Panneaux solaires : 140 ans d’innovation

« D’un toit de New York dans les années 1800 à leur apparition dans l’espace. Des récits d’enlèvements et de pots-de-vin à un incident de bouteille d’encre modifiant le monde… Les panneaux solaires sont l’une des plus grandes inventions de l’humanité, et leur histoire est plus fascinante qu’on ne pourrait le penser. »

La première installation de panneaux solaires photovoltaïques a eu lieu en 1884, lorsque Charles Fritts a monté un array de la taille d’une table de billard sur un cadre en bois sur un toit de New York. Fritts a utilisé du sélénium recouvert d’une fine couche d’or, obtenant moins de 1 % d’efficacité pour convertir la lumière du soleil en électricité, produisant un courant qu’il a décrit comme « continu, constant et de force considérable. »

Le générateur solaire électrique de George Cove et ses innovations révolutionnaires

Vingt ans plus tard, le « serial inventor » canadien George Cove, un polymathe connu pour ses nombreux brevets en conception d’hélices, récupération d’énergie marémotrice, générateurs AC et horlogerie électrique, a développé un générateur solaire électrique basé sur le travail de Fritts. Cove a utilisé un matériau semi-conducteur avec une bande interdite très proche de celle du silicium—le principal matériau des panneaux solaires modernes—et a intégré une batterie pour le stockage et la libération de l’énergie.

Les journaux ont rapporté que le générateur de Cove, coûtant environ 20 USD (environ 660 USD aujourd’hui), pouvait alimenter une maison pendant 10 ans, éliminant le besoin de se connecter au réseau électrique croissant. Sa démonstration de 1909 à Halifax a attiré un intérêt considérable des investisseurs, ce qui l’a conduit à établir un atelier à New York et à lever 5 millions de dollars.

Cependant, son histoire a pris un tournant étrange lorsqu’il a affirmé avoir été enlevé et avoir reçu 25 000 USD ainsi qu’une maison pour abandonner son travail. Selon la chercheuse d’Oxford Dr. Sugandha Srivastav, de telles tactiques n’étaient pas inhabituelles à l’époque, des figures comme Thomas Edison et J.D. Rockefeller étant connus pour utiliser des méthodes sournoises pour éliminer leurs concurrents.

Les revendications controversées de Cove et le déclin de la technologie solaire

Cove affirma avoir rejeté l’offre et avoir été ensuite libéré au zoo du Bronx. Cependant, les critiques l’ont accusé d’avoir fabriqué l’incident comme une escroquerie ou pour attirer l’attention des médias sur son entreprise. Quoi qu’il en soit, l’entreprise de Cove s’effondra rapidement et ne se remit jamais, l’essor du charbon et du pétrole en 1911 ayant éclipsé la technologie solaire, ralentissant ses progrès pendant près de 40 ans.

« L’obstructionnisme, » note Srivastav, « a été un obstacle majeur au développement et au déploiement des énergies renouvelables dans le passé et continue de l’être aujourd’hui. »

La découverte des structures monocrystallines par Czochralski

L’énergie solaire a progressé lentement dans les décennies suivantes, mais des technologies clés ont émergé, relançant son développement. En 1918, le chimiste polonais Jan Czochralski découvrit par accident une méthode de croissance des structures monocrystallines utilisées dans les wafers semi-conducteurs, désormais cruciales pour 90 % des électroniques modernes.

Cette découverte survint lorsque Czochralski plongea par erreur son stylo dans de l’étain fondu au lieu de dans son encrier, menant à la découverte d’une structure cristalline unique.

La technologie solaire resta en sommeil jusqu’en 1954, lorsque les scientifiques de Bell Labs développèrent la première cellule solaire en silicium pratique avec une efficacité de 6 %, un progrès majeur grâce à la méthode de silicium cristallin de Czochralski.

À peu près à la même époque, Bell Labs inventa également le maser, devenant ainsi un centre d’innovation révolutionnaire similaire aux Google X Labs d’aujourd’hui.

Vanguard I, le premier satellite alimenté par énergie solaire

Le premier usage majeur des cellules solaires a eu lieu en 1958 avec le lancement de Vanguard I, le premier satellite alimenté par énergie solaire. Bien qu’il ait cessé de transmettre des données en 1964, il reste en orbite aujourd’hui. Les cellules solaires étaient essentielles à son fonctionnement pendant six ans, les batteries seules n’auraient pas suffi à le maintenir en activité.

Des années 1960 aux années 1980, l’adoption des panneaux solaires s’est répandue lentement, surtout dans les zones éloignées où les lignes électriques étaient peu pratiques ou coûteuses. L’énergie solaire est devenue cruciale pour les stations de radio et de télévision, les stations météorologiques, les plateformes en mer, et dans les pays en développement, elle a fourni de l’électricité pour des services essentiels comme l’éclairage et la réfrigération des vaccins.

Cellules à jonctions multiples et leurs applications aérospatiales

En 1989, des cellules à jonctions multiples ont été développées, empilant des couches minces de différents matériaux pour augmenter l’efficacité. En 2006, ces cellules ont atteint une efficacité de 46 %, presque le double de celle des cellules en silicium traditionnelles. Bien que coûteuses, elles sont principalement utilisées dans des applications aérospatiales comme la Station spatiale internationale, qui peut générer jusqu’à 120 kW avec ses panneaux solaires.

Récemment, le pérovskite a encore amélioré l’efficacité. Sa structure unique a permis aux cellules tandem, combinant des couches de silicium et de pérovskite, d’atteindre plus de 30 % d’efficacité.

Les panneaux solaires bifaciaux, populaires au cours de la dernière décennie, capturent la lumière du soleil des deux côtés et sont utilisés dans les centrales à grande échelle pour une efficacité maximale. Je les ai installés sur ma maison et mon camping-car pour leur efficacité.

Les panneaux solaires actuels durent 25-30 ans avec seulement une baisse annuelle de 1 % de leur capacité après leur durée de vie.

La technologie solaire portable et flexible étend l’utilisation de cette source d’énergie économique.

Percée dans la technologie solaire

Une avancée majeure dans la technologie solaire a été le stockage de l’énergie. Étant donné que l’énergie solaire ne génère de l’électricité qu’une partie de la journée, stocker l’excédent d’énergie est essentiel pour rendre l’énergie solaire fiable et continue, surtout pour les réseaux électriques municipaux.

Les progrès dans les technologies de batteries et la baisse des coûts ont rendu l’énergie solaire de plus en plus fiable, même la nuit, grâce aux banques de batteries chargées par l’énergie solaire. Les batteries lithium-ion ont ouvert la voie, et de nouvelles technologies comme le lithium-fer-phosphate (LiFePO4), le fer-air, et les méthodes de stockage mécanique améliorent la densité énergétique et les coûts.

Ces technologies évoluent pour soutenir un avenir énergétique propre, répondant aux besoins énergétiques à court terme et à la stabilité des réseaux à long terme.

Malgré ses défis initiaux, l’énergie solaire est devenue un acteur clé pour atteindre des émissions nulles de carbone d’ici 2050. Elle est désormais la deuxième source d’électricité la moins chère, après l’éolien terrestre, et coûte environ la moitié du prix de l’énergie charbonnière.

Depuis le dispositif initial sur le toit de Charles Fritts, l’énergie solaire est devenue une source d’énergie propre économiquement viable, répondant à nos besoins croissants en électricité.

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Lisez l’article original sur : New Atlas

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