Comment ça marche l'énergie solaire ?

Le soleil est notre bonne étoile ! C’est notre grand, et presque unique, pourvoyeur d’énergie sur Terre.  Bien sûr, le soleil nous chauffe et nous éclaire, mais il est aussi responsable du déplacement des masses d’air (l’énergie éolienne). Il est le moteur du cycle de l’eau, qui actionne les turbines de nos barrages hydro-électriques. Enfin, grâce aux plantes qui utilisent sa lumière pour convertir les éléments minéraux en aliments, l’énergie solaire entre dans toutes les chaînes alimentaires. L’énergie solaire est l’énergie la plus répandue et la plus répartie dans le monde. En une année, l’humanité entière consomme 10 milliards de Tonnes équivalent pétrole (Tep). Cette quantité représente moins de 3 % de ce que le Soleil nous envoie gratuitement chaque jour. Cette énergie est renouvelable tant que le soleil brillera, soit encore 4,5 milliards d’années, Et, autre avantage, leur utilisation ne rejette pas de gaz à effet de serre. Comment peut-on capter cette énergie dans notre quotidien pour nous chauffer ou produire de l’électricité ? L'énergie solaire pour produire de la chaleur. Le solaire passif pour se chauffer Il s’agit d’utiliser le soleil pour réchauffer les habitations. Pour cela, les pièces orientées au sud sont conçues avec de grandes baies vitrées qui laissent entrer le rayonnement solaire. Ce chauffage appelé passif est utilisé dans les bâtiments bioclimatiques aux parois bien isolées. Tu peux faire l’essai, place-toi derrière une vitre qui reçoit bien les rayons du soleil. Tu sentiras une chaleur très agréable. Les panneaux solaires thermiques pour chauffer l’eau Les panneaux solaires thermiques permettent de produire de l’eau chaude, grâce à la conversion du rayonnement global (direct et diffus) du soleil. Le principe utilisé est celui du tuyau d’arrosage qui est resté au soleil. Si tu laisses un tuyau d’arrosage au soleil en été, tu verras que l’eau qui sort du tuyau est chaude. C’est ce principe qui est développé et perfectionné pour les chauffe-eau solaires.  Les fours solaires : concentrer l’énergie du soleil pour atteindre des températures élevées L’énergie du soleil peut aussi être concentrée à l’extrême, grâce à des miroirs et des paraboles. Grâce à cette concentration, nous pouvons obtenir des températures très élevées (de plusieurs centaines à plusieurs milliers de degrés). Cette technologie, dite « à concentration » utilise le rayonnement direct du soleil, et nécessite donc un emplacement avec un fort ensoleillement. L'énergie solaire pour produire de l'électricité Les modules solaires photovoltaïques pour produire de l'électricité > Pour capter l’énergie lumineuse du soleil et la transformer en électricité, on utilise des modules photovoltaïques. Ces modules solaires, aux reflets bleutés, sont constitués, dans la plupart des cas, d’un assemblage de cellules photovoltaïques en silicium. Le silicium est fabriqué à partir de la silice (notamment présente dans le sable), une matière abondante sur toute la Terre. Mais, il faut rendre ce silicium très pur ce qui nécessite un apport important d’énergie. > Comment fonctionne une cellule photovoltaïque ? Une cellule mesure en général 15 cm sur 15 cm, sur 180 microns d’épaisseur (0,180 mm). > L’électricité correspond à un déplacement d’électrons. Aussi, pour rendre les électrons plus mobiles, le silicium découpé en fine tranche est « dopé ». La cellule photovoltaïque est en fait composée de deux zones : une zone dans laquelle une partie des atomes de silicium sont remplacés par des atomes de phosphore et une autre zone dans laquelle une partie des atomes de silicium sont remplacés par des atomes de bore.  Il en résulte la création d’un champ électrique à l’interface de ces deux zones. L’atome de phosphore possède un électron de plus que l’atome de silicium sur sa couche périphérique, et l’atome de bore en a un en moins. Ainsi quand la lumière pénètre le silicium, elle apporte de l’énergie sous forme de photons. Les photons vont communiquer leur énergie aux atomes de silicium, conduisant à la création de charges électriques. Les électrons de la zone dopée au phosphore vont rejoindre les trous de la zone dopée au bore via la connexion extérieure. Ils sont alors collectés par les grilles en métal. Au passage, leur déplacement crée un courant électrique. Pratiquement, une cellule photovoltaïque en technologie cristalline est donc composée de plusieurs couches actives : -    une couche « anti-reflet » sur la face avant dont le but est de faciliter au maximum la pénétration d’un maximum de photons -    une grille conductrice avant « collectrice des électrons » -    une couche dopée N (généralement grâce aux atomes de bore) avec porteurs de charges libres négatifs (électrons) -    une couche dopée P (généralement grâce aux atomes de phosphore) avec porteurs de charges positifs (trous) -    un contact métallique arrière pour collecter les charges positives. L’électricité photovoltaïque ainsi produite peut ensuite être injectée dans le réseau électrique général pour être utilisée ailleurs, ou stockée dans des batteries pour servir à des moments où il n’y a plus de soleil.