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Le fonctionnement des panneaux solaires : énergie du futur ?

L’énergie solaire est considérée comme une énergie renouvelable car inépuisable. Les panneaux solaires permettent de la convertir soit en chaleur soit en électricité. 

Il existe deux types de panneaux solaires : le panneau thermique et le panneau photovoltaïque. Le premier transforme le rayonnement du Soleil en chaleur, tandis que le second le convertit en électricité. 

Comment fonctionnent-ils ? L’énergie solaire fait-elle partie des énergies du futur ?

Le fonctionnement d’un panneau solaire

Comment fonctionne un panneau solaire photovoltaïque ? Tout d’abord, il est constitué de silicium. Ce matériau, que l’on peut retrouver dans le sable, est lui-même constitué d’atomes. Autour de ces atomes gravitent des électrons. L’électricité, c’est la circulation d’électrons. 

Quand la lumière atteint le panneau solaire, les électrons au sein du silicium s’agitent dans tous les sens. Cependant, ce n’est pas ce qui forme le courant électrique. En réalité, pour cela, il faut créer un surplus d’électrons et un déficit d’électrons. Comme dans une pile, qui dispose généralement d’une borne positive et d’une borne négative.

AInsi, des atomes de phosphore sont ajoutés à la couche supérieure du panneau solaire, parce qu’ils disposent d’un surplus d’électrons. Sur la couche inférieure, ce sont des atomes de bore qui sont ajoutés car ils possèdent un déficit d’électrons.

Le panneau solaire photovoltaïque prend alors la configuration d’une pile, avec une borne négative grâce au surplus d’électrons et une borne positive grâce au déficit d’électrons. Ces deux bornes sont alors reliées à l’aide d’un fil conducteur sur lequel est placé un moteur ou une ampoule. Dès que la lumière atteint le panneau solaire, les électrons circulent, ce qui permet d’alimenter le moteur ou l’ampoule.

Le courant est ensuite converti à l’aide d’un onduleur, courant alternatif compatible avec le réseau électrique. L’onduleur est relié au compteur et à un coffret de sécurité. Une maison équipée de panneaux solaires dispose alors de deux compteurs électriques. 

Qu’en est-il du panneau solaire thermique ? De la même façon, le rayonnement solaire est absorbé par le panneau qui fait chauffer et transmet au fluide caloporteur, un liquide ou un gaz chargé de transporter la chaleur. S’il s’agit d’eau, le procédé est encore plus simple puisqu’elle est alors directement envoyée vers la douche, le lave-linge ou les éviers de la maison. Le fluide en question doit, dans tous les cas, être chimiquement stable, accessible, non corrosif, non toxique et disposer d’une haute conductivité thermique. Il peut donc s’agir d’eau, d’air ou encore d’eau associée à de l’antigel. 

La chaleur peut aussi être transmise aux radiateurs, mais une chaudière ou une pompe à chaleur de secours reste une solution plus fiable, surtout pendant l’hiver.

Les différents capteurs solaires

Il peut y avoir trois sortes de capteurs : le capteur solaire photovoltaïque, le capteur solaire thermique et le capteur solaire hybride. Tout d’abord, le capteur solaire photovoltaïque convertit l’énergie solaire en électricité. Le panneau photovoltaïque se constitue de cellules photovoltaïques. L’électricité produite devient un courant alternatif et rejoint alors le réseau de distribution.

Le capteur solaire thermique, lui, se constitue d’un coffre avec une plaque et des tubes absorbeurs métalliques. Le tout absorbe le rayonnement solaire et le transforme en énergie thermique. Cette dernière est ensuite transférée au fluide caloporteur. Certains capteurs solaires thermiques fonctionnent à l’eau, qui circule alors dans les tubes. D’autres fonctionnent à l’air, qui circule et s’échauffe grâce aux absorbeurs. Le fluide caloporteur est ce qui permet de produire l’eau chaude et d’alimenter le chauffage. L’énergie solaire devient alors une source de chaleur.

Quant aux capteurs solaires hybrides, ils produisent à la fois de l’électricité et de la chaleur. Ils permettent d’augmenter de 20% le rendement du panneau solaire photovoltaïque.

L’énergie solaire, une énergie d’avenir ?

L’énergie solaire est indéniablement une énergie prometteuse. Tout d’abord, elle est renouvelable, puisque le Soleil ne s’arrêtera pas de briller de sitôt : c’est une source d’énergie inépuisable. De plus, l’énergie solaire est respectueuse de l’environnement. Les panneaux solaires n’émettent aucun gaz à effet de serre et aucun déchet.

Selon une étude, la majorité des grandes villes dans le monde pourraient couvrir tous leurs besoins en électricité, en recouvrant moins de 10% de leur surface de panneaux solaires. D’autres études ont également prouvé que le photovoltaïque permettrait, d’ici 2050, de couvrir un tiers des besoins mondiaux en énergie. D’après le Département américain de l’Énergie, la Terre consomme moins d’énergie en un an qu’elle n’en reçoit en une seule journée grâce au Soleil. Le potentiel de l’énergie solaire est indéniable.

C’est la Chine qui prédomine le domaine photovoltaïque en disposant de plus de 20% des capacités mondiales. En Europe, le leader est l’Allemagne avec 16%. L’un des atouts des panneaux solaires est leur coût. En effet, entre 1980 et 2012, le prix est passé de 24 euros par Watt à un euro par Watt. Cette baisse du coût ne pouvait que motiver les industries à investir dans l’énergie solaire photovoltaïque.

Cependant, certains pays peuvent difficilement se lancer, en raison des équipements qui coûtent relativement cher. En effet, l’énergie solaire nécessite l’usage de nouvelles technologies encore coûteuses. Le silicium, utile pour convertir le rayonnement solaire en énergie, est choisi pour son prix plutôt bas. S’il a connu de fortes améliorations techniques, il a aujourd’hui atteint un plafond de verre. Le développement du photovoltaïque devra donc passer par les innovations technologiques et les innovations d’usage. 

Et celles-ci vont bon train ! En Australie, des chercheurs ont développé des panneaux solaires imprimés, à la fois moins chers et plus performants quand le Soleil est moins présent. En Chine, c’est une centrale solaire électrique flottante qui a été développée : les panneaux solaires utilisés sont adaptés à l’humidité et pourraient servir à alimenter de nombreuses grandes villes. Aux États-Unis, Tesla propose désormais des tuiles qui servent de panneaux solaires : leur durée de vie serait la même que celle d’une maison mais le prix serait d’environ 10 000 euros pour une habitation. 

Le problème avec l’énergie solaire, c’est que le Soleil ne brille pas sans arrêt. La prochaine étape est donc le développement d’une solution efficace pour stocker l’énergie.

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