Énergie solaire

L’énergie solaire existe depuis la formation de la Terre. La chaleur et la lumière du Soleil réchauffent notre planète et influent sur nos systèmes météorologiques. Les technologies solaires sont extrêmement variées. Grâce à l’énergie du Soleil, on peut chauffer et climatiser les bâtiments, fournir une lumière naturelle, chauffer l’eau et faire cuire les aliments. Bien que toutes les technologies de captage de l’énergie solaire aient un rôle important à jouer dans l’économie d’énergie et la réduction des émissions de gaz à effet de serre, nous nous limiterons dans la présente section à l’énergie photoélectrique, c’est‑à‑dire la conversion de la lumière en électricité.

Photovoltaic system
Panneaux solaires photovoltaïques.

Une pile solaire ou photopile transforme la lumière en électricité en utilisant l’effet photoélectrique. Les premières photopiles efficaces ont été construites par Charles Fritts en 1883. L’effet photoélectrique survient lorsque certains matériaux libèrent ou émettent des électrons après avoir absorbé une énergie électromagnétique comme la lumière ou des rayons X. La plupart des photopiles utilisent des matériaux semi-conducteurs généralement fabriqués en silicium. Elles se composent d’un côté d’un conducteur de type‑p et de l’autre d’un conducteur de type‑n. On peut utiliser les photons de la lumière pour créer une charge positive supérieure dans le matériau de type‑p et une charge négative supérieure dans la couche de type‑n, ce qui crée un petit courant électrique. C’est la technologie que vous employez chaque fois que vous utilisez votre calculatrice solaire.

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Une pile photoélectrique convertit la lumière en électricité.

Les photopiles se prêtent à une large gamme d’applications. Elles sont extrêmement utiles pour alimenter de petits dispositifs électroniques ou pour fournir de l’électricité dans des régions éloignées. Dans les programmes spatiaux, on y a également recours pour alimenter les satellites et les petits engins spatiaux. Quant à la production d’électricité à grande échelle à l’aide de ces dispositifs, elle n’est pas encore envisageable ni d’un point de vue pratique, ni d’un point de vue économique.

L’efficacité des photopiles est assez faible (dans une fourchette de 5 à 15 %), si bien qu’il faut en regrouper un grand nombre pour former un panneau solaire de façon à produire une grande quantité d’électricité. Ainsi, en recouvrant de photopiles toute la surface du toit d’une maison de taille moyenne, on pourrait obtenir suffisamment d’électricité pour alimenter toutes les activités domestiques au cours de la journée. Cependant, l’efficacité des photopiles est appelée à progresser à mesure que la technologie s’améliorera. Certains propriétaires d’habitations et certaines entreprises les utilisent déjà pour réduire leurs coûts énergétiques annuels et les émissions de carbone.

La Station spatiale internationale utilise des photopiles pour alimenter ses ordinateurs, les systèmes de maintien de la vie et les autres équipements essentiels, ce qui montre qu’il s’agit de convertisseurs énergétiques fiables. Toutefois, la station spatiale ayant à peu près la taille de trois autobus scolaires, on peut imaginer le nombre de photopiles nécessaires pour l’alimenter. Ainsi, il faudrait une superficie considérable pour alimenter une agglomération urbaine. La province de l’Ontario a décidé de construire l’une des plus grandes centrales solaires du monde. La puissance combinée des centrales solaires prévues à Sarnia et à Sault Ste. Marie sera de 60 MW (soit suffisamment d’électricité pour alimenter 900 habitations). Toutefois, la production d’électricité à partir des photopiles coûte beaucoup plus cher qu’avec les autres sources comme les combustibles fossiles, l’énergie hydraulique ou l’énergie nucléaire et elle est actuellement tributaire des subventions gouvernementales à l’appui du développement de l’industrie.

Sources :

Canadian Energy Research Institute, L’énergie dans le monde : le passé et les avenirs possibles, 2008, p. 81.
The Physics of Photoelectric Cells, http://www.jgsee.kmutt.ac.th/exell/Solar/PVCells.rtf.
Photo : NASA.