Nous savons comment rendre l’énergie propre bon marché. Nous l’avons fait. Avec les panneaux solaires.
D’un point de vue économique, le principal défi du changement climatique est que la façon habituelle de procéder – la méthode sale et à forte intensité de carbone – est généralement moins chère que les nouvelles solutions moins polluantes.
Résoudre le problème signifie réduire le coût de ces solutions. Simple, non?
Mais dans la pratique, ce n’est pas si simple. En fait, nous ne comprenons toujours pas très bien ce qui motive l’innovation et les améliorations technologiques. Est-ce une recherche scientifique fondamentale? R & D précoce? Apprentissage par la pratique? Économies d’échelle?
Si nous voulons rendre les technologies propres moins chères, nous devons mieux comprendre le fonctionnement du processus. Entre autres choses, les types de la Silicon Valley dépensent des milliards en initiatives de démarrage «moonshot» – il serait bien que cet argent soit dépensé efficacement.
Il existe une littérature académique volumineuse sur ces sujets, mais un nouvel article dans la revue Energy Policy permet de lutter contre le brouillard. Il se concentre sur une technologie spécifique et cherche à identifier et à quantifier les différentes forces qui ont entraîné une réduction des coûts.
Voila le technologie: de bons vieux panneaux solaires photovoltaïques (PV), dont le coût a diminué d’environ 99% au cours des dernières décennies.
Les auteurs sont Jessika Trancik, professeure associée au MIT, Goksin Kavlak, postdoc, et James McNerney, chercheur. Ils font partie d’une équipe qui, en collaboration avec le programme SEEDS (Études sur l’évolution et la diffusion de l’énergie solaire) du Département de l’énergie, tente de mettre au point une théorie globale de l’innovation technologique, en se concentrant sur l’énergie solaire photovoltaïque.
L’étude «Évaluation des causes de la réduction des coûts de l’énergie photovoltaïque» expose les résultats : qu’est ce qui a provoqué une baisse aussi rapide des coûts PV, et à quel moment.
Les détails méritent d’être examinés, mais la grande leçon est assez simple: cela n’est pas arrivé tout seul. À chaque étape, ca a été guidé par une politique publique intelligente.
Le solaire photovoltaïque est devenu moins cher à un rythme presque ridicule
Premièrement, en guise de contexte, il est important de comprendre l’évolution remarquable du photovoltaïque solaire. Là encore, les coûts des modules solaires ont diminué d’environ 99% au cours des 40 dernières années.
Autant dire que ces baisses se poursuivent depuis 2015 et les experts du marché s’attendent à ce qu’elles s’accélèrent dans un avenir prévisible.
L’énergie solaire photovoltaïque a défié toutes les prévisions, en continuant à devenir moins chère et à se déployer plus rapidement, même si les experts prédisent, encore et encore, qu’elle se stabilisera.
Cette baisse rapide des coûts est un phénomène déroutant et étonnant. Cela demande des explications.
Bien sûr, il y a eu de nombreuses études sur le sujet, mais la plupart se sont appuyées sur une «analyse corrélationnelle», liant la baisse des coûts du photovoltaïque à d’autres tendances en cours. Par exemple, il est courant de souligner, en partie sur la base de cet article, que les coûts du PV diminuent d’environ 20% pour chaque doublement de la capacité cumulée (les deux tendances sont corrélées). Il existe également des études au niveau de la conception des panneaux qui examinent les composants des systèmes PV et leur contribution aux coûts, en un instant.
«Mais ce qui manque à ces études, écrit l’équipe du MIT, est une méthode de quantification précise de la manière dont chaque modification apportée à une caractéristique de la technologie ou du processus de fabrication contribue à la réduction des coûts, lorsque de nombreux changements se produisent simultanément». C’est ce que l’équipe a créé – un modèle dynamique capable de distinguer et de quantifier les causes principales des baisses de prix au fil du temps.
Les moteurs de la baisse des coûts de la PV ont changé avec le temps
L’équipe distingue deux types de moteurs de base pour la réduction des coûts, de « bas niveau » et de « haut niveau ». Les premiers sont des «déterminants du coût mesurables et spécifiques à la technologie», tels que la surface de la tranche, l’efficacité des modules et la taille de l’usine de fabrication. Ces derniers sont «des processus comme la R & D, l’apprentissage par la pratique et les économies d’échelle qui supposent des réductions de coûts de « bas niveau »».
L’idée est de rapprocher les approches ascendantes (bas niveau) et descendante (haut niveau) pour comprendre l’évolution de la technologie. Il existe une longue explication de la méthodologie de modélisation, remplie d’équations, dans le document, si vous êtes amateur du genre.
L’équipe a examiné les coûts PV globaux de 1980 à 2012, en distinguant les différents facteurs. Dans leurs résultats, ils examinent d’abord le rôle des mécanismes de bas niveau; ils lient ensuite ceux ci à des mécanismes de haut niveau.
Voici une représentation visuelle des mécanismes de bas niveau qui ont entraîné la baisse des coûts, de combien et à quel moment:
Un rapide coup d’œil sur le graphique révèle la forme des résultats. Au cours des premières années de l’industrie photovoltaïque, les gains ont été répartis de manière relativement homogène sur plusieurs mécanismes de bas niveau, principalement grâce à l’efficacité des modules (24%) et à la baisse des coûts des composants non-silicium (22%) et des couts du silicium (18%) composant le panneau.
En d’autres termes, les premières améliorations ont été principalement concentrées au niveau des panneaux, de la science fondamentale et de l’ingénierie des panneaux.
Dans la période plus récente de l’évolution du secteur, les facteurs ont considérablement évolué. L’amélioration des couts de l’efficacité, des composants hors silicium et des composants silicium sont tombés à 12, 15 et 3%, respectivement. Et un facteur a dépassé tous les autres: la taille de l’usine. Le solaire photovoltaïque est devenu une grande entreprise. la fabrication en masse dans les grandes usines a entraîné une baisse rapide des coûts.
Le document passe ensuite aux mécanismes de haut niveau. Voici la répartition similaire:
Ceci sert de représentation plus abstraite de la même dynamique dans le premier graphique. Au cours des premières années du PV, la R & D au niveau des panneaux a joué un rôle prépondérant dans la réduction des coûts. Les équipes ont dépensé du temps et de l’argent pour améliorer les panneaux solaires.
Dans les années qui ont suivi, la R & D a légèrement reculé et les économies d’échelle ont progressé. Les gens ont commencé à réduire les coûts en fabriquant des tonnes de panneaux solaires photovoltaïques. (Notez cependant que la R & D a continué de jouer un rôle important.)
Alors, qu’est-ce que tout cela nous dit sur la politique?
Il est possible de rendre intentionnellement les technologies d’énergie propre comme les panneaux solaires bon marché
Plusieurs conséquences intéressantes pour les politiques sont intégrées à ces résultats.
Par exemple, comme indiqué précédemment, les causes de la baisse des coûts étaient assez bien réparties dans les mécanismes de bas niveau au cours des premières années. Les composants de la chaîne d’approvisionnement au niveau du périphérique et les défis d’ingénierie étaient nombreux et variés. Il y avait beaucoup de directions pour attaquer le problème. Dans un courriel, Trancik appelle cela «avoir plusieurs boutons à tourner», ce qui a permis une diversité de solutions simultanées.
Peut-être que les implications les plus intéressantes, cependant, ont à voir avec le calendrier de la politique.
Comme Hal Harvey, expert des politiques en matière d’énergie propre, l’a déclaré dans notre récente interview, les technologies empruntent un chemin assez prévisible dans la courbe d’apprentissage, et différents types de politiques peuvent les faire avancer à différentes étapes.
Lorsque les choses fonctionnent et que les technologies deviennent moins chères et plus proches de la commercialisation, la R & D cède la place aux normes de performance. Et lorsque l’industrie est mature, les signaux de prix (comme un prix sur le carbone) prennent le dessus.
En première approximation, c’est ce qui s’est passé avec l’énergie solaire photovoltaïque, sauf que le marché est toujours dominé par des normes de performance (telles que les mandats relatifs aux énergies renouvelables), tandis que les signaux de prix (tels que les taxes sur le carbone et les programmes de plafonnement et d’échange) rencontrent un peu de difficulté à prendre le dessus.
Néanmoins, il existe des leçons à tirer pour d’autres technologies énergétiques propres dont nous savons que nous aurons besoin pour la décarbonisation – batteries, voitures électriques de meilleure qualité, réacteurs nucléaires de pointe, carburants à l’hydrogène, combustibles à base d’algues, micro-réseaux, élimination du carbone, etc. Il est possible de cibler la politique publique sur une technologie basée sur sa position sur la courbe d’apprentissage et d’accélérer consciemment son développement.
Pour certaines technologies à leurs débuts, telles que les algues, il s’agira essentiellement de recherche et développement. Pour quelque chose comme le solaire photovoltaïque, un secteur en activité, les baisses futures des coûts se traduiront probablement par un déploiement accéléré (poursuite de la réduction des coûts de la technologie existante) et par la poursuite de la recherche et développement ( pour se couvrir contre le risque que la technologie actuelle pourrait se stabiliser prématurément).
Enfin, en matière de politique publique, il convient de souligner le rôle général de la politique dans le développement du PV.
Le document fait référence à deux sortes de politiques de base: premièrement, la R & D financée par des fonds publics, et deuxièmement, les « politiques stimulant le marché », qui créent des incitations juridiques ou économiques pour que les acteurs privés recherchent, développent et investissent dans les technologies.
Quand les gens pensent à l’innovation technologique, ils ont tendance à penser à la première, aux scientifiques et aux ingénieurs des laboratoires du gouvernement. Mais ce sont c’est la seconde qui fait le gros du travail.
«Les politiques de stimulation du marché ont joué un rôle central dans la réduction des coûts des modules PV», note l’équipe, «avec la R & D privée, les économies d’échelle et l’apprentissage sur le tas elles ont contribué, selon les estimations, à 60% de la baisse des coûts des panneaux solaires entre 1980 et 2012. “
Cela vaut la peine de le répéter: les politiques incitant les investisseurs privés à développer et à déployer des panneaux solaires sont responsables de bien plus de la moitié de la baisse des coûts de l’énergie solaire photovoltaïque. La majeure partie du reste est de la RD publique.
Récemment, les grandes fortunes de la Silicon Valley ont manifesté un vif intérêt pour le financement de la RD privée dans le domaine des technologies de l’énergie propre. Il y a une vision quasi-libertaire parmi ces entrepreneurs que le gouvernement est lent et inefficace.
Mais cette recherche montre que les politiques publiques peuvent être extrêmement efficaces pour créer les conditions du marché dans lesquelles les individus peuvent innover. L’entrepreneur spécialisé dans la high technologie qui se lance derrière divers projets d’investissement (louables) dans les énergies propres ferait bien de l’étudier.
La vraie leçon de l’énergie solaire photovoltaïque est simple: nous savons rendre l’énergie propre bon marché. Nous l’avons fait. Nous pouvons le refaire si nous voulons.
