L’électricité obtenue à base d’énergie solaire est un axe majeur du mix énergétique. Elle se présente sous deux formes : la version domestique en panneaux et la version industrielle, beaucoup plus puissante. Les deux ont de l’avenir et permettraient, en théorie, de couvrir la totalité des besoins. Intéressons-nous dans un premier temps à la version domestique.

cellule photovoltaique

Zoom d’une cellule photovoltaïque. © Scott Robinson

Capter l’énergie solaire est un vieux rêve de l’humanité, en partie réalisé par l’agriculture. C’est en effet le soleil, par la photosynthèse, qui fait pousser les plantes. Produire de l’électricité est plus compliqué mais alléchant pour une raison simple.  Le soleil envoie à la surface de la Terre l’équivalent de l’énergie consommée par l’humanité en un an, toutes sources confondues, en tout juste une heure…

Selon l’ingénieur Jean-Marc Jancovici, pour assurer les besoins en électricité de la France, 5 000 km² de panneaux solaires seraient nécessaires. Pour limiter l’impact au sol, ces panneaux pourraient être installés sur les toitures existantes, dont la surface est plus de deux fois supérieure. Malgré cela, il faudrait trouver un moyen de stocker l’énergie pour pouvoir la restituer la nuit et surtout assurer les besoins hivernaux. Le problème est que l’électricité est volatile. 10 % se perd rien que dans le réseau de distribution.

Très répandu, le stockage dans des batteries s’avère très limité en rapport encombrement/énergie stockée et pâtit de la faible durée des batteries, 20 ans maximum. Pour stocker son électricité, une maison aurait besoin de plusieurs tonnes de batteries.  Le stockage sous forme d’hydrogène, quant à lui, reste expérimental.

C’est là que réside la limite du solaire domestique. En effet, l’intermittence jour-nuit et l’impossibilité de stockage obligent à relier ces installations au réseau. Pour une meilleure rentabilité, la plupart des installations sont, de toute façon, reliées au réseau afin d’y revendre l’électricité. Les puissances s’échelonnent de 1 à 100 kW, des maisons individuelles aux bâtiments publics.

Mais en fait, comment ça marche ?

L’effet photovoltaïque consiste à transformer la lumière du soleil en électricité. Il a été découvert par Antoine Becquerel (père de Henri) en 1839. L’énergie est captée par des cellules regroupées dans des panneaux. C’est la technique la plus répandue pour l’installation sur des bâtiments.

Les cellules sont formées d’un matériau semi-conducteur en deux couches, souvent du silicium. L’une est chargée positivement, l’autre négativement. Lorsqu’un photon passe, il arrache un électron à un atome. Les trous se dirigent alors vers la couche positive et les électrons vers la couche négative, créant une différence de potentiel, mesurée en volts. La cellule produit alors du courant continu.

Pour tout comprendre, un semi-conducteur est un corps cristallin aux propriétés de conductibilité thermiques intermédiaires entre les métaux et les isolants. C’est ce type de matériau qui permet le passage des électrons et des trous d’une couche à l’autre.

Le silicium se décline en trois types de cellules dans les panneaux photovoltaïques. Celle qui offre le meilleur rendement est évidement la plus chère :

  • le silicium amorphe, 6 à 8 % de rendement (utilisé pour les calculatrices)
  • le silicium polycristallin, 12 %
  • le silicium monocristallin, 15 %.

AuteurChristofer Jauneau, contribution volontaire

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