Solaire
Produire de la lumière avec de la lumière peut sembler étrange. Les luminaires solaires sont pourtant bien utiles dans les climats tempérés.
Photovoltaïque — électricité propre à partir du soleil
Le soleil est sans conteste la source d’énergie la plus importante pour toute vie sur terre : sa lumière réchauffe l’atmosphère, il permet la photosynthèse des algues et des plantes, il anime le cycle de l’eau, le temps et les vents. Quoi de plus naturel que d’utiliser techniquement cette source d’énergie inépuisable et librement disponible ? En quelques minutes seulement, le soleil transfère autant d’énergie à la terre que toute l’humanité en consomme en une année entière. L’énergie solaire représente donc une opportunité prometteuse pour répondre aux besoins énergétiques de notre civilisation en harmonie avec l’environnement et la nature.
L’enjeu est de capter cette énergie, de l’utiliser techniquement et, si possible, de la stocker également, car les fluctuations d’intensité lumineuse au cours de la journée ne correspondent généralement pas aux besoins énergétiques des gens. Le meilleur exemple : l’éclairage artificiel qui est nécessaire précisément lorsqu’il n’y a pas de lumière du soleil la nuit.
Outre l’utilisation de l’énergie solaire comme chaleur, par exemple via des capteurs solaires ou des centrales solaires thermiques, la conversion directe de la lumière du soleil en énergie électrique via le photovoltaïque devient de plus en plus importante.
Comment fonctionne le photovoltaïque ?
Les panneaux solaires sont basés sur l’effet photoélectrique, qui a été découvert en 1839 par le physicien Alexandre Edmond Becquerel et avec lequel de nombreux autres grands chercheurs tels que Heinrich Hertz, son élève Wilhelm Hallwachs et Albert Einstein ont étudié. En 1907, Einstein a fourni une explication théorique quantique des raisons pour lesquelles la lumière génère des charges électriques dans certains matériaux. Mais ce n’est que dans les années 1950 que les laboratoires américains produisirent les premiers panneaux solaires en matériau semi-conducteur silicium, dont la puissance de sortie permettait une utilisation technique, comme l‘alimentation décentralisée pour des amplificateurs téléphoniques par exemple. Le courant continu que les panneaux solaires génèrent à partir de la lumière peut être utilisé directement, stocké dans des batteries ou, après avoir été converti en tension alternative, injecté dans le réseau électrique.
Matériau de base en silicium
Le silicium, le matériau utilisé dans la plupart des panneaux solaires aujourd’hui, est un semi-conducteur. Cette matière première se présente fréquemment dans la croûte terrestre sous forme de dioxyde de silicium (quartz, sable) et est donc disponible en quantités presque illimitées. Le silicium monocristallin, polycristallin ou amorphe peut être produit à partir de silicium de haute pureté. Des panneaux solaires aux propriétés différentes sont produits à partir de ces matériaux de base : les panneaux solaires en silicium amorphe offrent un faible rendement à moindre coût, tandis que les panneaux solaires en silicium monocristallin sont plus chers, mais ont un rendement plus élevé. Le type de panneau approprié dépend de l’application spécifique. Concernant l’alimentation électrique décentralisée des luminaires, l’accent est mis sur la compacité et le rendement élevé, c’est pourquoi les luminaires solaires HEI de Selux fonctionnent avec des panneaux solaires très efficaces, généralement en silicium monocristallin.
Puissance nominale et rendement
La puissance nominale des systèmes photovoltaïques est donnée en Wc (Watt crête). Wc fait référence aux performances dans des conditions de test qui correspondent à peu près au rayonnement solaire maximal en France. Ces conditions STC (STC = Standard Test Conditions), à savoir une température du module de 25°C, un rayonnement de 1000 W/m² et un coefficient air masse de 1,5, servent à comparer différents modules solaires. Pour donner un ordre d’idée, une installation photovoltaïque classique sur le toit d’une maison individuelle (40 m² de surface) fournit environ 4 – 5 kWc, alors que les cellules photovoltaïques d’un luminaire HEI de Selux ont une puissance nominale comprise entre 100 et 250 Wc.
Bien entendu, le photovoltaïque est particulièrement adapté aux régions qui se trouvent dans la zone intertropicale, dans lesquelles il y a un niveau élevé de rayonnement solaire quelle que soit la saison. Cela comprend les parties méridionales de l’Europe, l’Amérique du Nord, l’Amérique centrale et du Sud, l’Afrique, l’Asie et l’Australie. Cependant, le photovoltaïque peut également être exploité de manière économique dans les régions voisines telles que l’Europe centrale, comme on a pu le constater au cours des dernières décennies. De nombreuses villes et régions en France et dans d’autres pays enregistrent les données d’ensoleillement pour définir les rendements qui peuvent être attendus avec le photovoltaïque.
Économie
L’énergie solaire n’est pas seulement durable d’un point de vue écologique, elle est désormais aussi compétitive d’un point de vue économique. Au cours des dernières décennies, les progrès techniques ont rendu les panneaux solaires, mais aussi d’autres composants comme les onduleurs, l’électronique de commande et de charge ou les systèmes de stockage par batterie, de plus en plus puissants. Dans le même temps, les coûts ont considérablement baissé en raison des économies d’échelle dans la production : par exemple, les prix des panneaux solaires sont aujourd’hui 90% plus bas qu’en 2010.
Dans de nombreuses régions où l’ensoleillement est favorable, le photovoltaïque est déjà l’option la moins chère pour produire de l’électricité. Pour de nouvelles applications d’éclairage où aucun approvisionnement en électricité n’est présent, l’énergie solaire, source gratuite d’énergie, permet en plus d’éviter les coûts liés au raccordement au réseau électrique.