Un Soleil qui ne se couche jamais – Les grands projets de Reflect Orbital pour bouleverser l’énergie solaire

L’essor solaire

Solar energy is becoming one of the world’s major power sources due to its natural abundance, “fuel-free” nature, and no carbon emission when operating (but some during production if the panels are not made with green energy).

Une raison majeure de cette progression est l’amélioration des technologies photovoltaïques, avec l’efficacité des panneaux solaires qui augmente rapidement. Et il y a encore plus à venir, les panneaux bifaciaux, le pérovskite, le tellurure de cadmium en couche mince ou les points quantiques sont tous des candidats pour améliorer davantage les panneaux solaires.

Source: Clean Energy Review

C’est quelque chose que nous avons abordé plus en détail dans « L’Âge solaire – Un avenir radieux pour l’humanité ». En parallèle de l’amélioration de l’efficacité, les coûts de production ont également chuté fortement, créant un environnement idéal pour rendre le solaire compétitif face aux combustibles fossiles.

Source: News Channel 3

Cependant, l’énergie solaire présente une faiblesse majeure. Elle ne peut pas produire d’électricité la nuit. Ou, d’ailleurs, elle produit très peu les jours nuageux.

Cela signifie que l’énergie solaire ne peut fonctionner comme principale source d’énergie de l’humanité qu’en tandem avec des solutions pour atténuer ce problème.

Actuellement, les deux principales options envisagées sont d’énormes batteries pour stocker l’énergie pour le soir et les jours sans soleil, ainsi que des lignes de transmission d’électricité à longue distance pour acheminer l’énergie depuis les zones ensoleillées à travers les fuseaux horaires.

Le problème est que ces deux options sont assez coûteuses et gourmandes en ressources.

C’est pourquoi une autre possibilité est discutée : capturer l’énergie solaire là où elle brille 24 h/24 et n’est jamais affectée par la météo, directement depuis l’orbite terrestre.

Solaire orbital

Ce qui rend les concepts solaires spatiaux d’aujourd’hui et du futur proche potentiellement viables, c’est la chute des coûts de lancement de matériel en orbite. Cela a été principalement provoqué par l’invention des fusées réutilisables par SpaceX (SPCX ) d’Elon Musk, qui a déjà divisé le coût par 10 fois et pourrait le refaire dans un avenir proche.

Source: Ark Invest

Satellites de puissance

Pendant longtemps, la stratégie principale envisagée était d’installer des panneaux photovoltaïques sur de grandes constellations de satellites et de renvoyer l’énergie vers la surface via des micro-ondes (qui ne sont pas absorbées par les nuages).

Source: ESA – European Space Agency

Le problème avec cette stratégie est qu’elle est plutôt complexe comparée au solaire terrestre :

• Terrestre : collecter la lumière du soleil → convertir le courant continu en courant alternatif → injecter l’énergie dans le réseau.
• Spatiale : collecter la lumière du soleil → convertir en micro-ondes → reconvertir les micro-ondes en électricité → convertir le courant continu en courant alternatif → injecter l’énergie dans le réseau.

Ces étapes supplémentaires nécessitent plus d’équipements et, par conséquent, plus de poids à envoyer en orbite. Cela signifie également qu’une partie de l’énergie est perdue à chaque conversion entre la lumière du soleil, l’énergie et les micro-ondes.

Ainsi, bien que la lumière du soleil soit plus forte et ininterrompue en orbite, les pertes supplémentaires et le coût de l’équipement pourraient rendre le solaire orbital pas beaucoup moins cher que le solaire terrestre, même s’il est plus fiable.

Vendre la lumière du soleil ?

Une autre approche est envisagée par une startup appelée Reflect Orbital.

L’idée est de sauter l’étape d’emmener des panneaux solaires et des transmetteurs de micro-ondes en orbite. Et à la place, placer en orbite un gigantesque miroir qui reflète la lumière du soleil vers la Terre.

Source: Reflect Orbital

a déjà été testé par le programme spatial russe en 1990, nous savons donc qu’il fonctionne techniquement. Le financement limité dans la Russie post-soviétique, les fermes solaires encore coûteuses et le coût du lancement orbital à l’époque ont rendu le projet non viable commercialement à ce moment-là.

Ce concept présente quelques avantages clés par rapport aux conceptions « traditionnelles » de solaire orbital :

• Les satellites énergétiques se dégraderont inévitablement avec le temps. Et contrairement aux panneaux solaires sur Terre, il n’existe pour l’instant aucun moyen réaliste de les recycler, ce qui signifie que les machines coûteuses et complexes sont entièrement gaspillées à la fin de leur durée de vie utile.
• Les miroirs spatiaux peuvent être fabriqués à partir d’une simple feuille métallique mince, bien plus légère que les panneaux solaires photovoltaïques. Cela réduirait drastiquement les coûts de lancement.

En pratique, Reflect Orbital « vendreait la lumière du soleil » aux fermes solaires terrestres afin qu’elles puissent continuer à produire après le coucher du soleil, lorsque les prix de l’électricité sont les plus élevés.

L’entreprise a déjà réalisé une démonstration du concept à l’aide d’un ballon à air chaud, partiellement comme une opération marketing pour illustrer le concept plutôt qu’un véritable prototype, qui nécessiterait un satellite réel en orbite.

À quel point est-ce sérieux ?

Équipe

Le cofondateur et PDG de l’entreprise est Ben Novak. En première année d’université, il a dirigé des projets SpaceX validant les composants de propulsion du Crew Dragon et a de nouveau travaillé chez SpaceX par la suite.

Le directeur technique est Tristan Semmelhack, qui était le plus jeune ingénieur chez Zipline, la principale entreprise de livraison par drone au monde.

Peut-être plus crucial pour le succès potentiel du futur prototype est Robert Salazar, ingénieur conception d’héliostats. Il a travaillé sur la conception du bouclier optique du Starshade’s Optical Shield au Jet Propulsion Laboratory de la NASA ; Robert a ensuite conçu des héliostats déployables ultra-légers pour le projet ultralight deployable heliostats for the Transformers for Lunar Extreme Environments.

Source: NASA

Dans l’ensemble, l’équipe semble posséder des compétences techniques sérieuses en matière de projets spatiaux et de miroirs spatiaux. Ce n’est pas seulement une équipe marketing avec une idée folle.

Et nous pouvons supposer que l’expérience de Novak chez SpaceX pourrait aider à sécuriser l’accès aux lanceurs de l’entreprise à l’avenir.

Faisabilité technique

Comme nous l’avons indiqué précédemment, cette technologie a déjà été testée dans les années 1990, nous savons donc qu’elle peut fonctionner. Elle peut réutiliser de nombreuses recherches menées au fil des ans sur les voiles solaires, les antennes gonflables et le pliage origami afin d’optimiser l’efficacité du lancement de panneaux solaires et de feuilles réfléchissantes.

En général, fabriquer des surfaces réfléchissantes ultra-légères pour l’espace est relativement simple, du moins dans la mesure où l’équipement spatial peut être qualifié de facile. Depuis le sol, les réflecteurs ressembleraient à de « mini-soleils ».

Source: University Of Glasgow

Dans une étude de 2022 intitulée « Enhancing solar energy generation and usage: Orbiting solar reflectors as an alternative to energy storage », les réflecteurs étaient supposés être constitués d’une constellation de trente réflecteurs d’un kilomètre de diamètre, chaque réflecteur ayant une durée de vie de 20 ans et pesant environ 7 860 kg.

Le coût d’approvisionnement serait de 375 $/kg, soit 3 M$ par réflecteur et 90 M$ pour l’ensemble de la constellation. Cela serait suffisant pour générer une illumination supplémentaire équivalente à 100 MWh de production d’électricité.

Viabilité économique

Dans la même étude, les scientifiques ont ensuite utilisé un coût de lancement de 1 400 $/kg, soit le coût du lancement d’un satellite Falcon Heavy en 2018. Il convient de noter qu’en 2023, ce coût de lancement était déjà tombé en dessous du seuil de 1 000 $, et ce, avant l’arrivée du Starship de SpaceX, qui est bien plus grand et, en théorie, beaucoup moins cher également.

Dans cette analyse, les chercheurs calculent qu’avec les conditions actuelles, le projet ne parviendrait pas à générer de l’argent. Ils ont même calculé les coûts de lancement nécessaires pour que les miroirs orbitaux atteignent le seuil de rentabilité dans différentes conditions de marché :

La condition de marché 1 présente des prix de l’électricité relativement stables tout au long de la journée, l’Inde étant utilisée comme exemple. Dans ce cas, les coûts de lancement pour atteindre le seuil de rentabilité doivent être de 257 $/kg.

Source: Applied Energy (LC = Launch Cost, PC =  Procurement Cost)

La condition de marché 2 connaît une variation extrême des prix au cours de la journée, la Californie étant utilisée comme exemple. Dans ce cas, les coûts de lancement pour atteindre le seuil de rentabilité doivent être de « seulement » 558 $/kg.

Source: Applied Energy (LC = Launch Cost, PC =  Procurement Cost)

Applications potentielles

Première démonstration marketing

L’entreprise évoque sur son site web la possibilité de « réserver un point de lumière » pendant 4 minutes sur 5 km, avec une disponibilité limitée à partir du quatrième trimestre 2025.

Cela serait réalisé avec des satellites ne pesant que 35 livres (16 kilogrammes) chacun et équipés de miroirs Mylar de 33 pieds par 33 pieds (9,9 m par 9,9 m) qui se déploient en orbite.

Dans la plupart des cas, il s’agirait davantage d’une démonstration et d’un outil promotionnel que d’une cible de production d’énergie, avec un argument solide que cette application pourrait réellement devenir virale, avec la possibilité de demander de la lumière du soleil la nuit d’un simple clic sur une application mobile.

Production d’énergie solaire

La première et la plus évidente application serait d’envoyer de la lumière vers de grandes fermes solaires, notamment sur les marchés de l’électricité où les prix de pointe sont très élevés le soir. Toute entreprise de solaire spatial devra sélectionner soigneusement son marché tout en gardant à l’esprit la concurrence croissante des batteries de plus en plus bon marché.

Une autre considération pratique sera de choisir la bonne orbite, avec le plus grand nombre possible de clients sur le trajet des satellites et leur cible potentielle de réflexion.

Un autre cas d’utilisation possible serait d’augmenter l’intensité solaire atteignant les fermes solaires dans les latitudes nordiques. Par exemple, les fermes solaires au Canada ou en Scandinavie pourraient bénéficier d’une lumière supplémentaire pour atteindre leur capacité maximale, surtout en hiver lorsque la demande d’électricité est élevée et que l’intensité du soleil est à son plus bas.

Lumière urbaine artificielle

Une autre considération pourrait être de fournir de la lumière aux grandes agglomérations urbaines.

Cependant, cela pourrait ne pas être réellement compétitif par rapport aux poteaux lumineux plus simples à exploiter, équipés de cellules solaires intégrées et de batteries.

Agriculture

Une autre activité nécessitant de la lumière est l’agriculture via la photosynthèse des plantes. L’éclairage orbital pourrait éventuellement fournir une lumière supplémentaire aux exploitations agricoles à grande échelle qui utilisent actuellement des lampes à LED dans leurs serres.

Cela ne fonctionnerait que pour les plus grandes fermes, mais pourrait être pertinent pour certaines régions disposant d’installations massives de serres, comme, par exemple, les Pays-Bas ou le sud de l’Espagne.

Une autre option pourrait être d’illuminer les régions nordiques en hiver, où la saison de croissance est très courte. Cela pourrait également, en général, être une option pour le satellite afin de vendre la lumière réfléchie dans des zones où la demande des fermes solaires est insuffisante.

Limites des miroirs orbitaux

Au-delà des considérations techniques et économiques, les miroirs orbitaux ont également leurs détracteurs.

Un problème qu’ils pourraient engendrer est une pollution lumineuse encore plus importante que celle que nous connaissons aujourd’hui. Surtout si cela devient une solution largement adoptée pour gérer les pics de consommation d’électricité dans le monde entier. À long terme, cela pourrait rendre l’astronomie terrestre totalement impossible.

Un autre problème potentiel est la perturbation des écosystèmes naturels. Nous savons déjà que la pollution lumineuse provenant des éclairages urbains peut perturber les animaux nocturnes, les migrations et les populations d’insectes. Ainsi, les miroirs spatiaux de Reflect Orbital pourraient potentiellement aggraver la situation.

Investir dans l’énergie solaire

La production d’énergie solaire croît constamment à un taux à deux chiffres et sera un moteur clé pour décarboniser l’économie. Elle a encore un très long chemin à parcourir, la grande majorité de notre production mondiale d’électricité et encore plus d’énergie totale provenant des combustibles fossiles.

Au fil des années, c’est un secteur qui a évolué pour récompenser les plus grandes entreprises, les économies d’échelle étant un facteur clé pour générer du profit dans un environnement très concurrentiel. Avec, bien sûr, les nouvelles technologies pouvant perturber les fabricants de panneaux polysilicium établis.

Les miroirs solaires pourraient également rendre le solaire encore plus attractif en résolvant non seulement le problème des prix de pointe le soir, mais aussi en améliorant la production des parcs solaires existants, les rendant plus rentables en augmentant le nombre d’heures de production.

Vous pouvez investir dans des entreprises solaires via de nombreux courtiers, et vous pouvez trouver ici, sur securities.io, nos recommandations pour les meilleurs courtiers aux États‑Unis, au Canada, en Australie, au Royaume‑Uni, ainsi que dans de nombreux autres pays.

Si vous n’êtes pas intéressé par la sélection d’entreprises solaires spécifiques, vous pouvez également vous tourner vers des ETF tels que Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) ou Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), qui offriront une exposition plus diversifiée pour profiter de l’industrie solaire et des énergies propres.

Vous pouvez également lire notre article sur les « Top 10 des actions solaires à investir ».

Entreprises solaires & spatiales

1. Rocket Lab

Rocket Lab (RKLB ) est l’un des concurrents les plus sérieux sur le marché des fusées réutilisables. L’entreprise s’est initialement concentrée sur les petites fusées, avec le système de lancement Electron (320 kg de charge utile), qui est progressivement transformé en fusée partiellement réutilisable. Jusqu’à présent, Electron a déployé 177 satellites lors de 44 lancements.

Par la suite, Rocket Lab envisage de créer une fusée réutilisable de taille moyenne, la Neutron, comparable au Falcon 9 (8 000 kg en orbite basse terrestre en mode entièrement réutilisable, 1 500 kg vers Mars ou Vénus). La Neutron sera propulsée par un moteur à méthane (comme le Starship), qui semble devenir la tendance pour la prochaine génération de fusées.

L’entreprise se distingue par son processus de fabrication de satellites entièrement intégré verticalement, ce qui lui permet d’optimiser les coûts et la rapidité de conception. Cela a conduit à de nombreux contrats avec la NASA et le gouvernement américain, dont un contrat de satellite militaire de 515 M$ et un contrat civil de 143 M$ pour Globalstar.

Rocket Lab est également un important fabricant de panneaux solaires pour satellites après ses acquisitions de SolAero Technologies en 2022, avec plus de 1 000 satellites alimentés par ces panneaux, et un total de 4 MW de cellules solaires fabriquées.

Source: Rocket Lab

Pour l’instant, son système de lancement dépend de fournisseurs externes, mais une série d’acquisitions stratégiques devrait changer cela, reproduisant dans le système de lancement l’intégration verticale déjà réalisée dans la conception et la fabrication de satellites.

L’entreprise envisage également la possibilité d’une constellation LEO de télécommunications pour générer des revenus récurrents. Elle contribue également à la recherche sur la fabrication en espace avec Varda Space Industries et l’inspection des débris orbitaux.

Alors que SpaceX a bénéficié du talent commercial d’Elon Musk pour développer sa technologie à partir de zéro, Rocket Lab a utilisé un mélange de R&D et d’acquisitions pour intégrer verticalement la technologie requise. Cela s’est avéré très réussi dans la fabrication de satellites, et ils cherchent maintenant à reproduire cette stratégie pour les fusées réutilisables.

Compte tenu du flux de trésorerie existant provenant de la production de satellites et des succès d’Electron, Rocket Lab est un bon candidat pour rattraper SpaceX, du moins jusqu’à ce que les propulseurs de masse et d’autres infrastructures soient construits dans quelques décennies.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko est l’un des plus grands fabricants de panneaux solaires au monde, et il est principalement basé en Chine. Pour éviter les tarifs, l’entreprise diversifie sa base de production, avec la fabrication de plaquettes de silicium au Vietnam et la fabrication de cellules solaires en Malaisie et aux États‑Unis.

Source: Jinko Solar

Dans tous les cas, l’entreprise n’est pas trop exposée aux marchés occidentaux, la Chine, l’Asie-Pacifique (APAC) et les marchés émergents constituant la majeure partie de son activité.

Source: Jinko Solar

Jinko a livré 230 GW de cellules solaires dans l’histoire de l’entreprise et 20 GW au premier trimestre 2024, contre 14,5 GW il y a un an.

Cela fait de Jinko le numéro 1 de l’industrie photovoltaïque.

La cellule solaire la plus avancée de Jinko, la N-type, atteint une efficacité énergétique remarquablement élevée de 25,8 %. Elle propose également des panneaux bifaciaux.

En 2023, la N-type a dominé la plupart des ventes de Jinko, représentant 80 % de l’ensemble des expéditions, avec une capacité supplémentaire provenant de l’usine de production de 56 GW qui devrait atteindre sa pleine vitesse d’ici la fin 2024 pour constituer 90 % des livraisons d’ici la fin d’année.

La capacité de production totale devrait atteindre 120‑130 GW, soit presque la moitié de la production cumulative de l’entreprise depuis le début de son histoire.

Souhaitant rendre le profil de son produit plus vert, Jinko Solar a également lancé NeoGreen, le premier panneau solaire N-type entièrement produit avec de l’énergie renouvelable (au lieu du charbon, couramment utilisé en Chine).

La croissance ultra‑agressive de Jinko en capacité de production reflète la confiance de l’entreprise dans sa technologie N-type et son ambition de conquérir les marchés d’exportation d’Asie, d’Afrique et d’Amérique du Sud.

Et la perspective globale que l’énergie solaire prenne le contrôle des systèmes énergétiques mondiaux, y compris peut‑être les miroirs solaires, augmentant encore davantage la rentabilité.