Solenergi er ren og fornybar. Jorden mottar i form av sollys mer enn 10.000 ganger energien menneskeheten bruker. Faktisk mottar jordens overflate solenergi årlig med en effekt som varierer fra 85 til 290 W / m 2 . Og denne energien er uuttømmelig fordi den opprettholdes av kjernefysiske reaksjoner som foregår i solen. Selv om ressursen alltid har eksistert, er bruken av den ganske nylig i menneskets historie. Man ser de første solcelle teknologi prestasjoner i XIX th -tallet, men det er faktisk i andre halvdel av XX th århundre at solenergi fremstår som en viktig kilde til energi, spesielt med utvikling av solceller . Det er innenfor rammene av romløpet mellom amerikanerne og russerne at FoU i denne energien tar et sprang. Så gradvis, fra 1970-tallet, fant fotovoltaisk energi sted i den jordiske industrien. Den historie av solenergi kan ikke forstås uten å ta hensyn til de av konkurrerende energikilder (hovedsakelig fossilt brensel) og de økonomiske begrensninger som den utsettes for.
I løpet av XIX - tallet foregår muligheten for å bruke solenergi for å dekke energibehovene i det menneskelige samfunn i litteraturen. Vi kan for eksempel sitere romanen Travail av Émile Zola (1901) der han tegner bildet av et harmonisk samfunn, basert på teknisk fremgang med en generell anvendelse av elektrisitet. Mot slutten av boka ser fortelleren at utarmingen av kullgruvene er et viktig problem med tanke på det stadig økende behovet for å produsere elektrisitet. Slik forestiller han seg muligheten for å utnytte solenergi for å gjøre den til en "universell motor".
Solenergi er det feltet vi søker å forvandle sollys til en varmekilde. Hvis det ikke er skyer som skjuler solen, er det mulig å konsentrere dette lyset med speil eller linser for å øke temperaturen. Solvarme brukes til å varme opp, avkjøle et interiør, avkjøle, fryse, varme vann til dusjing, klesvask eller gruvedrift, varme til matlaging, kjemi, teoretisk opp til metallurgi. Det er ren og fornybar energi.
Det eldste systemet er solparabolen. Studert av de greske dioklene (-240 / -180), hevder noen kilder at den ble brukt til å tenne brannene fra de gamle OL. Archimedes (-287 / -212) er kjent for å ha satt fyr på skipene til den romerske hæren i Syracuse med linser som konsentrerer sollys. Selv om noen sier at dette bare er en legende, sier andre at Leonardo da Vinci sier at han ble inspirert av et av hans mange konsepter. I tillegg nevner dikteren Aristophanes solglasset i en av tekstene sine.
Konsentrert solvarme var derfor tydelig kjent fra antikken.
Solens fantasi som vi finner i Zolas verk , trekker den fra debatten om bruk av solenergien, som nærer XIX E- tallet .
Fra 1840 ble risikoen for utmattelse av kulllagre diskutert. For noen bringer den massive utvidelsen av kullindustrien kombinert med den økende etterspørselen etter energi og generaliseringen av frihandel fare for drivstoffmagasiner. I tillegg legger den engelske økonomen Stanley Jevons fram paradokset om at jo mer effektiviteten til teknologiene øker, jo mer øker også det totale drivstofforbruket og fører derfor til en tømming av ressursene.
I 1867 ga den franske ingeniøren Louis Simonin ut et verk La Vie Underground eller gruvene og gruvearbeiderne , der han foreslo å "sette solen i en flaske". Han ser bruken av naturlige energier, som solenergi, som et alternativ til fossile brensler. Andre ingeniører prøver til og med å bygge maskiner som kjører på solenergi som John Ericsson eller Augustin Mouchot . Den første utviklet på 1860-tallet et nytt system med dampmotor ved hjelp av solstrålene. Han utga også en bok i 1868, The Use of Solar Heat as a Mechanical Motor-Power , der han beskrev solenergi som hovedalternativet til ressurskrisen for fossilt brensel. Mouchot selv, bygde i 1865 en enhet som består av et speil som fanger solstrålene, i bunnen som en gryte brenner vannet til koking. Men slutten av 1860-årene ble preget av den fransk-preussiske krigen som satte en stopper for disse eksperimentene en stund. Det gjenopptok sitt arbeid på 1870-tallet, hvor det ble finansiert av den franske foreningen for fremme av vitenskap, som tar sikte på å oppnå nasjonal gjenoppretting gjennom modernitet.
Bruk av solenergi skjer også i den franske imperialistiske logikken i sammenheng med kolonisering i Algerie . For å styrke denne koloniseringen er den franske regjeringen opptatt av å utnytte nye territorier (264 landsbyer opprettet eller forstørret mellom 1871 og 1880, 401.000 hektar land som skal dyrkes) og den må svare på spørsmålet om energiproduksjon i disse områdene som mangler fossile brensler og betjenes dårlig av veier eller jernbaner. Bruk av fornybare ressurser som solen blir derfor presentert som et alternativ, og i 1877 ble Mouchot finansiert med 10 000 franc for å utføre et vitenskapelig oppdrag i Algerie. Han kunngjorde spesielt at hvis klimaet i Europa ikke nødvendigvis var det mest egnede for bruk av solenergi, ville regioner med et intertropisk klima hvor solstrålene er mer tilstede og kraftigere, som Algerie, være mye mer interessant å installere solcelleanlegg. Mouchot forbedret avkastningen til maskinene sine i Alger under et annet oppdrag i Algerie i 1879. Han ble til og med finansiert med 5.000 franc for å bygge en solreflektor for å representere Algerie på den universelle utstillingen i Paris i 1878 . Maskinen hans får skryt av publikum, juryen og pressen.
Etter denne suksessen mangedobler Mouchots partner, Abel Pifre, demonstrasjonene og deklarasjonene der han fremhever mulighetene som Mouchots maskiner gir, samt hans visjon om fremtiden der han ser solenergi ta en plass. Viktig i det europeiske energisystemet. Men til tross for offentlig entusiasme, sliter solmaskiner med å være effektive i praksis. Deres kostnad for høye og deres svært lave effektivitet kombinert med utseendet på billig brennbar energi fører gradvis til diskvalifisering av solenergibanen. Bruk av solenergi blir da ansett som urealistisk og kommer inn i rommet for utopisk litteratur.
I 1949 utviklet forskeren Félix Trombe en solovn i Mont-Louis. Basert på Lavoisiers arbeid med konsentrert solenergi, er det en parabel som kan varme opp til over 3500 ° C , forutsatt at den drar nytte av en skyfri sol.
I 1968 perfeksjonerte Félix Trombe en ny modell, Odeillo solar oven . I dag er den største solenergi ovn i verden, den Odeillo solar ovnen oppvarmet til over 3500 ° C . Intet materiale kan motstå det, selv diamanten smelter. Ved hjelp av solenergi gir den visjonen om en futuristisk metallurgi som bruker ren og fornybar energi.
Solenergi er feltet som har som mål å transformere sollys til elektrisitet. Mens solceller gjør det direkte, tar termodynamisk sol en omvei (termisk energi) og viser et tap av total effektivitet sammenlignet med solceller. Solcelleanlegg er paneler som bruker minst to aktive materialer, i halvlederfamilien . Vi må lage en slags trapp (asymmetri) slik at de frie elektronene går i en retning og skaper en elektrisk strøm. Det fotovoltaiske systemet kan være med n aktive materialer, med eller uten konsentrasjon, med eller uten frontkontakt, krystallisert eller amorf , med tynne eller tykke lag. Den produserte elektrisiteten kan brukes til belysning, datamaskiner og Internett-servere, pumping av grunnvann og mange andre bruksområder, og kan transporteres lange avstander. Det er ren og fornybar energi.
I 1839 oppdaget Edmond Becquerel den fotoelektriske effekten , det fysiske prinsippet som ligger til grunn for produksjonen av solceller. I 1953 lyktes fysikeren Gerald Pearson og kjemikeren Calvin Fuller fra Bell Laboratories å lage den første silisiumbaserte solcellen . Denne cellen er i stand til å transformere solstrålene til elektrisitet. I mellomtiden forsker en annen forsker fra de samme laboratoriene, Daryl Chapin, på muligheten for å generere kraft i våtmarker der tradisjonelle batterier brytes raskt ned. Han ble deretter interessert i solceller som et alternativ og gjenopptok oppdagelsen av Pearson og Fuller. Etter flere forbedringer klarte han i 1954 å oppnå en solcelle med en virkningsgrad på 6%, det vil si over grenseeffektiviteten som han hadde satt seg for at cellen skulle være en interessant energikilde (5,7%). Men overfor den svært høye prisen på silisium, sliter denne teknologien med å dukke opp i den industrielle verden.
Solcellepaneler finner sin første applikasjon i romløpet. Det amerikanske militæret vil bruke dem til et hemmelig prosjekt: satellitter . Marinen, som fikk ansvaret for å sende den første amerikanske satellitten, utstyrer sin satellitt, Vanguard I , med et elektrokjemisk batteri og solcellepaneler . Den lanseres den17. mars 1958. Mens batteriet tømmes om en uke, fortsetter solcellene å generere strøm i flere uker. Til tross for denne suksessen nekter NASA å se solceller som en tilstrekkelig effektiv løsning for satellitter. Imidlertid ble det produsert enda mer effektive solceller, og på slutten av 1960-tallet ble solenergi sett på som den viktigste kraftkilden for satellitter. Som en del av romløpet brukte regjeringen rundt $ 50 millioner på FoU for solenergi mellom 1958 og 1969.
I flere år forble solceller begrenset til romindustriens felt med tanke på de ekstremt høye kostnadene for silisiumsolceller ( $ 100 per watt på begynnelsen av 1970-tallet). Den brukes også av offentlige etater som har mange ressurser. For eksempel installerer CIA måleinstrumenter som kjører på solenergi for å overvåke trafikken på Ho Chi Minh-stien under Vietnam-krigen . Mens miljøbevegelsen dukket opp på 1960-tallet, særlig gjennom protesten mot kjernekraft, i 1973 med det første oljesjokket , var industrielle interesserte i denne energikilden som tillot mer autonomi. De to bevegelsene vil konvergere og gjøre solenergi til et teknisk og et politisk felt. Det var tidlig på 1970-tallet at solceller først ble produsert i stor skala på jorden. I 1973 begynte Solar Power Corporation, et selskap grunnlagt av Dr. Elliot Berman og finansiert av Exxon, å produsere solceller til en pris av $ 20 per watt. Den første industrien som interesserer seg for solceller er petroleumsindustrien . Det trenger det for å drive skiltlys på utvinningssteder, men også for å bekjempe korrosjon i rør, noe som gjøres ved å bruke små mengder strøm. Bruk av solceller gir også økonomisk mening for kystvakten . Faktisk tvinger bruken av ikke-oppladbare batterier til å drive bøyene dem til å bruke tusenvis av dollar på å skifte batterier. Etter mange års kamp med sine overordnede klarte løytnant Lloyd Lomer i 1977 å skaffe seg et solcellsprogram for å utstyre disse enhetene fra regjeringen. Solcelleanlegg beviste sin interesse og nytte for jernbaner på 1970-tallet. Faktisk krever enheter som gir sikkerhet på skinnene litt strøm, og det er dyrt å transportere strøm over lange avstander. Slik konverterer flere jernbaneselskaper til solceller.
Bruk av solenergi fikk senere mening i Mali da den store tørken rammet Sahel og forårsaket tusenvis av menneskers død. Bernard Vespieren, en fransk religiøs, griper inn i Mali og starter et vannpumpeprogram ved hjelp av solcelleanlegg. Inspirert av den første solpumpen som ble installert på toppen av en høyde på Korsika, initiert av Dominique Campane, setter han opp den første afrikanske solpumpen i Mali som blir en modell for alle utviklingsland. Det er faktisk på slutten av XX th århundre, titusenvis av solenergi pumper i utviklingslandene.
På 1970- og 1980-tallet kom offentlige forskningsprogrammer i Amerika, Europa og Japan på ideen om å bygge store solkraftverk . Men en sveitsisk ingeniør, Markus Real, legger frem ideen om at det ville være mye mer økonomisk for hver enkelt å ha sine egne solcellepaneler. Han klarte å bevise ideen sin ved å installere solcellepaneler på 333 hustak i Zürich . Driften av den er en suksess, og siden flere regjeringer finansierer energiplaner for å oppmuntre innbyggerne til å installere solcellepaneler på takene. Man kan spesielt tenke på 1000-Dächer-Programm (de) i Tyskland, lansert mellom 1990 og 1995.
På begynnelsen av XXI - tallet kostet elektrisitet fra solceller 25 $ per kilowatt. Det er derfor billigere å bruke solenergi enn å installere elektriske ledninger i miles for å drive enheter som krever lite energi. På den annen side er det fortsatt mye dyrere enn elektrisitet produsert av fossilt brensel. Forskning fokuserer derfor på behovet for å produsere solceller mye billigere, slik at solenergi er mer konkurransedyktig enn fossile brensler hvis ressurser er oppbrukt og hvis forbrenning forårsaker global oppvarming av planeten. Faktisk, det økende utseendet i bevisstheten om faren for at global oppvarming kan forårsake, plasserer solenergi som et stadig mer alvorlig alternativ til fossile brensler.
I 2009 var verdens energiproduksjon fra solceller 10,66 GW . De fleste produserte solcellene er de som er basert på mono og polykrystallinsk silisium med en produksjonskostnad på $ 1,5 per watt, men det gjøres også fremskritt innen tynnfilms solceller som koster $ 0,76 / W og oppnår et utbytte på ca. 20% .
Siden den gang har fotovoltaisk FoU fokusert på muligheten for å produsere solceller fra organiske materialer som vil ha fordelen av å være mye billigere og mer fleksible enn celler basert på silisium. I 2013 ble utbyttene på nesten 9% oppnådd med organiske polymerbaserte celler . Men vanskeligheten med å produsere disse materialene fører til forskning innen solenergi til muligheten for å bygge solceller fra enkle organiske molekyler. Dette klarer forskere ved Moltech-Anjou Institute å produsere en solcelle basert på et molekyl hvis syntese har utmerkede masseutbytter og hvis omdannelse til elektrisitet når 4%.
I Frankrike endte anbudsutlysningen for solinstallasjoner på bygninger som ble lansert i 2016, i 2018 med en gjennomsnittspris på strøm produsert til 76,8 € / MWh eller til og med 72,2 € / MWh for store installasjoner. Denne gjennomsnittlige prisen kan falle til € 52,2 / MWh med grunninstallasjoner.