L'espace, nouvelle frontière du photovoltaïque : les 2 projets les plus prometteurs

Le projet SOLARIS de l'ESA et l'initiative japonaise OHISAMA ouvrent de nouvelles frontières dans la transmission de l'énergie solaire de l'espace vers la Terre, en exploitant des technologies avancées pour améliorer l'efficacité énergétique et la durabilité à l'échelle mondiale.

L'énergie solaire spatiale il a une longue histoire. En 1958, le satellite Avant-garde 1 des États-Unis a été le premier vaisseau spatial à utiliser un panneau solaire pour alimenter un émetteur radio. Bien que le satellite ait cessé de fonctionner après quelques années, il est toujours en orbite et représente le plus ancien objet artificiel en orbite autour de la Terre. Vanguard 1 a été le pionnier de l'utilisation de l'énergie solaire dans l'espace. Aujourd'hui, la Station spatiale internationale est équipée de plus de 400 mètres carrés de panneaux qui fournissent 240 000 fois plus d'énergie que la petite installation Vanguard 1.

S’il est possible de fournir de l’énergie solaire aux engins spatiaux, cette énergie renouvelable pourrait-elle être transmise de manière continue et cohérente vers la Terre avec une plus grande efficacité, quelles que soient les conditions météorologiques ? C'est l'objectif du projet SOLARIS, sur lequel l'Agence spatiale européenne (ESA) se concentrera dans les années à venir.

Le projet SOLARIS

Le projet SOLARIS, lancé en 2023, vise à produire de l'énergie dans l'espace pour une utilisation sur Terre. Plusieurs experts dans le domaine des technologies photovoltaïques, de réseau et de stockage participent à cette initiative. Les premières contributions comprennent l'identification préliminaire de modèles commerciaux potentiels et la détermination de la taille des centrales solaires en orbite, ainsi que des lignes directrices de base pour l'installation de stations de réception d'énergie depuis l'espace.

L'idée est de installer des centrales solaires spatiales à 36 000 km au-dessus de la surface de la Terre, sur une orbite géostationnaire. De cette façon, les panneaux solaires seraient exposés au Soleil presque toute la journée, produisant de l'énergie en permanence, sauf quelques jours par an pendant les équinoxes, en raison de l'ombre conique de la Terre. Les panneaux solaires spatiaux sont plus légers et plus multi-jonctions que ceux utilisés sur Terre, composés de plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs capables d'absorber différentes parties du spectre solaire, augmentant ainsi l'énergie extraite de la même surface exposée. Ils utilisent des matériaux comme l'arséniure d'indium ou l'arséniure de gallium, avec un rendement actuel de 30 %, qui devrait atteindre 40 % d'ici dix ans (contre 21-22 % pour les panneaux terrestres).

La première grande date du projet SOLARIS est fixée à 2025, lorsqu'il faudra évaluer l'efficacité réelle de la transmission : quelle quantité d'énergie produite en orbite atteindra la Terre. La transmission s'effectuera via un système sans fil, et non via un câble géant ou un ascenseur spatial. L'énergie sera transmise sous forme de micro-ondes et « captée » par une série d'antennes qui la convertiront en électricité pour le réseau. La première transmission d'énergie depuis l'espace a eu lieu en 2023 grâce à une technologie développée par le California Institute of Technology et utilisée par le satellite Space Solar Power Demonstrator (SSPD-1), qui a allumé deux lumières LED démontrant la faisabilité technique.

L’enjeu actuel concerne la faisabilité industrielle et économique du procédé. Une centrale électrique d'un gigawatt pèserait environ 11 000 tonnes et nécessiterait 100 lancements pour mettre tout le matériel en orbite. Pour être économiquement viable, le rendement de la transmission doit dépasser 90 %. Si tout se passe bien, la prochaine étape, vers 2030, sera de mettre en orbite le premier parc solaire de 1 MW, déjà assemblé et capable d’extension automatique.

Après 2030, des centrales électriques de plus en plus puissantes seront développées, atteignant 1 gigawatt de capacité installée entre 2040 et 2045, pour lancer une véritable application commerciale de la nouvelle technologie. Les centrales solaires spatiales standard de 1 GW seront des structures métalliques avec des panneaux photovoltaïques montés en parallèle sur une superficie d'environ cinq kilomètres carrés, avec une grande antenne de transmission. Sur Terre, d'autres antennes, réparties sur environ 25 kilomètres carrés, recevront les micro-ondes. Une capacité installée d’un gigawatt dans l’espace peut produire six à sept fois plus d’énergie qu’une capacité installée sur Terre, pratiquement 24 heures sur 24.

Le projet OHISAMA

Également Japon explore la possibilité d’utiliser l’énergie solaire spatiale. Le projet OHISAMA, dont le lancement est prévu en 2025, entend démontrer la faisabilité de transmettre l’énergie solaire de l’espace à la Terre. Des scientifiques japonais ont déjà démontré transmission sans fil de l'énergie solaire au sol à partir d'une source stationnaire et prévoient d'effectuer une transmission depuis un avion d'ici décembre 2024 prochain. L'avion sera équipé d'un panneau photovoltaïque identique à celui qui volera dans l'espace et transmettra de l'énergie sur une distance de 3 à 4 milles (5 -7 km). Le projet vise à utiliser un panneau photovoltaïque de 2 mètres carrés à bord d'un vaisseau spatial pour charger une batterie, qui transformera ensuite l'énergie stockée en micro-ondes pour la transmettre à une antenne de réception sur Terre.

Le projet SOLARIS et des initiatives telles que OHISAMA repoussent les limites de la technologie solaire, agissant comme catalyseurs pour le développement de cellules photovoltaïques de plus en plus efficaces, pouvant également être utilisées dans les installations terrestres. Aujourd’hui, les cellules solaires destinées aux applications spatiales sont produites selon des procédés microélectroniques complexes et coûteux. Les objectifs du projet sont augmenter l'efficacité des panneaux solaires jusqu'à 40% Et réduire les coûts de production. Atteindre un rendement élevé à faible coût pourrait permettre le développement d'une nouvelle génération de panneaux solaires pour les usages domestiques et les grandes installations terrestres, confirmant l'énergie solaire comme un pilier essentiel de la transition énergétique et contribuant à produire près de 90 % de l'énergie mondiale à partir de sources renouvelables. d'ici 2050.

Source: ESA – JSP