L’histoire de l’énergie solaire

De plus en plus sollicitée au cours de ces dernières années, l'énergie solaire se positionne comme étant l'une des meilleures solutions pour atteindre la neutralité carbone.

Si l'engouement qu'elle suscite est très récent, son histoire ne l'est pas pour autant. SirEnergies vous retrace l'histoire de cette source d'énergie.

Qu'est-ce que l'énergie solaire ?

L'énergie solaire est aujourd'hui l'une des sources d’énergie les plus plébiscitées dans le cadre de la transition écologique. Elle a pour matière première le soleil.

L'énergie solaire est donc gratuite et inépuisable, dans la mesure où le soleil ne risque pas de disparaître du jour au lendemain. Elle peut d'ailleurs être stockée pour être utilisée ultérieurement.

Les avantages de l'énergie solaire sont multiples. C'est ce qui en fait une solution très prisée. Par exemple, contrairement à d'autres sources d'énergie alternatives, elle est propre, c'est-à-dire à dire qu'elle ne produit pas de gaz à effet de serre.

Comment fonctionne l'énergie solaire ?

Le mode de fonctionnement de l'énergie solaire dépend de plusieurs facteurs, et plus spécifiquement de la technique de production utilisée. Aujourd'hui, on distingue trois grandes catégories d'énergie solaire.

L'énergie solaire thermique

Ce type d'énergie est l'un des plus connus. Il est produit à partir des panneaux solaires thermiques qui sont en général posés sur le toit de la maison dans l'optique de capter la chaleur du soleil.

De façon plus concrète, ces panneaux sont composés de fluides caloporteurs (liquide ou un gaz qui est utilisé pour transférer la chaleur d'un endroit à un autre, généralement dans un système de chauffage ou de refroidissement). Lorsque ces derniers sont chauffés par le soleil, ils se chargent à leur tour de chauffer le ballon d'eau chaude. C'est ainsi que l’énergie solaire thermique est obtenue. Celle-ci peut être utilisée de différentes manières : chauffe-eau, chauffage solaire, cuisinière…

L'énergie solaire thermodynamique

Un peu plus rare que la précédente, l'énergie solaire thermodynamique est produite à partir des centrales solaires à concentration. Ce matériel est constitué de plusieurs éléments, dont un générateur d'électricité solaire, et des miroirs avec des fluides caloporteurs.

À l'instar des panneaux solaires thermiques, les miroirs se chargent de transformer l'énergie générée par les rayons du soleil en chaleur. La seule différence est que la température est ici beaucoup plus élevée. Elle peut être comprise entre 250 et 800°. La chaleur obtenue est finalement transformée en énergie électrique, notamment par l'activation du turboalternateur.

L'énergie solaire photovoltaïque

Contrairement aux autres énergies solaires qui proviennent plutôt de la chaleur, l'énergie solaire photovoltaïque vient directement du rayonnement solaire. Les panneaux photovoltaïques installés sur le toit de votre bâtiment captent les photons du soleil, puis les convertissent en courant électrique.

Ces panneaux sont généralement constitués d'une superposition de couches de cellules dont l'une est positivement chargée, alors que l'autre l'est négativement. Lorsqu'un photon passe à travers les couches, il crée une tension électrique. Tout ce que vous avez alors à faire c'est de connecter un fil à la borne positive, et l'autre à la borne négative pour utiliser l'électricité produite. Le fonctionnement de l'énergie solaire photovoltaïque est donc assimilable à celui d'une pile.

Comment l'énergie solaire est-elle captée et emmagasinée ?

Selon le système utilisé, l'énergie solaire est captée par les panneaux photovoltaïques, les panneaux thermiques, ou par les centrales solaires à concentration.

En ce qui concerne son mode de stockage, il est le même, quelle que soit la technique utilisée. En principe, l'énergie solaire n'est pas en mesure de garantir le même rendement tous les jours. Celui-ci varie en fonction de l'ensoleillement.

Pour emmagasiner l'électricité produite pour pouvoir l'utiliser ultérieurement, vous avez besoin de batteries de stockage solaires. Elles sont en général assez accessibles. Leur coût dépend néanmoins de leur capacité de stockage et de la technologie mise en œuvre.

Quand a été découverte l'énergie solaire ?

Vous avez peut-être commencé à entendre parler de l'énergie solaire depuis seulement quelques années. Son utilisation n'est cependant pas récente.

L'origine de l'énergie solaire

Dans l'histoire, la toute première utilisation de l'énergie solaire peut se situer vers 1 500 av. J.-C., notamment au cœur de l'Égypte antique.

Le Setjat, sorte de cadran solaire, permettait à l'époque de déterminer l'heure de la journée. Vers 700 av. J.-C., l'homme apprend à faire du feu en concentrant la lumière du soleil.

Par exemple, les Grecs parvenaient à allumer la flamme olympique en utilisant un système ingénieux. Grâce aux miroirs (ardents), ils réussissaient à concentrer le rayonnement du soleil en un point précis.

L'énergie solaire aurait même servi d'arme de guerre au cours du IIIe siècle av. J.-C.. Selon la légende, Archimède aurait, grâce au soleil, repoussé les Romains. Il se serait servi de boucliers en laiton pour rediriger les rayons du soleil sur les navires ennemis pour qu'ils s'enflamment.

À quel moment l'énergie solaire est-elle devenue populaire ?

L'énergie solaire a connu des avancées au fil des siècles. Même si son utilisation remonte à des décennies en arrière, elle n'est devenue populaire que récemment.

Dans les années 1800, très peu de personnes avaient recours à cette source d'énergie. Vers le début des années 1900, elle est devenue de plus en plus populaire.

C'est seulement vers la fin des années 1990 qu'elle sera une alternative envisagée par de nombreux ménages, notamment en raison de la transition énergétique qui est devenue l'affaire de tout le monde.

La genèse de l'énergie thermique

Pendant la période antique, les hommes ont compris assez tôt que l'énergie solaire pouvait être concentrée pour produire de hautes températures. Ce n'est qu'entre le XVIIe et le XVIIIe siècle que la légende d'Archimède sera véritablement expérimentée.

Passionnés d'optique, certains physiciens de cette époque ont procédé à la construction de « grands miroirs ardents » qu'ils ont utilisés à des fins variées. Il s'agissait entre autres de Jean-Dominique Cassini (1625-1712), d'Edme Mariotte (1620-1684), de François Vilette (1621-1698). Quelques années plus tard, ce sera au tour d'Antoine Lavoisier (1743-1794) de se servir des miroirs ardents pour fondre des métaux.

L'utilisation de l'énergie renouvelable solaire pour les besoins courants ne sera entrevue qu'au XVIIIe siècle, grâce aux travaux d'Horace-Benedict de Saussure, physicien genevois. Il fut le premier à avoir exposé le concept du vitrage placé sur un absorbeur, qui lui-même, est placé sur un caisson isolé. Il s'agit du principe des capteurs thermiques qui continue d'être utilisé aujourd'hui. Les premières machines destinées à convertir l'énergie solaire seront créées au XIXe siècle.

C'est le cas par exemple de la fameuse machine Mouchot qui a été construite par Augustin Bernard Mouchot en 1878. Il faudra cependant attendre 1910 pour la commercialisation des premiers chauffe-eau solaires.

Le développement de l'énergie solaire photovoltaïque

L'histoire de l'énergie solaire photovoltaïque commence par le physicien français Edmond Becquerel en 1839. Il fut le premier à avoir souligné l'effet photovoltaïque dans une cellule électrochimique.

Ses travaux seront repris et améliorés par Willoughby Smith en 1873. À cette époque, la technologie n'était pas très avancée. Il faudra attendre les avancées sur la physique quantique pour relancer le sujet de l'énergie solaire photovoltaïque.

Albert Einstein ouvre la vague en 1905, en décryptant l'effet photoélectrique. Les principes de la physique quantique vont alors être successivement décryptés par plusieurs physiciens comme Louis De Broglie, Werner Heisenberg, ou Erwin Schrödinger.

Les premières cellules photovoltaïques au silicium vont faire leur apparition au début des années 1950, notamment grâce aux travaux antérieurs de Gordon Teal et E. Buehler. En 1958, Vanguard 1 sera le premier satellite à être équipé d'un module photovoltaïque de 100 MW et 100 cm². En 1964, la société japonaise Sharp va développer le premier module photovoltaïque de grande taille, et opérationnel pour les applications terrestres.

Quelles sont les nouvelles évolutions dans l'énergie solaire ?

Chaque année, de nouvelles techniques sont inventées pour optimiser la production, le stockage, et l'utilisation de l'énergie solaire.

La toute dernière en date est la cellule solaire photovoltaïque en pérovskite. Tirée du nom d'un scientifique russe, la pérovskite est un minéral rare que l'on peut trouver dans la nature. Sa structure peut néanmoins être reproduite facilement grâce à la combinaison de certains éléments qui sont beaucoup plus disponibles.

Les panneaux solaires sont généralement constitués de silicium qui assure la fonction de semi-conducteur dans les capteurs. La pérovskite peut désormais se substituer au silicium. L'avantage est qu'elle offre un rendement supérieur, est facile à produire, et est plus accessible en termes de coût.

Découverts depuis quelques années seulement, les panneaux aérovoltaïques sont désormais largement employés. Cette solution vous permet de produire du chauffage et de l'électricité pour votre entreprise et d’effectuer de l’autoconsommation photovoltaïque.

Une autre évolution dans le domaine de l'énergie solaire est la technologie Insolight. Avec cette solution, chaque panneau est constitué de plusieurs cellules photovoltaïques de haut niveau. Ces dernières sont placées sous des lentilles en nid d'abeilles permettant ainsi d'envoyer directement les rayons solaires sur les cellules.

Avec cette technologie, vous pouvez avoir un rendement d'environ 37 % contrairement à une installation standard qui n'offre que 18 %. Il y a de nombreuses autres évolutions dans l'énergie solaire comme les tuiles solaires, les panneaux optiques solaires, panneaux nocturnes, et bien d'autres.

L'énergie solaire n'est pas une invention contemporaine. Cette énergie renouvelable existe depuis des millénaires, mais a été perfectionnée au fil des ans grâce aux avancées technologiques. Malgré ses nombreux avantages, elle reste sous l'ombre de l'énergie fossile dont les inconvénients ne sont plus à démontrer.

Pour aller plus loin, n’hésite pas à consulter notre article : Agrivoltaïsme : la production solaire et agricole font-elles bon ménage ?