Énergie
L’Âge Solaire – Un Avenir Brillant pour l’Humanité
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De la combustion des carburants à la conversion de la lumière en électricité
L’énergie occupe une place centrale dans le développement des civilisations. Pendant une grande partie de leur histoire, la combustion a été une source essentielle, à côté de la force musculaire humaine et animale.
Des fours qui fondaient le bronze aux centrales à charbon, au pétrole et au gaz, les techniques se sont complexifiées. La chaleur transforme les matériaux et, dans de nombreuses centrales, produit la vapeur qui entraîne turbines et alternateurs.
Le photovoltaïque convertit directement la lumière en électricité. Les cellules ne comportent pas de pièces mobiles, même si certaines installations utilisent des dispositifs de suivi solaire ou des pompes.
Un nombre réduit de pièces mobiles peut faciliter la maintenance et la durabilité. Modules, onduleurs et câblages restent néanmoins exposés aux défaillances et au vieillissement. La conversion photovoltaïque évite le passage par la chaleur, la vapeur et une turbine.
Une croissance remarquable
Le marché solaire a fortement progressé. La prévision citée anticipe une croissance annuelle composée de 15,4 % aux États-Unis jusqu’en 2030 : il s’agit d’une estimation, non d’un résultat acquis.
Source: Grand View Research
Cette croissance est mondiale, avec un rôle majeur de la Chine dans la fabrication, les installations et les projets. Les comparaisons doivent distinguer les capacités prévues, en construction et effectivement en service.
Selon l’Administration nationale de l’énergie chinoise, environ 102 GW de nouvelles capacités photovoltaïques ont été raccordés au premier semestre 2024.
Cette expansion a permis d’avancer à 2024 l’atteinte de l’objectif de 1 200 GW cumulés d’éolien et de solaire, initialement fixé pour 2030.
Source: Energy Wind Down Media
Des publications comme The Economist ont présenté cette transformation comme le début d’une nouvelle ère.
Source: The Economist
Une couverture de magazine ne constitue toutefois pas un indicateur fiable de l’avenir. La prétendue « malédiction des couvertures de magazine » relève de l’expression journalistique, pas d’une règle de prévision.
Les résultats à long terme dépendront des technologies, des coûts, des politiques et de leur déploiement réel.
Solaire thermodynamique et photovoltaïque
Il existe plusieurs façons de produire de l’électricité solaire. Aujourd’hui dominant, le photovoltaïque exploite les charges générées lorsqu’un semi-conducteur absorbe des photons.
Source: EIA
Le solaire à concentration utilise des miroirs pour chauffer un fluide et produire de l’électricité à partir de cette chaleur. Il comprend des centrales à tour et d’autres configurations, notamment des collecteurs cylindro-paraboliques.
Source: University Of Maine
Cette technologie peut intégrer du stockage thermique, mais doit gérer coûts, exploitation, matériaux à haute température et contraintes de localisation. Les effets sur la faune, notamment les oiseaux, dépendent du projet et du site.
Les progrès industriels et les économies d’échelle ont fortement réduit les coûts du photovoltaïque. Une comparaison avec 1990 doit préciser s’il s’agit du prix des modules, du coût de l’installation ou du coût de l’électricité.
Source: EIA
Le photovoltaïque est ainsi devenu la principale technologie de production d’électricité solaire.
Du silicium aux cellules solaires avancées
Les technologies au silicium représentent la grande majorité du marché photovoltaïque. Une part supérieure à 90 % doit être rapportée à l’année et au périmètre de la statistique.
Source: EIA
Le polysilicium est une matière première de haute pureté, et non un synonyme de cellule polycristalline. Les cellules monocristallines dominent désormais le marché : elles ne sont pas nécessairement moins rentables.
En parallèle des améliorations du silicium, la recherche associe de nouveaux matériaux et architectures pour augmenter les rendements.
Source: Clean Energy Review
Couches minces au tellurure de cadmium
Une technologie commerciale alternative au silicium utilise le tellurure de cadmium (CdTe). Elle équipe notamment de grandes centrales et ne se limite pas aux appareils portables.
Elle présente des avantages industriels et techniques, mais exige une gestion des matières premières et des risques environnementaux.
Ses avantages possibles comprennent :
- Des procédés de fabrication pouvant être simplifiés, avec une production rapide et des investissements réduits.
- Une couche absorbante très mince. Le poids du module complet dépend aussi du support et de l’encapsulation.
- Le département américain de l’Énergie indique des émissions de fabrication inférieures à celles du silicium dans certaines comparaisons. L’écart dépend des procédés et de l’électricité utilisés.
- Une forte absorption de la lumière, permettant l’utilisation de couches minces.
Le cadmium présente des risques et nécessite des contrôles sur tout le cycle de vie. Toutefois, le cadmium élémentaire et le composé CdTe n’ont pas les mêmes propriétés. Encapsulation, collecte et recyclage contribuent à la maîtrise du risque.
Le tellure est principalement obtenu comme sous-produit du raffinage d’autres métaux, ce qui peut limiter la hausse de l’offre. Sa rareté dans la croûte terrestre et sa disponibilité industrielle sont deux questions distinctes.
Récupération, recyclage et gestion du cycle de vie sont essentiels pour limiter l’utilisation de ressources et les risques environnementaux.
Le CdTe est déjà utilisé dans des centrales commerciales. D’autres travaux sur des cellules légères et flexibles explorent notamment les appareils portables, la mobilité et le spatial.
Pérovskites
Dans le photovoltaïque, le terme “pérovskite” désigne une famille de matériaux dotés d’une structure cristalline particulière. Les absorbeurs étudiés sont souvent des halogénures métalliques, et non le minéral oxyde de calcium et de titane à l’origine du nom.
Les rendements expérimentaux ont rapidement progressé, de 3,8 % pour les premières cellules de 2009 à 33,9 % pour une cellule tandem silicium-pérovskite annoncée en 2023 par LONGi Green Energy Technology. Ces architectures sont différentes : le rendement du tandem n’est pas celui d’une cellule composée uniquement de pérovskite.
Certaines pérovskites peuvent être déposées par des procédés proches de l’impression et à température relativement basse. Le coût industriel dépend aussi du rendement de fabrication, de l’encapsulation, de la durée de vie et de l’échelle.
Des cellules sur supports souples pourraient équiper des toits de véhicules ou des drones. Associer des absorbeurs de bandes interdites différentes peut augmenter le rendement théorique.
La stabilité face au temps, à l’humidité, à la chaleur et à la lumière reste déterminante. La durée de vie varie avec les formulations et les essais. Les matériaux contenant du plomb nécessitent une prévention des fuites et une gestion de la fin de vie.
Cette technologie est prometteuse, mais sa commercialisation n’en était qu’à ses débuts dans la période étudiée. Les tandems silicium-pérovskite constituent l’une des voies de développement.
Points quantiques et autres effets quantiques
L’amélioration du rendement passe par une meilleure utilisation du spectre solaire et la réduction des pertes. Le silicium absorbe aussi une partie du proche infrarouge et de l’ultraviolet : son absorption ne se limite pas au visible.
Source: QD Solar
Les points quantiques sont des nanoparticules dont les propriétés optiques varient avec la taille. Leur découverte et leur synthèse ont été récompensées par le Nobel de chimie 2023 (voir notre article sur les points quantiques).
Ils peuvent être conçus pour absorber des longueurs d’onde complémentaires à celles exploitées par le silicium.
Les limites théoriques dépendent de l’architecture et des hypothèses physiques. Les 66 % cités pour certains concepts avancés ne sont pas un rendement commercial démontré pour des panneaux à points quantiques.
D’autres travaux explorent des nanostructures et des effets quantiques, par exemple des résonateurs en nœud papillon associés aux forces de Casimir et de van der Waals. Il s’agit de recherche, pas d’un gain déjà établi dans les modules commerciaux.
Revêtements avancés
Outre les nouveaux matériaux, les revêtements, l’optique et la conception du module peuvent améliorer les performances.
SunDensity développe des revêtements photoniques qui modifient le spectre reçu par les cellules, notamment en convertissant la lumière vers des longueurs d’onde plus utiles. En 2024, l’entreprise a annoncé SunDensity Canada et l’acquisition de QD Solar. Leur rôle ne se limite donc pas à bloquer les UV.
Source: QD Solar
Panneaux bifaciaux et dispositifs de suivi solaire
Les modules monofaciaux exploitent principalement la lumière reçue sur leur face avant. Leur orientation et leur inclinaison influencent la production.
Les modules bifaciaux produisent de l’électricité grâce à la lumière reçue sur leurs deux faces, y compris la lumière réfléchie. Ils peuvent améliorer la production et permettre des installations verticales dont les faces regardent l’est et l’ouest.
Selon le site et la conception, ces installations peuvent offrir plusieurs avantages :
- Une répartition différente de la production entre matin et après-midi. Le gain dépend du climat, de l’orientation et d’une éventuelle limitation de puissance par l’onduleur.
- Une bonne circulation de l’air limite l’échauffement et les pertes de rendement.
- La face arrière peut capter la lumière réfléchie par la neige ou un sol clair.
- Des faces orientées à l’est et à l’ouest peuvent déplacer une partie de la production vers le matin et la fin de journée, lorsque sa valeur pour le réseau peut être supérieure.
Source: Wikipedia
Les modules bifaciaux pourraient se généraliser. La “courbe du canard” décrit la demande résiduelle sur le réseau; une production abondante à midi peut faire baisser les prix. Les gains hivernaux dépendent du site et du projet.
Source: Visual Capitalist
Les dispositifs de suivi orientent les modules au fil de la journée. Le bénéfice dépend de la latitude et des conditions locales; les pièces mobiles ajoutent coûts, maintenance et complexité.
Source: Nickel Energy Solution
Chaleur et thermophotovoltaïque
La gestion thermique compte : toutes choses égales par ailleurs, l’élévation de température réduit généralement le rendement des cellules photovoltaïques classiques.
Ventilation et conception limitent l’échauffement. Certains systèmes font circuler de l’eau derrière les modules et peuvent également récupérer de la chaleur utile.
Source: Sustainable Energy Research
Les cellules thermophotovoltaïques convertissent le rayonnement d’une source chaude, souvent dans l’infrarouge. Exposer un panneau ordinaire à une chaleur ambiante quelconque ne suffit pas à produire une électricité utile.
Photovoltaïque flottant
Source: RWE
Lorsque le foncier manque, certains projets utilisent des plans d’eau. Le photovoltaïque flottant place les modules sur des structures flottantes.
Il peut réduire l’occupation du sol et favoriser le refroidissement. Il faut toutefois évaluer les écosystèmes aquatiques, l’ancrage, la corrosion, l’accès et la sécurité électrique.
Agrivoltaïsme
L’agrivoltaïsme combine agriculture et production photovoltaïque sur une même parcelle, avec un espacement et un ombrage adaptés aux cultures. Les modules classiques sont opaques : la lumière utile passe surtout entre eux ou atteint des zones partiellement ombragées. Une conception adaptée peut offrir plusieurs avantages :
- Protection de certaines cultures contre un excès de rayonnement et de chaleur.
- Réduction de l’évaporation et, dans certains cas, des besoins d’irrigation.
- Usage partagé du terrain, limitant la concurrence entre agriculture et production électrique.
- Ombre pour les animaux d’élevage.
- Refroidissement local possible par l’évapotranspiration des plantes.
Source: Dezeen
Dans les zones arides, l’ombre et la végétation peuvent limiter le stress hydrique et la poussière. Les résultats dépendent du site et des cultures. L’eau de nettoyage n’est pas automatiquement adaptée ni suffisante pour irriguer.
Cette intégration demande de nouvelles compétences, une coordination entre agriculteurs et installateurs et un projet compatible avec les travaux agricoles.
Solaire spatial
La production photovoltaïque locale s’arrête la nuit et peut fortement diminuer en hiver aux hautes latitudes.
Une proposition consiste à installer des centrales en orbite et à transmettre leur énergie vers la Terre.
Une orbite et un système adaptés pourraient fournir une production presque continue à des récepteurs terrestres. Éclipses, transmission et fonctionnement peuvent néanmoins provoquer pertes et interruptions.
Source: ESA – European Space Agency
Des coûts de lancement inférieurs seraient importants. Fabriquer dans l’espace à partir de ressources lunaires ou d’astéroïdes constitue une hypothèse plus lointaine et techniquement exigeante.
Nous avons présenté fonctionnement, difficultés et acteurs dans l’article « Des solutions énergétiques spatiales pour une énergie propre continue ».
Les limites du solaire
Malgré la baisse des coûts, plusieurs contraintes compliquent le remplacement complet des autres sources par le solaire.
Intermittence et saisonnalité
La production varie avec les nuages, les saisons et l’alternance jour-nuit. Les réponses comprennent réseaux, flexibilité de la demande, autres sources et stockages de différentes durées, chacun avec ses coûts et limites :
- Le solaire spatial reste une proposition en développement, pas une source continue déjà disponible à grande échelle.
- Des interconnexions à longue distance par câbles HVDC, c’est-à-dire en courant continu haute tension, comme les projets entre l’Australie et Singapour (environ 4 300 km) ou entre le Maroc et le Royaume-Uni (environ 4 000 km). Il s’agit des projets évoqués à l’époque de l’article, pas de liaisons déjà opérationnelles.
- Des stockages pour décaler l’énergie entre les heures; le stockage saisonnier pose d’autres exigences. Voir « L’avenir du stockage : les batteries à l’échelle du réseau ».
Source: Canadian Solar
Les limites de l’électrification
L’électricité représente environ un cinquième de la consommation finale mondiale d’énergie, selon l’année et la définition. Transports, chauffage et industrie utilisent également des combustibles et de la chaleur directement.
L’électrification et la décarbonation nécessitent des technologies et des infrastructures complémentaires au solaire.
Elles peuvent inclure l’hydrogène et l’ammoniac comme vecteurs énergétiques, ainsi que des sources comme le nucléaire ou la géothermie, selon le système. Il est donc probable que le mix énergétique futur ne repose pas uniquement sur le solaire.
Géopolitique et dépendance à la Chine
La Chine domine de nombreux segments de la filière photovoltaïque et joue un rôle important dans d’autres technologies énergétiques propres.
Les chiffres cités attribuent à la Chine environ 80 % des panneaux solaires mondiaux, 60 % des véhicules électriques et plus de 80 % de leurs batteries. Ces parts doivent être rapportées à l’année et à la catégorie de production considérées.
Source: Medium
Une partie de l’électricité utilisée par la filière chinoise provient du charbon. Cela augmente les émissions de fabrication, sans nécessairement supprimer l’avantage climatique du photovoltaïque sur l’ensemble de son cycle de vie.
Source: Brian Pittock
Tensions géopolitiques et restrictions commerciales peuvent affecter les coûts et l’approvisionnement. Les droits de douane sur les panneaux fabriqués en Chine influencent également les marchés.
Contraintes sur les ressources
Le silicium est abondant, mais les modules nécessitent d’autres matériaux. Le Silver Institute estime à 193,5 millions d’onces la demande d’argent du photovoltaïque en 2023, soit 64 % de plus qu’en 2022. Cette demande sectorielle doit être comparée à la mesure appropriée de l’offre mondiale.
Source: Medium
Les cellules au silicium ne dépendent généralement pas des terres rares. Certaines technologies en couches minces utilisent indium, gallium ou sélénium : les besoins varient selon les produits.
Les pérovskites photovoltaïques étudiées sont souvent des halogénures métalliques et ne nécessitent pas forcément de titane. On ne peut donc pas en déduire automatiquement une contrainte sur sa production.
Les conséquences d’une énergie moins coûteuse
Investissements, innovation, utilisation efficace des ressources et recyclage peuvent atténuer de nombreux obstacles, sans nécessairement les éliminer. Une énergie abondante et sans combustion pendant l’utilisation pourrait offrir des avantages importants.
Production électrique décentralisée
Le photovoltaïque convient aussi bien aux grandes centrales qu’aux systèmes répartis sur les toits et d’autres surfaces.
Cette souplesse multiplie les possibilités, mais ne rend pas chaque toit, lac ou champ approprié.
Production et stockage distribués peuvent accroître la résilience locale. Les connexions, le pilotage et les investissements dans le réseau restent importants.
Développement des pays à faible revenu
De nombreux pays à faible revenu disposent de bonnes ressources solaires. Nuages, saisons et conditions locales entraînent néanmoins des différences importantes.
Source: Allegra Spender
La baisse des coûts offre des alternatives aux combustibles fossiles et à la biomasse traditionnelle. Financement, politiques et infrastructures influencent le rythme du déploiement.
Une alimentation fiable peut soutenir éclairage, traitement de l’eau, réfrigération, communications et activités productives.
Miniréseaux et systèmes autonomes peuvent précéder les grands réseaux dans certaines régions. Cela ne signifie pas que tous les pays puissent passer directement à un système entièrement décentralisé.
Le parallèle avec l’essor de la téléphonie mobile est utile, mais l’électricité et les télécommunications requièrent des infrastructures et des capitaux différents.
Les possibilités d’une énergie abondante et bon marché
Eau, déserts et agriculture
Des coûts énergétiques inférieurs peuvent améliorer l’économie d’applications très énergivores. Par exemple, ils peuvent alimenter de grandes usines de dessalement et améliorer l’accès à l’eau dans les régions arides. Les déserts couvrent environ un tiers des terres émergées, et non de la surface totale du globe. Saumures, transport et autres impacts doivent également être gérés.
Extraction et métaux
Une énergie moins chère peut rendre plus intéressante l’exploitation de gisements pauvres. Extraction et séparation demandent aussi eau, réactifs, équipements et gestion environnementale. Cela ne rend pas automatiquement lithium, titane ou tungstène aussi bon marché et disponibles que l’acier et l’aluminium.
Engrais
L’ammoniac destiné aux engrais azotés utilise souvent de l’hydrogène issu du gaz naturel. Électricité et hydrogène bas carbone peuvent réduire les émissions, mais nécessitent des investissements et des procédés adaptés.
Capture du carbone
Le solaire contribue à réduire les émissions, mais ne résout pas à lui seul tous les problèmes climatiques.
Les techniques d’élimination du CO₂ doivent gérer consommation énergétique, coût et permanence du stockage.
Investir dans le solaire
Le solaire peut jouer un rôle majeur dans la décarbonation électrique. Les combustibles fossiles conservent toutefois une place importante dans l’électricité et plus encore dans l’énergie totale. Les taux de croissance évoluent avec le temps.
Les économies d’échelle comptent, mais les grandes entreprises peuvent aussi perdre de l’argent en période de surcapacité et de baisse des prix. De nouvelles technologies créent des occasions et menacent les acteurs établis.
Nos guides sur les courtiers permettant d’investir dans le secteur sont disponibles sur securities.io. Ils couvrent notamment les États-Unis, le Canada, l’Australie, le Royaume-Uni, et de nombreux autres pays.
Pour une exposition diversifiée, on peut étudier des fonds comme Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN) ou Global X China Clean Energy ETF (2809.HK). Il faut vérifier composition, statut et risques : un fonds sur l’énergie propre n’est pas nécessairement consacré au seul solaire.
Voir aussi notre article « Dix grandes valeurs du secteur solaire à considérer ».
Entreprises du secteur solaire
1. Daqo New Energy Corp.
DQ Graphique du prix
Daqo New Energy est un producteur chinois de polysilicium, matière première essentielle aux cellules au silicium.
L’entreprise a fortement développé sa capacité depuis 2019. Une multiplication supérieure à huit dépend des dates et de l’inclusion d’installations achevées ou encore prévues.
Source: Daqo
Le chiffre d’affaires est passé d’environ 680 millions de dollars en 2020 à 4,61 milliards en 2022, puis est redescendu à 2,31 milliards en 2023. La baisse des prix du polysilicium illustre le caractère cyclique du secteur.
La communication et le site de l’entreprise ciblent surtout des clients industriels. Leur apparence ne détermine pas la valeur de l’entreprise ou de l’action.
De faibles multiples des bénéfices ou des flux de trésorerie demandent de la prudence lorsque les profits sont cycliques. La société est aussi exposée aux controverses sur les accusations de travail forcé au Xinjiang et aux restrictions commerciales. Il faut distinguer accusations, décisions des autorités et réponses de l’entreprise.
Risques géopolitiques et variations de prix sont importants. Une valorisation apparemment faible ne garantit ni hausse du titre ni maintien des profits.
2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.
JKS Graphique du prix
JinkoSolar est un grand fabricant de modules photovoltaïques principalement implanté en Chine. Il a diversifié sa production, notamment au Vietnam et en Malaisie. À l’époque, son activité américaine concernait l’assemblage de modules, pas la fabrication de cellules. Cette diversification répond à plusieurs objectifs industriels et commerciaux.
Source: Jinko Solar
Chine, Asie-Pacifique et marchés émergents constituent d’importants débouchés. Cette présence n’élimine pas les risques liés aux droits de douane, aux règles commerciales et à la concurrence.
Source: Jinko Solar
L’entreprise avait annoncé plus de 230 GW de modules livrés cumulativement. Au premier trimestre 2024, les livraisons de modules ont atteint 19,99 GW, soit une hausse de 53,3 % sur un an. Ces chiffres ne concernent pas seulement les cellules.
L’entreprise se présentait alors comme le premier fournisseur mondial en livraisons de modules.
Les cellules avancées de type N de JinkoSolar atteignaient environ 25,8 % de rendement selon les données d’entreprise citées. Le rendement de la cellule est distinct de celui du module complet. L’entreprise propose aussi des modules bifaciaux.
Le type N représentait environ 80 % des livraisons de modules au premier trimestre 2024, et non sur toute l’année 2023. L’objectif de fin d’année était d’environ 90 %. Le projet intégré de 56 GW était organisé par phases : achever une phase ne signifiait pas démarrer tout le site.
Les objectifs de capacité annuelle fin 2024 étaient d’environ 120 GW pour les plaquettes, 110 GW pour les cellules et 130 GW pour les modules. Capacité annuelle et production cumulée mesurent des choses différentes.
Neo Green a été présenté comme un produit fabriqué avec de l’électricité renouvelable dans les installations concernées. Cela n’implique pas zéro émission pour toutes les matières premières, le transport et l’ensemble du cycle de vie.
L’expansion reflétait les attentes concernant le type N et les marchés étrangers. Surcapacité, prix et concurrence restent des risques : la croissance du solaire ne garantit pas la rentabilité de chaque fabricant.
