L’avenir de l’énergie solaire : les recherches en cours

Le 06/08/2010

Appréciée pour ses qualités environnementales, l’énergie solaire répond
à un besoin de diversification des ressources énergétiques. Grâce aux avancées accomplies par la recherche, elle affiche des performances prometteuses.

Une source d’énergie plébiscitée

En Europe, comme dans le reste du monde, le solaire apparaît comme une solution à mobiliser dans le mix énergétique
de demain, pour faire face à la croissance de la demande énergétique, dans un contexte de raréfaction des sources d’énergies fossiles et de lutte contre le réchauffement climatique.


En outre, l’essor de l’énergie solaire permet de nombreuses créations d’emplois :
en 2012, la filière photovoltaïque française pourrait ainsi créer plus de 15 000 postes.¹ Enfin, cette ressource, disponible localement, contribue à l’indépendance énergétique des États, lorsqu’elle est utilisée comme énergie complémentaire aux énergies importées (comme le sont souvent les hydrocarbures).

Plébiscité par les populations, le développement du secteur est porté à la fois par les pouvoirs publics et par les acteurs économiques de l’industrie et du bâtiment. Par exemple,
aux États-Unis, la Californie mise sur l’énergie solaire : en 2008, une centaine de start-up se sont lancées dans cette filière. Elles sont soutenues par des financements publics émanant
du gouvernement fédéral et par un vaste programme de l’État de Californie, qui consacre
3 milliards de dollars à l’équipement en panneaux solaires d’un million de bâtiments.²

Améliorer les techniques photovoltaïques existantes

Ingénieurs et chercheurs conjuguent leurs efforts pour perfectionner les matériels photovoltaïques existants. Il s’agit de réduire l’impact environnemental des équipements et d’accroître leur rendement : en théorie, on peut convertir en électricité jusqu’à 85 % de la lumière reçue par une cellule photovoltaïque. Pour approcher ce taux théorique, les scientifiques explorent diverses pistes :

   •    associer différents types de cellules pour concevoir des équipements sensibles à l’ensemble du spectre solaire ;

   •    utiliser des matériaux innovants pour que les panneaux puissent transformer, en particules chargées d’électricité (électrons), encore plus de particules de lumière (photons) ;

   •    tester de nouveaux procédés de fabrication et d’assemblage.

En Allemagne et aux États-Unis, on développe les technologies du solaire photovoltaïque à concentration (CPV). Elles augmentent la quantité d’électricité produite par les panneaux photovoltaïques en concentrant le rayonnement solaire qu’ils reçoivent, au moyen de lentilles
ou de miroirs, sur des cellules photovoltaïques de petite taille, mais de rendement élevé.

Enfin, les chercheurs veulent réduire la quantité de silicium utilisée dans la fabrication de cellules photovoltaïques, car ce matériau est onéreux. Ils testent donc l’usage d’autres procédés (couches minces) ou des polymères organiques.

Des centrales très prometteuses

Les grandes centrales solaires sont en plein essor, car elles permettent de mutualiser certains coûts spécifiques aux installations de moindre taille. En 2010, les États-Unis, la Chine
et la France planifient ainsi la construction de nouvelles centrales photovoltaïques d’une puissance supérieure à 100 MWc.³

Depuis le début des années 1980, et plus particulièrement depuis les années 2000,
on expérimente aux États-Unis et en Espagne de nouvelles centrales solaires thermodynamiques qui concentrent le rayonnement solaire à l’aide de miroirs. On parle communément de « solaire concentré ».

Dans ces centrales, la chaleur solaire est utilisée pour faire chauffer un liquide (de l’huile,
des sels fondus ou de l’eau), pour produire in fine de la vapeur d'eau. Comme dans une centrale électrique classique, la vapeur entraîne alors une turbine, la turbine un alternateur, qui produit de l’électricité. Il existe plusieurs types de centrales thermodynamiques, en particulier :

   •    les centrales à récepteurs cylindro-paraboliques, dotées de miroirs en forme de demi-cylindres d’une ouverture de 6 mètres environ qui redirigent le rayonnement vers un tube placé au centre du collecteur ;

   •    les centrales solaires à tour, où des miroirs plans concentrent les rayons solaires vers un même point situé en haut d’une tour ;

   •    les centrales à collecteur parabolique qui, grâce à une parabole orientable, d'un diamètre de 10 à 20 mètres, concentrent les rayons solaires vers un moteur "Stirling" convertissant la chaleur en électricité.

Contrairement aux centrales photovoltaïques, les nouvelles centrales thermodynamiques offrent la possibilité de stocker l’énergie produite si celle-ci n’est pas immédiatement utilisée. L’avantage est que le stockage thermique est aujourd’hui bien meilleur marché que le stockage électrochimique (par les batteries).

Ces centrales peuvent aussi coupler l’énergie solaire à d’autres combustibles (gaz, biomasse) dans des centrales hybrides.

Ces avantages expliquent leur fort développement dans les régions bénéficiant d’un ensoleillement élevé (États-Unis, Maghreb, Moyen-Orient, Amérique du Sud, zones désertiques).

[1]Source : Syndicat des Énergies renouvelables L’énergie photovoltaïque, une filière dynamique et créatrice d’emplois novembre 2008
[2]Source : Les Echos
[3] 1 MWc = 1 mégawatt crête = 1 million de watts crête. Le watt crête, unité de puissance d'un capteur photovoltaïque, correspond à la délivrance d'une puissance électrique de 1 W sous des conditions normalisées d'ensoleillement (éclairement de 1 000 W/m² et température de 25 °C).