Quel est l'avenir de l'énergie solaire?

Au 21ème siècle, l'énergie solaire fait déjà partie de la vie quotidienne. Des piscines chauffées à l'énergie solaire aux maisons alimentées par le soleil, de nombreux exemples démontrent l'application utile de l'énergie solaire propre, sûre et durable. Alors que l'inquiétude grandit au sujet des effets de la combustion de combustibles fossiles et de la possibilité d'épuiser des sources d'énergie non renouvelables, l'avenir de l'énergie solaire semble prometteur. En 2013, la technologie n’était pas sans problèmes et jusqu’à présent, les applications étaient pour la plupart relativement petites, mais de nombreuses recherches sont en cours dans ce domaine, et plusieurs développements très prometteurs ont été réalisés.

Exploiter l'énergie solaire

Le soleil est potentiellement une énorme source d'énergie propre et renouvelable. Certains estiment que la lumière du soleil pourrait produire 10 000 fois plus d'énergie que la Terre au début du XXIe siècle. Cependant, il faut relever de grands défis technologiques pour exploiter cette énergie de manière efficace. Un certain nombre de technologies différentes disponibles, et en cours de développement, utilisent la lumière du soleil pour fournir de l'électricité.

La lumière du soleil peut être utilisée simplement pour chauffer de l’eau qui sert ensuite à chauffer la maison. Alternativement, il peut être utilisé pour générer de l'électricité à l'aide de cellules photovoltaïques (PV) disposées sur des panneaux solaires. Une troisième méthode consiste à concentrer la lumière du soleil sur une cible pour générer de la chaleur, qui peut être utilisée directement à des fins industrielles ou pour fournir de l'électricité.

Panneaux solaires

Ces panneaux s'appuient sur l'effet photoélectrique, où certaines substances produisent un faible courant électrique lorsqu'elles sont exposées à la lumière. Les cellules photovoltaïques sont construites pour exploiter cet effet, et les panneaux solaires sont constitués de larges réseaux de ces appareils disposés de manière à recevoir le plus de lumière possible. Ensemble, ils peuvent générer d'importantes quantités d'électricité. Bien qu'en 2013, ils soient relativement inefficaces, leurs coûts de fonctionnement et de maintenance sont généralement très bas, et ils peuvent très efficacement fournir de l'électricité aux habitations. De nombreuses recherches sont en cours pour améliorer l'efficacité et la construction de cellules à partir de matériaux moins coûteux.

La plupart des panneaux solaires sont constitués de cellules photovoltaïques au silicium cristallin, qui convertissent la lumière solaire en électricité à 18-24%. Un certain nombre de solutions de remplacement sont toutefois à l’étude. Les cellules à film mince peuvent être fabriquées à partir de divers matériaux. Bien que celles-ci soient actuellement moins efficaces que les cellules PV standard, elles sont légères, flexibles et moins chères à fabriquer. Les cellules multijonctions peuvent atteindre une efficacité supérieure à 43%. Ils sont structurés de manière à ce que différentes parties de la cellule soient réglées de manière à capter la lumière du soleil à des plages de longueurs d’ondes spécifiques, plutôt que d’avoir un seul récepteur qui manque une partie de l’énergie disponible.

La cellule solaire à colorant (DSSC), parfois appelée cellule de Gratzel, est un autre domaine prometteur, d'après Michael Gratzel, qui l'a développée pour la première fois dans les années 1990. Ceux-ci utilisent un colorant pour capter l'énergie solaire et produire un flux d'électrons, qui sont reconstitués via une couche d'électrolyte liquide située en dessous. Bien qu'elles soient potentiellement peu coûteuses à produire, leur efficacité n’est que d’environ 12% et leur durabilité peut poser des problèmes qui pourraient affecter leur utilisation commerciale. Par exemple, le liquide peut geler par temps froid ou se dilater lorsqu'il fait chaud et risque de fuir. Les chercheurs ont mis au point une version de la cellule dans laquelle l’électrolyte liquide problématique est remplacée par un matériau solide, ouvrant la voie à des panneaux solaires économiques et durables.

Outre le développement de cellules photovoltaïques moins chères et plus efficaces, l'avenir de l'énergie solaire repose en grande partie sur la construction de nouveaux bâtiments et la modernisation de nombreux bâtiments plus anciens. Certains experts prévoient que des panneaux solaires seront installés sur les toits de la plupart des nouveaux bâtiments, sinon de tous. Étant donné qu'ils sont également faciles à installer, de nombreux bâtiments plus anciens peuvent bénéficier de mises à niveau pour pouvoir fonctionner à l'énergie solaire. Les experts et les écologistes espèrent que les gouvernements encourageront les bâtiments à énergie verte par le biais d'incitations fiscales généreuses, d'exemptions et de subventions pour un usage alternatif de l'énergie.

Les panneaux solaires sur un toit peuvent, dans certaines régions, répondre à la totalité ou à la plupart des besoins en énergie d'une maison. Dans les cas où les personnes vivent dans des logements à plusieurs étages, l'espace sur le toit est très petit comparé au nombre de maisons. Bien que les petites applications individuelles puissent soulager le réseau électrique, si le soleil veut répondre aux besoins en énergie des villes et des industries, son avenir doit être dans les grandes centrales électriques à énergie solaire.

Le problème le plus important auquel est confrontée l'exploitation de l'énergie solaire à l'aide de cellules photovoltaïques est l'espace requis pour construire les centrales. Une centrale est composée de milliers de panneaux solaires, semblables à ceux actuellement installés sur des maisons à énergie alternative. Pour cette raison, ils ont besoin d'une zone ensoleillée et d'une quantité d'espace considérable. À l’heure actuelle, l’une des plus grandes centrales électriques au monde couvre plus de 16,9 km ² et produit assez d’électricité pour faire fonctionner environ 200 000 foyers. Certains experts suggèrent que pour alimenter l'ensemble des États-Unis en électricité, une zone d'environ 160 km (160 km) par côté serait nécessaire, probablement quelque part dans le climat désertique du sud-ouest américain.

Alternatives aux panneaux solaires

Un certain nombre d'autres possibilités existent pour exploiter à grande échelle le pouvoir du soleil. Un exemple en est la concentration de la technologie d’énergie solaire (CSP). Plutôt que de générer directement de l’électricité, ces systèmes concentrent la lumière du soleil pour chauffer l’eau et fournissent de la vapeur pour entraîner une turbine qui produit de l’électricité comme une centrale conventionnelle. Ils peuvent être constitués de réseaux de miroirs paraboliques qui focalisent la lumière du soleil sur un tube linéaire rempli de liquide. Alternativement, la chaleur du soleil peut être focalisée par un miroir parabolique pour chauffer un fluide qui entraîne un moteur Stirling, qui fournit l'énergie mécanique nécessaire à la production d'électricité.

Un autre système éprouvé est la «tour électrique», dans laquelle un ensemble de miroirs plats suivis par le soleil concentre la chaleur du Soleil sur un récipient contenant le liquide utilisé pour fournir de la vapeur à un générateur. Un certain nombre d'usines sont en activité et produisent de 10 à 20 mégawatts d'électricité. Les futures usines pourraient fournir jusqu'à 200 mégawatts.

L'avenir

Une tendance encourageante en ce qui concerne l’avenir de l’énergie solaire est que beaucoup des plus grands innovateurs du monde choisissent de concentrer leurs talents et leurs fonds sur l’amélioration des technologies d’énergie de substitution. De nombreux programmes de récompense - financés par divers gouvernements à travers le monde - visent à fournir de l'énergie solaire à grande échelle et de manière économique. Dans de nombreux pays, les citoyens bénéficient d'incitations financières leur permettant de passer à des sources d'énergie «vertes» et d'installer leurs propres panneaux solaires.

Bien que, depuis 2013, de nombreux signes encourageants indiquent que les gouvernements reconnaissent le besoin de sources d'énergie alternatives et encouragent la recherche sur l'énergie solaire, la réponse repose en partie entre les mains des citoyens du monde. Ce que les citoyens ordinaires choisissent d'acheter et de soutenir influencera les tendances de l'avenir. En installant des panneaux solaires, en faisant des dons à des organismes de recherche impliqués dans les énergies alternatives, en obtenant un diplôme universitaire dans un domaine connexe et en votant pour des mesures favorisant le développement des énergies alternatives, chacun peut avoir son mot à dire sur l’avenir de l’énergie solaire.