Au 21e 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 propre, sûre et durable du soleil. Alors que l’inquiétude grandit concernant les effets de la combustion de combustibles fossiles et la possibilité d’épuiser les sources d’énergie non renouvelables, l’avenir de l’énergie solaire s’annonce prometteur. En 2013, la technologie n’est pas sans poser de problèmes et jusqu’à présent, les applications ont été pour la plupart à relativement petite échelle, mais de nombreuses recherches sont en cours dans ce domaine et il y a eu un certain nombre de développements très prometteurs.
Exploiter l’énergie solaire
Le Soleil est potentiellement une énorme source d’énergie renouvelable et propre. Certains estiment que la lumière du soleil pourrait produire 10,000 21 fois plus d’énergie que la Terre utilisée au tournant du XNUMXe siècle. Il reste cependant des défis technologiques majeurs à relever pour exploiter efficacement cette énergie. Il existe un certain nombre de technologies différentes disponibles et en cours de développement qui utilisent la lumière du soleil pour fournir de l’énergie.
La lumière du soleil peut être utilisée simplement pour chauffer l’eau qui est ensuite utilisée pour le chauffage central des maisons. Alternativement, il peut être utilisé pour produire 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 reposent 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 grands réseaux de ces dispositifs positionnés pour recevoir autant de lumière du soleil que possible. Ensemble, ils peuvent générer des quantités importantes d’électricité. Bien qu’à partir de 2013, ils soient relativement inefficaces, ils ont normalement des coûts de fonctionnement et d’entretien très faibles et peuvent être très efficaces pour fournir de l’électricité aux maisons. De nombreuses recherches sont en cours pour améliorer l’efficacité et construire des cellules à partir de matériaux moins chers.
La plupart des panneaux solaires sont constitués de cellules photovoltaïques en silicium cristallin, qui sont efficaces de 14 à 16 % pour convertir la lumière du soleil en électricité. Un certain nombre d’alternatives, cependant, sont à l’étude. Les cellules à couche mince peuvent être fabriquées à partir de divers matériaux. Bien qu’elles soient actuellement moins efficaces que les cellules photovoltaïques standard, elles sont légères, flexibles et moins chères à fabriquer. Les cellules multijonctions peuvent atteindre une efficacité de plus de 43%. Ils sont structurés de manière à ce que différentes parties de la cellule soient réglées pour capter la lumière du soleil dans des gammes de longueurs d’onde spécifiques, plutôt que d’avoir un seul récepteur qui manque une partie de l’énergie disponible.
Un autre domaine prometteur est la cellule solaire à colorant (DSSC), parfois appelée cellule Gratzel, du nom de Michael Gratzel, qui l’a développée pour la première fois dans les années 1990. Ceux-ci utilisent un colorant pour capturer l’énergie solaire et produire un flux d’électrons, qui sont reconstitués via une couche d’électrolyte liquide située en dessous. Bien qu’ils soient potentiellement bon marché à produire, ils ne sont efficaces qu’à environ 12% et il existe des problèmes de durabilité qui peuvent affecter l’utilisation commerciale. Par exemple, le liquide peut geler par temps froid ou se dilater lorsqu’il est chaud et peut fuir. Les chercheurs ont développé une version de la cellule dans laquelle l’électrolyte liquide gênant est remplacé par un matériau solide, ouvrant la voie à des panneaux solaires bon marché et durables.
Outre le développement de cellules photovoltaïques moins chères et plus efficaces, une partie importante de l’avenir de l’énergie solaire réside dans la construction de nouveaux bâtiments et la modernisation de nombreux bâtiments plus anciens. Certains experts prédisent que la plupart, sinon la totalité, des nouveaux bâtiments auront des panneaux solaires installés sur les toits. Étant donné que ceux-ci sont également faciles à installer, de nombreux bâtiments plus anciens peuvent recevoir des améliorations pour fonctionner à l’énergie solaire. Les experts et les écologistes espèrent que la construction à énergie verte sera encouragée par les gouvernements grâce à de généreuses incitations fiscales, des exonérations et des subventions pour l’utilisation d’énergies alternatives.
Les panneaux solaires sur un toit peuvent, dans certaines régions, fournir la totalité ou la plupart des besoins énergétiques d’une maison. Dans les cas où les gens vivent dans des logements à plusieurs étages, cependant, la quantité d’espace sur le toit est très petite par rapport au nombre de maisons. Bien que les petites applications individuelles puissent alléger une partie de la pression sur le réseau électrique, si le Soleil doit répondre aux besoins énergétiques des villes et des industries, son avenir doit résider dans les grandes centrales électriques solaires.
Le plus gros problème auquel est confronté l’exploitation de l’énergie solaire à l’aide de cellules photovoltaïques est l’espace requis pour construire les centrales électriques. Une usine est composée de milliers de panneaux solaires, un peu comme ceux actuellement installés sur les maisons à énergie alternative. Pour cette raison, ils nécessitent une zone constamment ensoleillée et une quantité considérable d’espace. Actuellement, l’une des plus grandes centrales électriques au monde couvre plus de 10 km16.9 et produit suffisamment d’électricité pour alimenter environ 2 200,000 foyers. Certains experts suggèrent que pour fournir de l’électricité à l’ensemble des États-Unis, une zone d’environ 100 miles (160.9 km) de 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 l’exploitation à grande échelle de l’énergie solaire. Un exemple est la technologie de l’énergie solaire à concentration (CSP). Plutôt que de produire de l’électricité directement, ceux-ci concentrent la lumière du soleil pour chauffer l’eau, fournissant de la vapeur pour entraîner une turbine qui produit de l’électricité tout comme une centrale électrique 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 pour la production d’électricité.
Un autre système éprouvé est la tour électrique, dans laquelle un ensemble de miroirs plats suiveurs du soleil concentre la chaleur du soleil sur un récipient de liquide qui est utilisé pour fournir de la vapeur à un générateur. Un certain nombre de centrales fonctionnent, produisant 10 à 20 mégawatts d’électricité. Les futures centrales pourraient fournir jusqu’à 200 mégawatts.
L’avenir
Une tendance encourageante concernant l’avenir de l’énergie solaire est que bon nombre des plus grands innovateurs du monde choisissent de concentrer leurs talents et leurs fonds sur l’amélioration des technologies énergétiques alternatives. De nombreux programmes de récompenses – financés par divers gouvernements du monde entier – se concentrent sur la fourniture d’énergie solaire de manière économique et à grande échelle. Dans de nombreux pays, les citoyens reçoivent des incitations financières pour passer à des sources d’énergie vertes et installer leurs propres panneaux solaires.
Bien qu’à partir de 2013, il existe de nombreux signes encourageants indiquant que les gouvernements reconnaissent le besoin de sources d’énergie alternatives et encouragent la recherche sur l’énergie solaire, la réponse est 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, tout le monde peut avoir son mot à dire sur l’avenir de l’énergie solaire.