solaire, énergie

Le refroidissement solaire peut être obtenu en utilisant de l'énergie solaire comme source de chaleur dans un cycle de refroidissement par absorption. Le générateur de ces systèmes requiert une source de chaleur. Comme ces dispositifs nécessitent des températures de plus de 150 °C, les capteurs par concentration sont plus adaptés que les capteurs plans à ces cycles thermiques. Voir aussi Réfrigération.

Les systèmes de transformation précédents ne permettent pas de transporter l'énergie solaire sur de grandes distances. Pour cela, on convertit cette énergie en électricité, plus facile à transporter, grâce à des dispositifs photovoltaïques. Les cellules solaires, ou photopiles, sont formées d'une couche d'un matériau semi-conducteur — silicium amorphe, polycristallin ou monocristallin, arséniure de gallium ou matériau en « couches minces » — et d'une jonction semi-conductrice. Le silicium est le plus employé ; cependant, l'arséniure de gallium offre les meilleures performances, mais reste beaucoup plus onéreux. Les photopiles utilisent l'effet photovoltaïque : un photon incident excite un électron situé dans la bande de conduction du semi-conducteur (voir Solides, physique des ; Métaux). Une photopile est caractérisée par trois paramètres : le courant de court-circuit, c'est-à-dire l'intensité du courant traversant la photopile lorsque ses bornes sont reliées l'une à l'autre ; la tension mesurée en circuit ouvert ; le rendement, rapport de la puissance maximale fournie par la photopile sur la puissance solaire reçue.

En laboratoire, on obtient des photopiles à plus de 24 p. 100 de rendement. Si la puissance solaire à terre est de 1 000 W/m², 1 m² de ces photopiles fournit 240 W. Toutefois, elles restent trop onéreuses pour être commercialisées. Elles sont utilisées principalement pour l'alimentation électrique des satellites dans l'espace. Actuellement, les photopiles les moins coûteuses à produire sont constituées de silicium amorphe. Bien que de très faible rendement, 6 à 8 p. 100, elles sont suffisantes pour de nombreuses applications peu gourmandes en énergie, comme les calculatrices, les montres électroniques ou encore les ampoules fluorescentes à faible consommation électrique.

Les photopiles commerciales au silicium polycristallin, voire monocristallin, atteignent un rendement de 12 à 16 p. 100. On les emploie, par exemple, pour la signalisation lumineuse dans des sites d'accès difficile, comme le balisage des aéroports de montagne ou pour les bouées en pleine mer. Depuis 1996, des photopiles alimentent également tous les téléphones de secours des autoroutes de l'est de la France, permettant ainsi l'économie de milliers de kilomètres de fils électriques. Pour mesurer les progrès des photopiles, tous les deux ans, une course de voitures recouvertes de cellules solaires est organisée en Australie. Ces véhicules, n'utilisant que l'énergie solaire pour se mouvoir et dont les plus performants atteignent une vitesse de pointe de 140 km/h, sont aussi coûteux qu'une Formule 1. En novembre 1996, le vainqueur a parcouru les 3 000 km de cette épreuve en quatre jours, à la moyenne record de 89 km/h.

L'intensité de l'énergie solaire reçue à terre peut varier dans des proportions considérables selon les conditions climatiques. L'excédent d'énergie produit en période de faible demande doit donc être stocké pour répondre aux besoins en cas de manque d'énergie solaire. Outre les simples systèmes de stockage d'eau ou d'accumulateurs à pierre, il est possible d'utiliser des dispositifs plus compacts, utilisant les caractéristiques de changement de phase des sels eutectiques (sels dont la fusion s'effectue à faible température), notamment pour les applications de refroidissement. Des batteries peuvent également être utilisées pour stocker l'énergie électrique produite par les systèmes photoélectriques. Un concept plus vaste consisterait à fournir l'excédent d'électricité aux réseaux existants et à utiliser ces réseaux comme des sources complémentaires lorsque l'énergie solaire est insuffisante. Toutefois, le coût et la fiabilité d'un tel projet limitent cette possibilité.

Voir aussi Électricité, production et distribution de l' ; Énergie, économies d' ; Hydraulique, énergie.