Produire plus d'énergie solaire en hiver grâce à la neige

Avec sa Stratégie énergétique 2050, la Suisse a décidé de sortir à moyen terme de l’énergie atomique. L’électricité qui ne sera plus produite par les centrales nucléaires devra provenir d’autres sources d’énergie dans les décennies qui viennent. Pour que le climat ne soit pas affecté par des émissions supplémentaires de dioxyde de carbone, ce sont en premier lieu le soleil, le vent et la géothermie qui doivent être mis à contribution.

Des déficits de production en hiver

L’électricité d’origine solaire est de fait soumise à de fortes variations saisonnières. En été, l’énergie photovoltaïque fournit en général plus d’électricité que ce que demande le marché. En hiver, par contre, on observe un déficit de production car le rayonnement solaire est plus faible. Les journées sont moins longues, le soleil est moins haut dans le ciel, et, à basse altitude, dominent le brouillard et les nuages. Pour compenser ce déséquilibre entre la production et la demande, il faudrait stocker de l’électricité solaire pour l’hiver. Pour atteindre cet objectif à grande échelle, seules les stations de transfert d’énergie par pompage sont envisageables actuellement, mais la puissance installée ne suffit pas. Par ailleurs, le rendement de cette option est très faible, avec donc une grande perte énergétique. Il serait donc judicieux de produire plus d’électricité photovoltaïque en hiver.

L’énergie photovoltaïque en haute montagne

Dans une étude publiée le 7 janvier 2019 dans la prestigieuse revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Annelen Kahl et ses collègues du groupe de recherches «Processus de la neige»à l’Insitut WSL pour l'étude de la neige et des avalanches SLF et du Laboratoire des sciences cryosphériques (CRYOS) à l’EPFL, cherchent à savoir s’il serait possible de produire plus d’énergie photovoltaïque en hiver avec des installations situées en haute montagne plutôt que sur le Plateau. Pour répondre à cette question, ils utilisent entre autres des données de télédétection satellitaire qui permettent d’évaluer le rayonnement solaire pour tout le territoire suisse. Les chercheurs en ont déduit la production électrique photovoltaïque potentielle. L’étude montre que des installations photovoltaïques en haute montagne peuvent réduire de manière significative le déficit d’alimentation hivernal, car le rayonnement solaire y est plus important en hiver que dans les régions souvent enveloppées dans le brouillard du Plateau.

La neige augmente la production de courant

Par ailleurs, les chercheurs ont étudié la façon dont les sols enneigés et l’inclinaison des modules solaires pouvaient influencer la production électrique. Annelen Kahl le confirme: «Lorsque des installations photovoltaïques sont installées en montagne, le rayonnement solaire réfléchi par la neige peut contribuer à la production.» D’après l’étude, le rendement est maximum lorsque les modules sont installés à un angle prononcé, ce qui permet d’augmenter la production électrique en hiver. «Nos travaux montrent que le déficit de production qui découlera de la sortie du nucléaire peut être mieux compensé par la construction d’installations photovoltaïques en montagne que par des modules sur les toitures du Plateau car chaque mètre carré produit non seulement plus d’électricité, mais également à un meilleur moment», ajoute Annelen Kahl.

Une installation d’essai au-dessus de Davos

Avec une installation d’essai sur le Totalp, dans le domaine skiable de Parsenn, à Davos (Grisons), le SLF et l’EPFL étudient aujourd’hui conjointement avec le service d’électricité de la ville de Zurich (EKZ) et l’Université des sciences appliquées de Zurich (ZHAW) les questions pratiques et techniques pouvant être soulevées par la mise en place d’installations photovoltaïques en montagne, notamment l’inclinaison que doivent présenter les panneaux solaires pour que la neige glisse d’elle-même.