Nettoyage des panneaux photovoltaïques sans eau : une méthode révolutionnaire

Face au défi de la transition énergétique, le solaire photovoltaïque est une solution explorée par de nombreux pays. En effet, cette énergie propre et illimitée a de nombreux avantages qui la placent parmi les plus prometteuses pour la production d’électricité verte. Ces derniers temps, une grande avancée scientifique est à l’étude au MIT (Institut de technologie du Massachusetts, aux États-Unis) : un système automatique permettant de nettoyer des panneaux solaires sans eau. Voici pourquoi cette innovation constitue une petite révolution dans le domaine du photovoltaïque.

publié le 06/04/2022 à 16h32 | mis à jour le 28/11/2022 à 17h34 | par Laurie Fouché

Le photovoltaïque dans le monde

L’invention du panneau solaire photovoltaïque remonte aux années 1950, mais leur démocratisation s’ancre fermement dans le 21e siècle. Grâce à la recherche scientifique et technologique on note que :

• la capacité photovoltaïque installée dans le monde fin 2021 était de 183 GW (gigawatt). Cela représente une augmentation de 144 % depuis 2016 et de 531 % depuis 2011 ;
• sur les dix dernières années, le rendement des panneaux solaires est passé de 4 % environ à 28 % dans des conditions idéales. En moyenne, les installations domestiques ont un rendement compris entre 14 et 25 % et des tests en laboratoires sur de nouvelles technologies photovoltaïques annoncent des résultats approchant les 40 % ;
• d’ici 2030, le photovoltaïque devrait représenter 10 % de toute l’énergie produite à l’échelle mondiale.

La production d’électricité à partir d’énergie solaire fait toutefois face à un problème majeur : le nettoyage des modules photovoltaïque. En effet, les plus grandes fermes solaires sont souvent installées dans des déserts ; c’est par exemple le cas en Chine, en Inde, aux Émirats Arabes Unis et aux États-Unis. Dans ces zones arides, la quantité de poussière se déposant sur les panneaux est très élevée et impacte négativement la production et la rentabilité de l’installation photovoltaïque. Il est estimé que :

• la perte de rendement après un mois sans nettoyage peut atteindre les 30 % ;
• mondialement, une baisse de rendement de 3 à 4 % des centrales solaires représente un manque à gagner de 3,3 à 5,5 milliards de dollars.

Le nettoyage des champs solaires

En réponse à cela, la solution la plus simple consiste à organiser le nettoyage des panneaux solaires de manière très régulière ; c’est d’ailleurs ce qui est fait actuellement dans toutes fermes solaires. Toutefois, cela présente plusieurs problèmes :

• le nettoyage est fait à l’eau et nécessite chaque année l’utilisation de près de 38 milliards de litres ce qui augmente considérablement l’empreinte écologique de cette énergie. C’est en effet une quantité astronomique, particulièrement pour des zones sujettes au stress hydrique ;
• l’eau utilisée pour laver les cellules photovoltaïques doit de plus être déminéralisée, sans quoi elle laisserait un film de minéraux qui ferait baisser le rendement. Ce processus consomme beaucoup d’énergie et coûte cher ;
• les champs photovoltaïques se trouvant principalement dans des zones désertiques, l’eau utilisée pour laver les module est prélevée et déminéralisée loin de son lieu d’utilisation. Elle doit ensuite être transportée, souvent en camion-citerne, ce qui implique une consommation importante d’énergie fossile ;
• le nettoyage à l’eau ces installations représente jusqu’à 10 % des coûts de fonctionnement des centrales photovoltaïque, selon la fréquence d’entretien. Cela a des conséquences négatives sur la rentabilité de l’énergie solaire au niveau mondial.

Cet état des lieux de la centrale solaire dans le monde met en lumière le besoin d’innovation en ce qui concerne le nettoyage des modules photovoltaïques. Face à ce constat, plusieurs équipes de scientifiques travaillent depuis plusieurs années sur le sujet.

Le nettoyage des panneaux solaires sans eau

Dans un premier temps, ce sont des solutions mécaniques qui ont vu le jour : un système de brossage doux pour retirer les saletés de la surface des panneaux. L’inconvénient majeur est que cela cause des micro-rayures qui diminuent le rendement sur le long terme, même en utilisant des matériaux très doux.

Dans un article publié dans Science Advances récemment, le professeur d’ingénierie mécanique Kripa K. Varanasi et le doctorant Sreedath Panat du MIT présentent leur solution révolutionnaire : utiliser l’électrostatique pour retirer les particules salissant les modules sans contact avec leur surface. Voici comment cela fonctionne :

1. une électrode est passée au-dessus du panneau et chargée d’un courant précis. le voltage idéal est calculé précisément dans cette étude ;
2. ce courant donne une charge aux poussières présentes sur le panneau. Elles sont habituellement neutres ;
3. en présence d’humidité, et si le courant est adapté, la force électrostatique est suffisante pour compenser les forces maintenant les particules sur la surface ;
4. ces poussières se « décollent » et vont se déposer sur l’électrode.

Une fois un tel système en place, il pourrait s’alimenter directement depuis les panneaux photovoltaïques, et l’énergie consommée pour le nettoyage serait alors négligeable comparé à la situation actuelle. De plus, les scientifiques responsables de cette étude ont prouvé que le dispositif est efficace pour une humidité ambiante comprise entre 30 et 95 %. Il faut savoir que cette valeur de 30 % d’humidité est atteinte tous les jours juste avant l’aube, même dans les zones les plus arides du monde. Il serait donc possible de programmer ces appareils de nettoyage pour qu’ils se mettent en place au moment le plus propice.

Pour le moment, ce dispositif est uniquement testé en laboratoire, mais l’espoir est grand chez les scientifiques impliqués dans ce projet de voir la solution déployée prochainement sur le terrain.

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