Le soleil est une source inépuisable d'énergie ou d’électricité verte. Voici les différentes façons de stocker et d’utiliser l’énergie solaire.

Qu'est-ce que l'énergie solaire ?
L'énergie solaire c’est l'énergie diffusée par les rayons du soleil et susceptible d’être convertie directement ou indirectement en différentes autres formes d'énergie : électricité, chaleur...

L'énergie solaire c’est de l'énergie de rayonnement
Le soleil produit de l’énergie depuis des milliards d'années. L'énergie solaire n’est autre que le rayonnement du soleil qui atteint la terre.

L'énergie solaire peut être convertie directement ou indirectement en d'autres formes d'énergie, comme l'électricité et la chaleur. On utilise notamment l’énergie solaire pour chauffer l'eau et les bâtiments, faire sécher des produits agricoles et générer de l'énergie électrique.

L'énergie solaire issue des capteurs photovoltaïques
En 1830, un scientifique britannique utilisa pour la première fois un collecteur photovoltaïque pour préparer ses aliments au cours d’une expédition en Afrique. Aujourd’hui, l’énergie solaire possède différentes applications. Les objets usuels utilisent des cellules photovoltaïques, un processus qui convertit directement l'énergie solaire en électricité. L’électricité peut être produite directement au moyen de dispositifs photovoltaïques ou indirectement à l'aide de générateurs de vapeur utilisant des capteurs solaires thermiques pour chauffer des liquides en vue de produire de l'électricité.

Inconvénients de l'énergie solaire
L'énergie solaire a 2 inconvénients majeurs. Premièrement, la manière périodique et changeante dont elle atteint la surface de la terre : en d’autres termes, l’intensité du soleil varie. Deuxièmement, une très grande surface de capteurs solaires est nécessaire pour capturer suffisamment de rayons que pour produire de l’énergie.

L'énergie solaire en tant qu’énergie photovoltaïque
L'énergie solaire est recueillie au moyen de cellules photovoltaïques ou solaires. Ces cellules photo-électriques convertissent la chaleur du soleil en énergie électrique.

L'énergie issue des cellules photovoltaïques
L'énergie photovoltaïque est obtenue en convertissant la lumière du soleil en électricité au moyen de cellules photovoltaïques ou photoélectriques, baptisées cellules solaires : ces panneaux composés de sulfure de cadmium, de sulfure de cuivre et de couches de verre transforment la chaleur du soleil en énergie électrique.

Fonctionnement de l'énergie photovoltaïque
La lumière du soleil se compose de photons ou quanta de lumière. Il s’agit de particules d'énergie solaire qui s’associent pour former un rayonnement électromagnétique. Ces photons contiennent des quantités d'énergie qui varient en fonction des longueurs d'onde du spectre solaire.

Lorsque les photons viennent frapper une cellule photovoltaïque, ils sont réfléchis ou absorbés quand ils ne la traversent pas tout simplement. Seuls les photons absorbés fournissent de l'énergie pour produire de l'électricité. Si le matériau ou semi-conducteur absorbe suffisamment de lumière solaire, les électrons s’en détachent. Un traitement spécifique au cours du processus de fabrication rend le dessus de sa surface plus réceptif aux électrons libres, de sort qu’ils sont absorbés d’une manière naturelle.

En quittant leur position, les électrons forment des trous. Lorsqu’un lot d'électrons chargés négativement se dirige vers l’avant de la cellule, il s’en suit un déséquilibre de charge entre l'avant et l'arrière de la cellule, le potentiel de tension de la batterie s’exprime dès lors en tant que pôle négatif et positif. Une fois les deux pôles connectés à une charge externe, de l’électricité est générée.

Cellules, modules et systèmes photovoltaïques
À la base du système photovoltaïque, la cellule photovoltaïque, dont la taille varie entre 1 et 10 centimètres. Une cellule produit seulement 1 à 2 watts, une quantité d’électricité insuffisante pour la plupart des appareils. Afin d'augmenter la puissance de sortie, ces cellules sont liées électriquement les unes aux autres au sein d’un module résistant aux intempéries. Plusieurs modules peuvent à leur tour être connectés pour former un système.

Performances des systèmes photovoltaïques
Les performances d'un système photovoltaïque dépendent de la lumière solaire. Les conditions climatiques telles que les nuages, le brouillard... ont un impact significatif sur la quantité d'énergie solaire absorbée par un système photovoltaïque et en influencent donc les performances. On étudie actuellement comment améliorer l’efficacité de conversion de la lumière solaire.
 
L'énergie photovoltaïque et l'environnement
La conversion photovoltaïque est utile pour plusieurs raisons. La conversion de l’énergie solaire en électricité étant directe, elle rend les grands systèmes mécaniques dotés de générateurs inutiles. Les propriétés modulaires de l’énergie photovoltaïque permettent en outre d’installer rapidement des systèmes photovoltaïques, quelle que soit la taille exigée ou autorisée.

L'impact environnemental d'un système photovoltaïque est relativement faible. Le système n’a pas besoin d’eau pour être refroidi et n’entraîne la formation d’aucun déchet.

Les cellules photovoltaïques produisent du courant continu, généralement utilisé tel quel par les appareils électroniques à faible charge (comme les batteries). Lorsque ce courant continu est destiné à être revendu à des fournisseurs d'électricité du réseau haute tension, il doit d’abord être converti en courant alternatif.

Applications de l'énergie photovoltaïque
Les systèmes photovoltaïques les moins complexes fournissent l’énergie nécessaire au fonctionnement des petites calculatrices et des bracelets-montres. Les plus complexes utilisent l'énergie solaire thermique pour chauffer les piscines, l'eau domestique, les locaux et les bâtiments. Pour ce faire, on utilise habituellement des capteurs solaires planes dont l’orientation et la position sont fixes.

Types de systèmes solaires
Quels sont les systèmes solaires disponibles ? Nous allons vous expliquer la différence entre capteurs solaires concentrés et non concentrés, et systèmes de chauffage passifs et actifs.

Capteurs solaires concentrés et non concentrés
Les capteurs solaires se subdivisent en 2 catégories : les concentrés et les non-concentrés.

Sur un collecteur solaire non concentré, la surface qui capture le rayonnement solaire est aussi grande que celle qui l’absorbe. Lorsqu’il n’est pas nécessaire d’avoir des températures élevées, on utilise généralement des capteurs de type non concentré.

Sur un capteur solaire concentré, la surface qui capture le rayonnement solaire est jusqu’à 100 fois supérieure à la surface qui l’absorbe.

Il existe un grand nombre de modèles de capteurs solaires planes, mais tous disposent d’un panneau d'absorption plat, qui capture et absorbe l’énergie ; d’un ou de plusieurs couvercle(s) transparent(s), qui permet(tent) de transférer cette énergie dans déperditions excessives de chaleur ; d’un liquide (de l'eau ou de l’air), qui transporte la chaleur par le biais de canaux ; et enfin d’un revêtement arrière calorifuge.

Systèmes de chauffage passif et actif
Les systèmes de chauffage basés sur l'énergie solaire sont soit passifs, soit actifs. Dans le premier cas, l’air circule par convection le long d'une surface solaire thermique et au travers du bâtiment sans faire appel à une installation mécanique. L’air chaud, moins dense, a donc tendance à s’élever, tandis que l'air froid, moins dense, se déplace vers le bas.

Les systèmes de chauffage actifs sont quant à eux pourvus de ventilateurs et de pompes pour faciliter la circulation de l'air ou du fluide absorbant la chaleur.