L’énergie solaire est une ressource renouvelable, gratuite et disponible à grande échelle. Son exploitation, en particulier sous forme d’électricité, contribue de manière significative à la réduction de l’empreinte carbone de chaque foyer. Mais il faut mettre en œuvre des technologies pour y parvenir.
Des recherches constantes ont été menées pour permettre d’exploiter l’énergie solaire avec plus d’efficacité et à moindre coût. Voici l’histoire de l’énergie photovoltaïque.
L’histoire de l’énergie photovoltaïque commence avec la découverte du principe physique permettant de générer de l’électricité avec la lumière solaire.
En 1839, le physicien français Edmond Becquerel découvre le phénomène physique à l’origine de l’énergie photovoltaïque : l’effet photoélectrique. Son expérience consiste à plonger des électrodes en cuivre oxydé ou en platine recouverte de chlorure d’argent dans un électrolyte. L’ensemble représente alors ce qu’on appelle une cellule électrochimique. Il a constaté que lorsque celle-ci est exposée à la lumière, cela génère un faible courant électrique.
Dans les cellules photovoltaïques composées de silicium, le même phénomène se produit lorsqu’elles sont exposées à la lumière du soleil. Celle-ci est constituée de photons et son intensité est infiniment élevée. Le silicium étant un matériau semi-conducteur, les électrons contenus dans sa bande de conduction sont excités par les photons. Cette transmission d’énergie des photons aux électrons entraîne un déplacement rapide de ces derniers. Cela crée des charges électriques qui sont ensuite dirigées vers un conducteur métallique.
La toute première cellule photovoltaïque en silicium offrant un rendement de 6% est mise au point en 1954 par des scientifiques américains. Il s’agit de Gerald Pearson, Calvin Fuller et Darryl Chapin des laboratoires Bell. Cette invention marque le point de départ de l’essor de la technologie photovoltaïque. Mais à l’époque, le prix du silicium était encore très élevé.
Alors que la course à l’espace est lancée entre les États-Unis et l’Union Soviétique, l’armée américaine met en orbite le Vanguard 1 en mars 1958. C’est le premier satellite au monde à être équipé d’un module photovoltaïque en plus d’une batterie électrochimique.
La puissance de ce module était encore insuffisante. Cependant, les responsables américains étaient conscients que les satellites devaient désormais fonctionner à l’énergie solaire. Des efforts ont alors été déployés pour produire des panneaux photovoltaïques de meilleur rendement et plus efficaces. Au-delà de l’agence spatiale américaine, les services de renseignement étaient les seuls à utiliser les panneaux solaires photovoltaïques pour répondre à leurs besoins.
En quelques chiffres : la représente entre 8000 et 10000 fois la consommation énergétique mondiale annuelle.
Mais l’intérêt de cette technologie devient de plus en plus évident dans de nombreux domaines. Ainsi, les chemins de fer américains choisissent d’équiper les dispositifs de sécurité installés le long des lignes avec des panneaux photovoltaïques. Dans les endroits reculés, ces équipements continuent ainsi de fonctionner à l’énergie solaire, sans être raccordés au réseau électrique.
Parallèlement à cela, le Japon devient un acteur majeur du développement des panneaux photovoltaïques. L’entreprise Sharp produit dès 1964 le premier module photovoltaïque de taille supérieure à usage terrestre. Le pays du soleil levant a également lancé en 1974 le premier programme visant à développer l’énergie photovoltaïque à usage terrestre.
Il s’agissait de construire une centrale solaire, dénommée . Ce programme sera suivi par un autre identique mais de plus grande envergure. L’objectif est de favoriser les aspects recherche et développement, mais aussi de créer un véritable marché du photovoltaïque. Ces initiatives inspirent plusieurs autres pays européens qui se lancent également dans la construction de centrales solaires. Le premier choc pétrolier de 1973 encourage par ailleurs les gouvernements à se tourner vers d’autres sources d’énergie.
Cependant, l’idée d’installer des panneaux photovoltaïques sur le toit vient d’un ingénieur suisse qui était l’initiateur d’un ambitieux projet. Markus Real s’appuie sur l’idée qu’il est plus économique et plus facile pour les particuliers d’installer leurs propres panneaux.
Ainsi, il a fait . Cette initiative donne un coup de pouce aux programmes énergétiques visant le développement du photovoltaïque par des soutiens financiers aux particuliers.
La hausse des coûts de l’énergie et la conscience de l’impact des ressources non-renouvelables sur l’environnement favorisent également l’essor du photovoltaïque.
La production à grande échelle d’énergie solaire photovoltaïque requiert une réduction des coûts et une amélioration des rendements. Cela implique la nécessité de développer de nouvelles technologies, plus abordables et plus efficaces.
Au départ, les cellules à base de silicium polycristallin sont les plus utilisées de par leur faible coût de production et leur bonne rentabilité. Toutefois, plus durables et offrant un meilleur rendement, les panneaux monocristallins ont peu à peu gagné en popularité. Ainsi, ils représentent et continueront de dominer le marché des panneaux photovoltaïques.
D’autres technologies de cellules en silicium sont apparues, comme les cellules à couche mince. Ce type de panneau est caractérisé par sa flexibilité due à sa faible épaisseur. Nécessitant peu de matériau, il est également moins cher à produire. Ses inconvénients résident dans sa durée de vie réduite et son rendement assez faible.
De nouvelles technologies de cellules photovoltaïques voient également le jour récemment, à l’instar des cellules organiques en pérovskite. Malgré un rendement élevé pouvant atteindre 28%, elles ont l’inconvénient d’inclure du plomb dans leur processus de fabrication.
Ce type de panneau photovoltaïque capte la lumière solaire à la fois sur sa face avant et sa face arrière. La lumière réfléchie est ainsi également captée en plaçant les panneaux à bonne distance de la surface du toit. De plus, les panneaux avant sont plus transparents afin de permettre au rayonnement solaire d’atteindre les cellules de la face arrière.
Des recherches sont menées pour créer de nouvelles générations de panneaux. C’est le cas des panneaux solaires transparents. Ils sont constitués d’une couche conductrice transparente d’origine minérale. Ils peuvent ainsi être installés sur les fenêtres, les serres, etc., sans réduire la luminosité.
Les tuiles solaires, quant à elles, allient esthétisme et productivité photovoltaïque. On peut encore citer les panneaux solaires nocturnes, qui sont également en phase de recherche. Ils seraient conçus pour produire du courant pendant la nuit, grâce à des cellules « thermo- radiatives ».
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