Évaluation techno-économique de la production d’hydrogène vert avec des systèmes PV fixes et à suivi : une analyse intégrée PVsyst–MATLAB

La lumière du soleil transformée en carburant propre

De nombreux pays bénéficiant d’un fort ensoleillement cherchent des moyens de transformer cette lumière en carburant propre capable d’alimenter des usines, des camions et même des villes entières sans émissions de carbone. Cette étude examine la meilleure façon d’utiliser les panneaux solaires pour produire de l’hydrogène vert, un carburant issu de l’eau grâce à de l’électricité renouvelable. En comparant deux manières courantes d’installer des panneaux — l’une fixe, l’autre qui suit le soleil — les chercheurs montrent quelle configuration fournit plus d’hydrogène, à moindre coût, pour une région ensoleillée comme Kandahar en Afghanistan.

Deux façons de capter le soleil

Le cœur du travail est une comparaison côte à côte de deux systèmes solaires alimentant un dispositif industriel appelé électrolyseur, qui sépare l’eau en hydrogène et oxygène. Dans un système, les panneaux solaires sont fixes à une inclinaison donnée. Dans l’autre, les panneaux se déplacent sur une structure à double axe pour pouvoir faire face au soleil tout au long de la journée. Les deux systèmes ont la même puissance crête, 10 kilowatts, et envoient leur électricité directement vers une unité d’hydrogène qui ne fonctionne que lorsque le rayonnement solaire est suffisamment fort. Cela rend la comparaison équitable et réaliste pour des projets d’hydrogène vert isolés, autonomes et non reliés au réseau électrique.

Jumeau numérique d’une centrale solaire à hydrogène

Pour comprendre la performance en détail, les auteurs construisent un jumeau numérique de toute la chaîne allant du soleil à l’hydrogène. Ils utilisent un outil spécialisé de conception solaire pour calculer combien d’électricité chaque configuration produirait à Kandahar, heure par heure sur une année complète, en tenant compte des niveaux d’ensoleillement locaux, des températures et des pertes du système. Ces profils de production sont ensuite transmis à un second modèle développé dans MATLAB, qui convertit la puissance en production d’hydrogène et additionne les coûts sur la durée de vie du matériel. Cette approche combinée permet de suivre comment les choix de conception côté solaire se répercutent sur la production de carburant, l’efficacité globale et le coût par unité d’énergie.

Plus de pièces mobiles, beaucoup plus d’énergie

Les simulations montrent que, dans un climat ensoleillé, le suivi solaire est très rentable. Alors que les panneaux fixes produisent environ 11 253 kilowattheures d’électricité par an, le système à suivi atteint à peu près 15 300 kilowattheures, soit une augmentation de 36 % pour une même puissance nominale. Les panneaux mobiles captent un ensoleillement utile pendant plus d’heures chaque jour, en hiver comme en été, ce qui permet à l’électrolyseur de fonctionner plus longtemps et de manière plus continue. En conséquence, la production annuelle d’hydrogène passe d’environ 240 kilogrammes avec panneaux fixes à environ 320 kilogrammes avec des suiveurs, même si le système mécanique est légèrement plus complexe et subit des pertes internes marginalement supérieures.

Coûts et empreintes carbone comparés

La machinerie supplémentaire rend le système à suivi plus coûteux à construire et à entretenir, mais l’énergie additionnelle qu’il fournit compense largement ces frais sur la durée. Lorsque tous les investissements, la maintenance et les frais de remplacement sont répartis sur la production totale sur la durée de vie, le coût de l’électricité provenant des panneaux fixes revient à environ 4,8 cents par kilowattheure, tandis que le suivi réduit ce coût à environ 3,6 cents. Côté carburant, le coût de l’hydrogène vert chute d’environ 5,82 $ par kilogramme avec panneaux fixes à environ 4,37 $ par kilogramme avec suivi. Parce que le système à suivi génère plus d’électricité propre, il évite aussi davantage d’émissions de carbone chaque année, prévenant près de 5 tonnes métriques de dioxyde de carbone contre environ 3,6 tonnes pour l’agencement fixe.

Ce que cela signifie pour les régions ensoleillées

Pour les lecteurs qui se demandent comment stocker l’énergie solaire et la déplacer là où elle est nécessaire, cette étude délivre un message clair. Dans les zones disposant de ressources solaires fortes et stables, l’utilisation de panneaux solaires à suivi pour produire de l’hydrogène à partir de l’eau peut fournir plus de carburant à moindre coût à long terme, tout en réduisant davantage la pollution carbone, que des systèmes plus simples à panneaux fixes de même taille. Bien que les suiveurs exigent un investissement initial plus élevé et une conception plus soignée, leur capacité à suivre le soleil permet une meilleure utilisation de chaque mètre carré de terrain et de chaque dollar investi. Pour les décideurs et planificateurs des régions ensoleillées en développement, les résultats suggèrent que des champs solaires mobiles intelligents couplés à des unités d’hydrogène pourraient devenir l’épine dorsale pratique de futurs systèmes énergétiques propres.

Citation: Irshad, A.S., Hilali, A., Ahmadullah, A.B. et al. Techno-economic benchmarking of green hydrogen production using fixed and tracking PV systems: a PVsyst–MATLAB integrated analysis. Sci Rep 16, 15620 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46077-w

Mots-clés: hydrogène vert, suivi solaire, systèmes photovoltaïques, économie de l’énergie, atténuation du CO2