Le concept ? Installer des panneaux photovoltaïques pilotables au-dessus de cultures pour apporter de l’ombre à ces dernières et les protéger des aléas climatiques tout en produisant de l’électricité. « Pour ce genre de projet, la priorité est donnée aux besoins des plantes, si bien que les panneaux ne sont pas toujours tournés de la façon la plus optimale vers le Soleil, reprend le chef de projet innovation d’ENGIE Green. Si bien que la production d’électricité reste moindre que pour un parc solaire classique, ce qui peut bloquer certains projets. Là encore, les panneaux bifaciaux pourraient permettre de réduire les écarts. »

Cette nouvelle technologie pourrait offrir aussi des perspectives sur les grandes toitures. Celles d’usines, d’entrepôts logistiques ou de supermarchés. Encore plus lorsqu’elles sont recouvertes d’une peinture spéciale, comme celle qu’utilise la startup brestoise Cool Roof, qui réfléchit jusqu’à 95 % des rayons solaires. En revanche, ça coince pour les installations photovoltaïques chez les particuliers. « Tout simplement parce que les panneaux sont très souvent collés à la toiture, voire intégrés à celle-ci, explique Benoît Posté. Dès lors, il n’a pas ou très peu de lumière à passer en dessous. »

D’autres valorisations de la face arrière chez les particuliers ?

Pour autant, même dans cette configuration, la face arrière peut participer à la production d’énergie. A Marseille, l’entreprise DualSun a ainsi mis au point des panneaux photovoltaïques hybrides. « On est parti du constat que les panneaux photovoltaïques plébiscités sur le marché des particuliers ne produisent que de l’électricité. Et, à ce titre, ne valorisent que 20 % de l’énergie solaire qu’ils reçoivent, explique Jérôme Mouterde, qui a cofondé DualSun avec Laëtitia Brottier en 2010. C’est déjà bien et ça s’améliore, mais il y a tout de même 80 % de cette énergie qui n’est pas valorisée. Et il s’agit essentiellement d’échauffement. »

Dès lors, les panneaux de DualSun sont composés d’une face avant « classique », avec des cellules photovoltaïques qui captent la lumière directe pour en faire de l’électricité. « La face arrière, elle, est parsemée de petits canaux. On y fait entrer de l’eau d’un côté, pour qu’elle se répartisse dans ces petits canaux et sorte chauffée du côté opposé », explique Jérôme Mouterde. Cette eau chaude peut servir à divers usages dans la maison : aider la chaudière à utiliser moins de gaz ou de fioul, chauffer l’eau chaude sanitaire ou l’eau de la piscine. « Pour une même surface, nous produisons deux fois plus d’énergie qu’un panneau solaire traditionnel », poursuit Jérôme Mouterde.

DualSun, qui a breveté sa technologique et commercialise ses panneaux solaires hybrides depuis six ans, a équipé plusieurs milliers de bâtiments – des maisons essentiellement –, en France et à l’étranger. Avec l’espoir d’une nette accélération à venir dans l’Hexagone, alors que les panneaux solaires hybrides ont été intégrés en 2021 à Ma prime renov, dispositif d’aides à la rénovation énergétique. Cerise sur le gâteau, DualSun, qui fait partie des vingt start-up à avoir rejoint le nouveau programme French Tech Green 20 du gouvernement, fait assembler et produire ses panneaux à Jujurieux, dans l’Ain.

De nombreux autres progrès technologiques attendus dans le solaire ?

La valorisation de la face arrière des panneaux photovoltaïque n’est qu’un des progrès technologiques attendus pour améliorer la productivité de la filière solaire. « Sans doute pas le plus prometteur même, indique Richard Loyen, délégué général d’Enerplan, syndicat de l’énergie solaire renouvelable. Les perovskites [des cristaux qui promettent d’améliorer grandement la conversion d’énergie solaire en électricité] arrivent, les cellules solaires à hétérojonction [qui combinent deux technologies différentes en une seule cellule pour pouvoir capter davantage d’énergie solaire] devraient suivre. »

Cette seule dernière technologie devrait permettre des rendements records de 24 %, ce qui veut dire que les panneaux équipés de ces nouvelles cellules pourront valoriser 24 % de la lumière qu’ils reçoivent du Soleil, contre 20 % en moyenne aujourd’hui. « Et nous pouvons espérer viser 30 % à l’horizon 2030, reprend Richard Loyen. Il y a en tout cas une innovation technologique continue dans le solaire qui permet de gagner régulièrement quelques pourcents de rendements supplémentaires et/ou de baisser les coûts. »

Mais alors pourquoi la filière ne décolle pas en France ? Nous ne comptons qu’un peu plus de 10 gigawatts de puissance installée et l’énergie solaire ne fournit que 2,2 % de la production électrique française. « On devrait louper l’objectif 2023 que nous avait fixé le gouvernement [20,6 GW de puissance installée] », confirme Richard Loyen, qui désigne comme premier responsable les lourdeurs administratives pour concrétiser les projets. « Le Vietnam a installé 13 GW de panneaux solaires l’an dernier, quand nous sommes à un rythme de moins de 1 GW par an », peste-t-il.