Ressources renouvelables. C'est un problème auquel nous sommes confrontés tous les jours, que nous le réalisions ou non. Avec chaque pompe d'une poignée de gaz, avec chaque pression de l'accélérateur d'une voiture, avec chaque prise de nos chargeurs de smartphones, nous consommons du carburant. Et un jour, ce carburant va s'épuiser. Alors pourquoi n'utilisons-nous pas la seule source d'énergie qui ne s'épuisera pas - le soleil?
Le soleil est une entité magnifique. Il fournit au monde suffisamment d'énergie pour alimenter toute la civilisation. Le seul problème est de savoir comment capturer et exploiter cette énergie? À quoi sert un tas d'énergie libre si nous ne pouvons pas le convertir en un support utile? C'est là que réside le problème, et c'est beaucoup plus difficile à résoudre que vous ne l'imaginez.
" Attendez une minute " vous dites, " nous avons eu l'électricité solaire commerciale depuis les années 1980! "Et vous auriez raison de dire cela. Cependant, le problème n'est pas de savoir comment convertir l'énergie du soleil en électricité. Nous savons déjà comment faire cela - mais pas à un niveau qui peut être consommé en masse. Pour comprendre les limites de l'énergie solaire, nous devons savoir comment fonctionnent les panneaux solaires.
Alors rejoins-moi en creusant dans les rouages internes de l'énergie solaire. Regardons de plus près le processus impliqué dans la transformation de la lumière du soleil en une source de carburant viable.
L'énergie solaire commence, comme on peut s'y attendre, avec le soleil. Cette boule de feu gigantesque qui pend dans le ciel est la source parfaite d'énergie. Contrairement au charbon, le soleil n'obstrue pas notre atmosphère avec du dioxyde de carbone. C'est facilement accessible, donc nous n'avons pas besoin d'aller faire un tour du monde. Travailler avec l'énergie solaire ne présente aucune menace pour les humains (sauf peut-être pour les coups de soleil occasionnels).
Et surtout, l'énergie solaire est gratuite. En dehors de la construction des récepteurs réels et de l'entretien de l'équipement, l'énergie solaire n'a aucun coût associé.
Alors, comment ça marche?
L'énergie est tout autour de nous sous différentes formes. La lumière est l'énergie. La chaleur est de l'énergie. Le mouvement est de l'énergie. Le calme est l'énergie (potentielle). Le soleil dégage une énorme quantité de lumière et notre objectif est de convertir cette énergie lumineuse en quelque chose que nous pouvons utiliser, à savoir l'énergie électrique.
Dans la plupart des cas, lorsque la lumière frappe un objet, elle est convertie en énergie thermique. Repensez à votre dernière visite à la plage. Comme vous vous êtes assis au soleil, votre peau est devenue chaude. C'est un simple fait de la vie que nous avons tous vécu. Mais il existe certains matériaux qui convertissent la lumière en énergies autres que la chaleur. Le silicium est l'un de ces matériaux.
Lorsque la lumière frappe le silicium, elle ne se dissipe pas sous forme de chaleur. Au lieu de cela, les électrons dans la molécule de silicium sautent autour du mouvement, produisant un courant électrique. Pour utiliser le silicium de cette manière, vous avez besoin de gros cristaux de silicium suffisamment gros pour produire des quantités notables d'électricité.
Les anciennes versions de la technologie solaire utilisaient des cristaux de silicium. Comme il s'est avéré, cette méthode de conversion de la lumière solaire n'était pas très faisable parce que les grands cristaux de silicium sont difficiles à cultiver. Quand quelque chose est difficile, le prix en reste élevé. Si le prix reste élevé, une utilisation généralisée devient improbable.
De nos jours, la technologie solaire utilise un matériau différent. Ce nouveau matériau est composé de cuivre, d'indium, de gallium et de sélénium et porte bien son nom de cuivre-indium-gallium-séléniure, ou CIGS. Contrairement au silicium, les cristaux fabriqués à partir de CIGS sont plus petits et moins chers, mais ils sont beaucoup plus inefficaces que le silicium pour convertir la lumière solaire.
Et c'est là où nous sommes aujourd'hui. L'électricité solaire représente très peu de la production d'énergie mondiale, et elle le restera jusqu'à ce que les scientifiques trouvent un nouveau matériau qui fonctionne aussi bien que le silicium ou découvrent une méthode de production de gros cristaux de silicium à moindre coût.
Aussi inefficace que les panneaux solaires en ce moment, il existe quelques méthodes qui sont utilisées pour améliorer la capture et le stockage de l'électricité solaire. L'one-way est d'utiliser une batterie qui stocke l'énergie, permettant la consommation quand il n'y a pas de soleil - la nuit et pendant les jours nuageux. Une autre façon est d'utiliser un héliostat.
Qu'est-ce qu'un héliostat? Vous pouvez le considérer comme un grand miroir (ou de nombreux miroirs) fixé à un poteau ou à une plate-forme rotative (ou à de nombreux poteaux et plates-formes). Contrairement aux panneaux solaires, les héliostats n'absorbent pas directement le soleil; à la place, ils utilisent des miroirs pour rediriger la lumière du soleil et la diriger vers des panneaux solaires stationnaires pour les absorber.
Les héliostats sont principalement contrôlés par des ordinateurs. Ces ordinateurs sont alimentés avec certaines données (l'emplacement de l'héliostat, l'emplacement du panneau solaire, l'heure et la date) et les données sont croquées jusqu'à ce que l'ordinateur puisse calculer la position du soleil dans le ciel. Une fois cela fait, l'ordinateur ajuste l'angle du miroir de sorte que la lumière du soleil rebondit et frappe le panneau solaire cible.
Le plus grand avantage de l'héliostat est qu'une multitude d'entre eux peuvent être disposés pour viser un seul récepteur solaire. Alors que normalement un panneau solaire peut seulement recevoir une certaine couverture de la lumière du soleil, un arrangement d'héliostats peut considérablement augmenter la quantité de lumière convertie.
Mais même avec les héliostats, l'énergie solaire a encore beaucoup de chemin à parcourir avant de pouvoir être utilisée à grande échelle. S'il n'y avait pas le problème de la conversion de la lumière solaire réelle, l'énergie solaire serait le combustible le plus renouvelable, le plus abordable et le plus sain pour l'environnement pour notre civilisation. C'est, jusqu'à ce que le soleil explose.
Crédit d'image: Illustration de panneau solaire Via Shutterstock, photo de panneau solaire Via Shutterstock