Article publié le 20/06/2017
Le soleil, le vent et la température stockée dans le sous-sol sont des sources d’énergie propres. Ces dites sources sont inépuisables et constituent une alternative intéressante pour remplacer l’énergie fossile. Dans cette optique, la lumière du soleil, disponible à volonté, peut être exploitée afin de produire de l’électricité. Cette énergie solaire transformée en électricité s’appelle l’énergie photovoltaïque. Quelques questions se posent toutefois. Comment est-elle produite ? Comment fonctionne-t-elle et quels en sont les avantages et les inconvénients ? À quels enjeux est-elle soumise ?
La lumière transporte de l’énergie dans leurs particules appelées photons. Et il se trouve que le soleil, qui se trouve être 1 300 000 fois plus volumineux que la terre et disposant d’une température au centre de 15 000 000 °C, contribue en grande partie à la vie sur notre planète grâce à sa lumière et sa chaleur. L’énergie solaire photovoltaïque est l’énergie de la lumière du soleil récupérée. Elle est par la suite transformée en électricité grâce à des capteurs photovoltaïques. On dit qu’il s’agit d’une énergie renouvelable car à l’échelle de l’histoire humaine, le rayonnement solaire est inépuisable. En effet, la longévité de cette étoile naine jaune se compte en milliards d’années.
L’histoire de l’énergie photovoltaïque commence en 1839 quand Antoine César Becquerel découvre son principe de fonctionnement. En 1887, ce fut le physicien Allemand Heinrich Rudolf Hertz qui présenta l’effet photovoltaïque. Rappelons que l’effet voltaïque est la conversion de l’énergie lumineuse des rayons solaires en électricité par leur passage dans un matériau semi-conducteur de charges électriques positives et négatives.
C’est Albert Einstein qui apporta plus de lumière sur ce phénomène en 1921. Face au pétrole qui était abondant au début du XXe siècle et à l’intérêt soudain qu’a pris cette matière première jugée bon marché comme étant une ressource stratégique, le solaire est délaissé. La technologie photovoltaïque se développe lentement jusqu’aux prises de conscience concernant l’environnement et l’épuisement des ressources. Actuellement, la priorité est aux énergies renouvelables. Ainsi, l’énergie solaire est plus qu’importante. C’est un enjeu mondial affirmé par le COP21 en 2015. Il importe de connaitre comment nous en tirerons partie.
Pour rappel, l’électricité est générée par l’effet de déplacement d’électrons à l’intérieur d’un conducteur sous l’influence d’une différence de potentiel. En effet, un atome est constitué de noyau formé par des protons (chargés positivement) et neutrons (charge neutre). Autour du noyau gravitent des électrons. Ces derniers sont chargés négativement. Les deux charges opposées sont en principe de même grandeur et s’équilibrent. Sous certaines conditions, un électron peut quitter l’atome ou vint s’y ajouter. Cette circulation d’électrons crée ce que l’on appelle le courant électrique.
Les cellules solaires contenues dans le panneau solaire exploitent ce phénomène. Ces capteurs constitués de matériaux semi-conducteurs libèrent des électrons sous un apport d’énergie extérieur. Ici, ce sont les photons qui apportent l’énergie nécessaire aux électrons afin que ces derniers se libèrent et se déplacent en créant du courant électrique. C’est le phénomène de photoconductivité.
Le matériau semi-conducteur utilisé est composé essentiellement de deux parties. La première partie appelée « dopé de type n » contient des électrons en excès et l’autre partie nommée « dopé de type p » renferme des électrons en moins. Pour ce faire, on utilise du silicium dont l’atome contient 4 électrons. On dope ensuite l’une des couches par des atomes de phosphore (5 électrons) et l’autre par des atomes de bore (3 électrons). Lorsque la première est en contact avec la seconde, les électrons en excès dans la partie n vont migrer vers la partie p. En traversant la cellule solaire, l’énergie apportée par la lumière solaire arrache les électrons de l’atome de silicium des deux couches n et p. Ces électrons vont se déplacer dans toutes les directions et ils vont produire au passage de l’électricité.
Plusieurs cellules sont assemblées pour former le panneau solaire ou panneau photovoltaïque. Le courant obtenu sert à éclairer une lampe, à chauffer de l’eau ou encore à alimenter la batterie d’un appareil. En d’autres termes, l’électricité provenant d’un panneau photovoltaïque peut être utilisée au même titre que les autres courants électriques obtenus à partir de barrage hydroélectrique ou de centrale nucléaire.
L’énergie photovoltaïque offre de nombreux avantages. Ces derniers sont palpables et intéressants aussi bien sur le plan écologique que sur de plan d’ordre économique ou technique.
La production d’électricité par panneau solaire réduit considérablement l’émission de et de particules polluants. En d’autres termes, c’est une source inépuisable, qui plus est respectueuse de la nature. Il convient aussi de rappeler que les panneaux photovoltaïques sont recyclables.
La revente du surplus de production permet de générer de revenus supplémentaires en plus d’amortir l’investissement lors de l’achat. Il est à noter que le tarif de la revente est de 23,93 c€/kWh en 2016. De plus, le coût de fonctionnement des panneaux est très faible, car il ne nécessite presque aucun entretien.
Les panneaux solaires sont faciles à installer. L’utilisateur n’a pas à fournir des consommables nécessaire à leur fonctionnement comme les produits d’entretien, les combustibles, etc. Une fois installés, ils sont prêts à l’utilisation. Ils peuvent ainsi produire l’électricité nécessaire à l’autoconsommation ou la revente. Ce système évolue de plus en plus pour offrir des solutions adaptées aux particuliers.
Le coût de l’investissement est élevé par rapport au pouvoir d’achat de la majorité. Ce coût est amorti par les nombreux avantages économiques obtenus mais encore faut-il disposer de somme nécessaire au moment de l’achat. Il se peut également que le rendement de la production d’électricité diminue au bout de 20 ans. Mais n’est-il pas judicieux de s’offrir un système qui est capable de fournir gratuitement de l’électricité pendant des dizaines d’années quand l’occasion se présente ?
Le besoin en énergie augmente d’année en année en fonction de l’augmentation du nombre de la population. Cette hausse de demande d’énergie croit de manière exponentielle au fur et à mesure que des avancées technologiques nous incitent à se procurer de divers gadgets qui consomment de quantité astronomique d’énergie chaque jour. À titre d’exemple, la batterie de téléphone portable de la génération 1990-2000 conservait leur autonomie pendant plus de 4 jours. Actuellement, un smartphone doit être rechargé au moins une fois par jour à cause de leurs nombreuses fonctionnalités et de l’addiction aux réseaux sociaux de leurs utilisateurs. Il en est aussi de même pour les électroménagers anciens énergivores qui sont considérés comme indispensables comme les chauffe-eaux ou encore les congélateurs. En parallèle, on assiste à un épuisement progressif des énergies fossiles comme le gaz ou encore le pétrole. Face à cela, il est plus que nécessaire d’avoir à disposition d’autres sources de production d’électricité.
Le problème du changement climatique et de la dégradation de l’environnement contraint également l’espèce humaine à diversifier la production d’énergie vers les sources dites propres. En ce terme, l’énergie solaire est disponible partout dans les endroits peuplés du globe. Cette énergie peut donc être une option pour développer les régions les plus enclavées. L’apport d’une centrale photovoltaïque est sollicité dans ce domaine.