Énergie solaire

L’énergie solaire est, comme son nom l’indique bien, l’énergie produite à partir du Soleil. C’est l’énergie qui est à la base de la plupart des énergies sur Terre : la biomasse (les plantes ont besoin du Soleil pour se nourrir) et donc des combustibles fossiles qui en découlent, l’énergie du vent, l’énergie découlant du cycle de l’eau.

L’énergie solaire peut être utilisée à plusieurs fins. D’abord, le Soleil est une source de chaleur. Il peut donc servir au chauffage de l’eau ou de bâtiments, ce qu’on appelle l’énergie solaire thermique.

Une autre utilisation énergétique peut aussi être attribuée à l’énergie solaire. Le solaire thermique se sert en effet de la chaleur du soleil pour chauffer de l’eau ou des habitations et permet aussi la rotation de turbines par évaporation d’un liquide, ce qui permet la transformation de l’énergie solaire en électricité.

Schéma du fonctionnement de l’énergie solaire thermique



La chaleur du soleil est captée par des miroirs qui reflètent et concentrent cette chaleur vers les tubes contenant le liquide, ce qui réchauffe ce dernier et permet son évaporation, qui actionnera les turbines situées plus loin. Ainsi, l’énergie solaire thermique sera convertie en énergie électrique. On estime la pollution produite par l’utilisation de cette source d’énergie à 50% de celle produite par l’utilisation de cellules photovoltaïques.
Le Soleil est aussi une source de lumière et peut donc servir à l’éclairage naturel des bâtiments. Évidemment, l’utilisation la plus intéressante de l’énergie solaire est de la transformer en électricité afin d’alimenter les différentes villes et villages du monde. C’est ce que l’on appelle l’énergie photovoltaïque.

Le fonctionnement de l’énergie solaire photovoltaïque est plutôt complexe. D’abord, mentionnons que les rayons du Soleil sont des radiations électromagnétiques qui sont constituées de photons, les particules constituant la lumière. Pour convertir ces radiations en électricité, on utilise un système solaire photovoltaïque, qui est composée de modules solaires, eux-mêmes composés de cellules photovoltaïques : des semi-conducteurs qui absorbent directement la lumière et la transforment en électricité.

Un semi-conducteur est un matériau qui a une faible concentration en charges libres comparativement aux métaux. Ils réagissent à différentes stimulations externes, selon leur nature. Certains sont stimulés par la lumière, faisant qu’en sa présence, ils sont conducteurs d’électricité et que sans elle, ils sont au contraire isolants. Ils requièrent une énergie minimale, soit entre 1,0 et 1,8 eV, pour libérer un électron de son atome. L’électricité étant en fait un mouvement des charges (les électrons), c’est la libération de celles-ci qui permet la conduction du courant. Les deux semi-conducteurs les plus utilisés pour produire de l’énergie solaire photovoltaïque sont le silicium cristallin et le silicium amorphe.

Les cellules photoélectriques sont composées de plusieurs couches, comme on peut le constater en observant la figure ci-dessous. La couche du dessus est composée de silicium dopé avec une substance contenant plus d’électrons que lui, la rendant négative, d’où son nom de semi-conducteur type-n. La couche du dessous est plutôt dopée avec une substance contenant moins d’électrons, la rendant positive, d’où son nom de semi-conducteur de type-p.
Schéma d’une cellule photoélectrique



Le passage des électrons d’une couche à l’autre se fait lorsqu’on met le contact entre les deux, où se met en place une jonction PN. Les photons qui arrivent sur le module photovoltaïque créent un apport en énergie qui permet d’arracher un électron de la couche négative pour le placer dans la couche positive. Par conséquent, cela modifie les charges électriques à l’intérieur de la cellule photovoltaïque. On place l’électrode positive (cathode) sur la couche négative et l’électrode négative (anode) sous la couche positive. Cela crée une différence de potentiel électrique, soit une tension mesurable en Volts, et forme un courant électrique que l’on utilise ensuite pour alimenter nos appareils ou encore pour recharger une batterie afin d’utiliser plus tard cette énergie.
L’énergie du soleil est toutefois une énergie qui offre un rendement très faible, soit de l’ordre de 10%. Il s’agit d’une énergie propre, comme l’hydroélectricité, car elle ne dégage aucune émission polluante, et elle est renouvelable. Les matériaux utilisés pour fabriquer des capteurs solaires sont recyclables à 99% , car certains éléments électroniques ne se réutilisent pas. Les panneaux solaires ont aussi une durée de vie très longue. En effet, Batterie expert, un fournisseur du Québec en systèmes solaires photovoltaïques, garantit ses systèmes pour une durée de trente ans, mais il affirme qu’ils sont opérationnels pour une durée d’une cinquantaine d’années, tout comme les barrages hydroélectriques. Martin Gagnon, l’expert que nous avons interviewé, confirme d’ailleurs les dires de Batterie expert et affirme aussi que les panneaux solaires ont une durée de vie qui est estimée à cinquante ans. Par contre, il ne s’agit pas d’une forme d’énergie constante, car il y a des jours où les rayons solaires ne sont pas accessibles de la Terre à cause des nuages. De plus, il est impossible d’emmagasiner les rayons solaires afin de les convertir plus tard en énergie comme on le fait avec l’eau. Par contre, on peut «stocker» l’énergie solaire grâce à une batterie, qui est rechargée grâce à cette énergie et qui se vide lorsqu’il n’y a plus de soleil, mais celle-ci n’a pas une capacité illimitée. Une solution possible à l’inconstance des rayons solaires disponibles sur Terre serait d’utiliser des appareils capables de capter les rayons directement de l’espace, où ils sont à leur pleine puissance n’étant pas tamisés par la stratosphère. Cependant, les technologies ne permettent pas encore l’utilisation de tels appareils.

La meilleure solution, qui est réaliste cette fois, serait d’installer un système solaire sur les habitations, mais en conservant toujours une connexion avec le système hydroélectrique. Ainsi, lors des jours ensoleillés, l’énergie solaire non utilisée serait envoyée à Hydro-Québec par l’entremise du système hydroélectrique, et lors des jours de pluie, on pourrait toujours utiliser ce système pour se dépanner. Cette façon de faire est déjà courante en Allemagne et dans quelques autres pays, et cela permet aux gens d’avoir plus souvent qu’autrement un retour d’argent de la part du distributeur d’électricité. On pourrait aussi utiliser l’énergie solaire pour construire des voitures non polluantes, ce qui a déjà été réalisé, entres autres, par les étudiants en génie de l’école Polytechnique de Montréal. Ceux-ci ont toutefois démontré que faire rouler ces voitures à 100km/h nécessite des panneaux solaires d’une taille si grande qu’il est encore impossible de songer à construire un tel véhicule.