énergie solaire

L'énergie solaire est la capture et la conversion du rayonnement électromagnétique du soleil en courant électrique. Contrairement à la production basée sur les combustibles, elle ne produit pas de sous-produits de combustion et ne nécessite aucune pièce mobile une fois installée. Deux technologies fondamentales dominent : les cellules photovoltaïques (PV) qui génèrent de l'électricité directement lorsque des photons frappent un matériau semi-conducteur, et les systèmes d'énergie solaire concentrée (CSP) qui utilisent des miroirs pour concentrer la chaleur pour une conversion thermodynamique.

Les systèmes photovoltaïques fonctionnent grâce à l'effet photovoltaïque : lorsque la lumière frappe une jonction de silicium ou d'un autre semi-conducteur, elle déloge les électrons, créant une tension à travers la couche. Les cellules de silicium cristallin modernes atteignent une efficacité de 15 à 22 % dans des conditions d'essai standard (éclairement de 1000 W/m², 25 degrés Celsius). Les technologies à couches minces comme le tellurure de cadmium fonctionnent avec une efficacité de 10 à 18 % mais coûtent moins cher par watt et sont plus performantes en lumière diffuse. Les panneaux sont câblés en série pour la tension et en parallèle pour le courant, avec des onduleurs convertissant la sortie CC en CA pour la connexion au réseau ou à la charge.

Énergie solaire concentrée et intégration système

L'énergie solaire concentrée utilise des capteurs paraboliques, des héliostats ou des lentilles de Fresnel pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur, chauffant un fluide (huile, sel fondu ou eau) à 300 à 700 degrés Celsius. Cette chaleur entraîne une turbine pour la production d'électricité, ou stocke l'énergie thermique pour la production après le coucher du soleil. Les CSP peuvent atteindre plus de 50 mégawatts et fonctionnent là où l'éclairement normal direct dépasse 2000 kWh/m² annuellement, généralement sous des latitudes arides.

La production solaire réelle varie selon la saison, la couverture nuageuse, la température des panneaux et l'encrassement. Les systèmes photovoltaïques génèrent une production maximale autour du midi solaire et une production nulle la nuit, nécessitant un stockage par batterie, une connexion au réseau ou des systèmes hybrides pour une alimentation continue. La réduction de puissance due à la température est significative : l'efficacité des cellules de silicium diminue d'environ 0,4 à 0,5 % par degré Celsius au-dessus de 25 degrés, ce qui signifie que l'éclairement maximal estival est partiellement compensé par la perte de chaleur. L'accumulation de poussière, de pollen et de sel peut réduire la production de 5 à 25 % selon le climat et la fréquence de nettoyage.

L'installation dépend de l'espace disponible et de l'exposition au soleil. Les systèmes de toiture conviennent aux bâtiments résidentiels et commerciaux dans les régions recevant 3 à 6 heures d'ensoleillement maximal par jour. Les panneaux montés au sol nécessitent une orientation plein sud (hémisphère nord), un ombrage minimal et un support structurel conçu pour les charges de vent et de neige. Les fermes à l'échelle industrielle occupent 5 à 10 acres par mégawatt pour les installations photovoltaïques, avec des systèmes de suivi qui suivent la trajectoire du soleil améliorant la production de 20 à 35 % à un coût mécanique significatif.