Panneaux solaires : prix, spécifications, ce qu'il faut savoir sur l'énergie solaire

yangna/iStock

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Alors que le monde s'efforce de réduire sa dépendance aux combustibles fossiles et d'évoluer vers des formes d'énergie plus durables, l'énergie solaire est quelque chose que tout le monde veut exploiter. Source d'énergie pérenne, la lumière du soleil est disponible dans la plupart des régions du monde pendant de longues périodes de la journée.

Pour récolter cette énergie, cependant, il faut un équipement spécialisé, et les panneaux solaires sont la méthode la plus couramment utilisée. Si vous ne savez pas comment ils fonctionnent, de quoi ils sont faits ou combien d'énergie ils peuvent générer, voici un guide de base pour vous aider à démarrer.

Les panneaux solaires sont des appareils qui convertissent la lumière en électricité. Ils sont appelés panneaux solaires parce que, dans la plupart des cas, la lumière du Soleil, ou Sol comme les astronomes aiment l'appeler, est la forme de lumière la plus abondante et facilement accessible également.

Un panneau solaire se compose d'une couche particulière de cellules en silicium, d'un cadre métallique dans un boîtier en verre entouré d'un film spécial et de connexions qui relient les composants les uns aux autres, formant un réseau. Les petites unités à l'intérieur d'un panneau sont appelées cellules solaires ou photovoltaïques, chacune capable de convertir la lumière en électricité.

Lorsqu'elles sont disposées sur un panneau, les cellules solaires peuvent récolter plus de lumière incidente dans la zone et la convertir en électricité. C'est pourquoi on voit souvent des engins spatiaux équipés de grands panneaux solaires conçus pour répondre aux besoins en énergie électrique du véhicule spatial.

Les panneaux solaires sont peut-être courants aujourd'hui, mais leur histoire remonte à plus de 100 ans. Avant cela, l'énergie du soleil était utilisée pour chauffer l'eau et la transformer en vapeur pour faire fonctionner les machines.

Cependant, le scientifique français Edmund Becquerel a observé l'effet photovoltaïque (la génération de tension et de courant électrique dans un matériau exposé à la lumière). Grâce à des expériences avec des cellules électrolytiques, il a établi que l'électricité circulant entre deux électrodes de platine recouvertes de chlorure d'argent ou de bromure d'argent est légèrement plus forte à la lumière du jour que dans l'obscurité. À l'âge de 19 ans, a créé la première cellule photovoltaïque capable de convertir la lumière en électricité.

En 1883, Charles Fritts a créé la première cellule solaire utilisant le sélénium semi-conducteur, en le recouvrant d'une couche d'or extrêmement fine. Le panneau de Fritts a également été installé sur un toit à New York, mais son coût élevé et son efficacité de conversion d'énergie de 1 % l'ont rendu non viable à long terme.

Russell Ohl a breveté les premières cellules solaires fabriquées avec du silicium, et le premier panneau solaire utilisant des cellules en silicium a été créé en 1954. Ces panneaux étaient principalement destinés à produire de l'énergie pour les engins spatiaux, mais ont également trouvé leur application dans les calculatrices dans les années 1970.

Un panneau solaire se compose d'un large éventail de cellules solaires connectées. Les cellules solaires sont généralement fabriquées à partir de silicium, le deuxième matériau le plus abondant sur la planète après l'oxygène. Le silicium étant un semi-conducteur, il peut jouer le rôle d'isolant et de conducteur.

À l'intérieur d'une cellule solaire, le silicium est disposé en deux couches différentes : le type P, qui peut recevoir des électrons, et le type N, qui peut donner des électrons. Le silicium de type p est produit en ajoutant des atomes, tels que le bore ou le gallium, qui ont un électron de moins dans leur niveau d'énergie externe que le silicium, créant ainsi une lacune. Le silicium de type n est fabriqué en incluant des atomes, tels que le phosphore, qui ont un électron de plus dans leur niveau externe que le silicium.

La couche de type N est placée face à la lumière du soleil, tandis que la couche de type P est placée sous la couche de type N.

Anthony Fernandez / ACS

La lumière du Soleil se présente sous la forme de petits paquets d'énergie appelés photons qui peuvent faire perdre des électrons à la couche de type N. Ceux-ci sont collectés sur une couche d'aluminium en dessous, également appelée feuille arrière. Les électrons de génération circulent dans les deux sens, ce qui produit un courant électrique, qui peut circuler dans les fils et hors de la cellule solaire vers un dispositif de stockage.

L'efficacité d'un panneau solaire est la quantité d'électricité qu'il peut produire à partir de la lumière incidente sur sa surface. L'efficacité du panneau solaire est déterminée dans des conditions de test standard (STC) où la température est de 25 degrés Celsius et l'irradiance est de 1000 W/mètre carré. C'est l'équivalent de la lumière du soleil reçue lors d'une journée ensoleillée par un panneau solaire incliné. Une efficacité de 20 % signifierait qu'un panneau solaire d'un mètre carré produira 200 watts d'électricité.

Dans le monde réel, les conditions sont influencées par une multitude de facteurs tels que le vent, l'humidité, les rayons UV, l'exposition aux produits chimiques, etc., et l'efficacité réelle du panneau est inférieure à celle obtenue lors du STC. Le matériau utilisé pour fabriquer la cellule solaire peut également augmenter l'efficacité de la conversion d'énergie, les panneaux solaires monocristallins offrant le rendement le plus élevé parmi les panneaux disponibles dans le commerce.

Dans les coulisses des affaires, les scientifiques ont cherché à augmenter l'efficacité des panneaux solaires et, ces derniers temps, ont réussi à franchir la barrière des 30 % d'efficacité solaire. Cela a été rendu possible grâce à l'utilisation de pérovskites, de cristaux de titanate de calcium ou de matériaux avec des arrangements structurels et des propriétés similaires qui peuvent être utilisés pour améliorer l'efficacité des cellules solaires.

L'avantage le plus important de l'utilisation de panneaux solaires est la possibilité de puiser dans une source d'énergie renouvelable illimitée et non polluante. Au fur et à mesure que nous améliorons nos méthodes pour récolter l'énergie incidente sur notre planète chaque jour, nous serons en mesure de passer à une source d'énergie propre pour tous nos besoins futurs.

Contrairement à la source d'énergie conventionnelle qui nécessite d'être connecté au réseau pour recevoir un approvisionnement ininterrompu, en utilisant des batteries, les panneaux solaires peuvent nous donner la liberté de rester dans des endroits éloignés tout en ayant un accès facile à l'énergie. Il n'est pas surprenant que les scientifiques se soient tournés vers l'énergie solaire pour alimenter des engins spatiaux qui se sont rendus sur Mars et même au-delà au lieu de compter sur l'énergie nucléaire.

Une fois installés, les panneaux solaires ont une longue durée de vie et nécessitent très peu d'entretien. Les panneaux solaires doivent être maintenus propres pour l'efficacité de conversion d'énergie la plus élevée, mais à part cela, ils ne nécessitent aucun entretien car il n'y a pas de pièces mobiles dans le processus de génération d'énergie. L'extrémité de stockage d'énergie nécessite un entretien, mais le système fait généralement plus que s'amortir au cours des années de service.

Dans de nombreux endroits, les utilisateurs peuvent également vendre l'énergie excédentaire générée par les panneaux aux entreprises de services publics et gagner de l'argent en ne faisant pratiquement rien une fois l'installation terminée.

Cependant, la récolte de l'énergie solaire n'est pas simple. Bien que le coût de la production d'énergie solaire ait considérablement diminué au cours des dernières années, le coût initial d'installation d'un panneau solaire, en particulier à petite échelle, reste raisonnablement élevé. Outre l'achat des panneaux, il faut également acheter l'onduleur et la solution de stockage d'énergie, ce qui peut être assez coûteux.

La récolte de l'énergie solaire dépend également fortement des conditions météorologiques. Même si les panneaux fonctionnent dans des conditions nuageuses, quelques jours de temps pluvieux ou neigeux peuvent impacter vos réserves d'énergie. Pour ceux qui ont besoin de chauffer de l'eau pendant la nuit en hiver, un panneau solaire pourrait ne pas répondre au besoin.

Classiquement, les panneaux solaires occupent beaucoup d'espace et, selon la taille de votre maison et vos besoins énergétiques, vous devrez peut-être trouver un terrain supplémentaire où ils peuvent être installés. L'efficacité des panneaux solaires domestiques dépend également du type de toit et de la direction à laquelle il fait face. Avec les progrès de la technologie, il peut être possible d'acheter des fenêtres solaires transparentes. Mais si vous voulez acheter quelque chose maintenant, ceux-ci pourraient ne pas fournir les efficacités de conversion d'énergie que vous attendez d'eux.

L'installation de panneaux solaires en grand nombre pour fabriquer des fermes solaires a été associée au compactage du sol et à une érosion accrue. Après leur durée de vie, les panneaux solaires sont devenus une préoccupation car ils n'ont pas encore trouvé leur place dans l'économie du recyclage, et les jeter dans des décharges peut lixivier des métaux lourds tels que le plomb et le cadmium dans le sol.

L'innovation dans le secteur de l'énergie solaire prend un nouveau tournant, avec de nouveaux matériaux utilisés pour rendre les panneaux solaires meilleurs et moins chers. Les panneaux solaires devraient avoir un impact significatif sur la façon dont nous accédons à l'énergie à l'avenir.