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Des chercheurs américains ont lancé une explication de leurs résultats récents qui montrent que l’introduction des nanofils semi-conducteurs de nature piézoélectrique dans les panneaux solaires améliore leur efficacité.

La piézoélectricité est l’effet produit lorsque certains matériaux subissent une contrainte mécanique, où la compression ou l’étirement de la substance génère de l’électricité. Les matériaux piézoélectriques ont été utilisés comme capteurs dans les voitures (par exemple, le capteur airbag) ou comme sources d’inflammation (c’est le cas des briquets électriques). Des chercheurs dans le monde entier canalisent leurs efforts vers l’amélioration de l’efficacité des dispositifs photovoltaïques, mais jusqu’à tout récemment, ils n’ont pas envisagé d’exploiter le potentiel piézoélectrique à cet effet.

Dans une enquête précédente, le professeur Zhong Lin Wang et son équipe à l’Institut de Technologie de Géorgie (Atlanta, États-Unis) a découvert que l’intégration d’un semi-conducteur piézoélectrique dans la structure d’un panneau solaire a optimisé son efficacité, mais ils ne pouvaient pas expliquer pourquoi. A présent, Wang fournit une explication : les cellules solaires à jonction PN ou de type métal-semi-conducteur utilisent l’énergie des photons entrants pour séparer les paires électron-trou qui permettent ensuite la conduction de la charge électrique. L’équipe a découvert que les matériaux piézo-électriques modifient la structure de bandes électroniques à l’intérieur du dispositif, et cela affecte la génération, la séparation et le transport des porteurs à la jonction. C’est intéressant car la tension de sortie de la cellule solaire dans son ensemble peut être contrôlée en changeant le potentiel piézoélectrique.

A présent, l’accent des recherches sur les matériaux piézoélectriques tombe sur la découverte et la compréhension de ces propriétés, leur amélioration et leur développement.

Nous entendons beaucoup parler de la façon dont l’Allemagne et l’Espagne ont augmenté l’exploitation de l’énergie solaire ces dernières années par des politiques gouvernementales de soutien. La Chine est aussi un autre exemple d’utilisation de l’énergie propre. Les Etats-Unis avancent chaque année sur ce front. En effet, ces pays se retrouvent dans le classement des dix nations qui utilisent le plus l’énergie solaire.

Voici les dix premiers pays dans le monde selon la capacité d’énergie solaire exploitée. Le classement a été réalisé en juillet 2010:

1. Allemagne (9785 MW)

L’Allemagne est clairement le leader mondial. Seulement en 2009, la capacité PV de l’énergie solaire a totalisé en Allemagne  3.806 mégawatts, plus que la capacité totale de l’Espagne et près de huit fois plus que celle des Etats-Unis. « La combinaison d’un schéma efficace de tarif d’achat (FiT), les bonnes possibilités de financement, la grande disponibilité des sociétés PV et une bonne prise de conscience publique de la technologie PV, a largement contribué à ce succès », estime l’Association de l’Industrie Photovoltaique Européenne (EPIA). Sur le long terme, l’Allemagne envisage d’utiliser 100% d’énergie renouvelable d’ici à 2050. Il est donc probable que le pays restera un marché important pour l’énergie solaire.

2. Espagne (3.386 MW)

En 2008, l’Espagne a été le leader mondial de l’industrie (2,605 MW), grâce aux ambitions du gouvernement de créer une industrie nationale de l’énergie solaire. Mais sa nouvelle capacité a baissé considérablement, à seulement 69 MW en 2009. Les raisons de cette baisse sont attribuables aux retards liés à un programme de subventions du nouveau gouvernement et à la diminution de la demande en raison de la crise économique. Avec ces deux dimensions améliorées en 2010 et compte tenu de son excellent ensoleillement et potentiel PV, l’Espagne devrait faire monter sa capacité d’énergie solaire dans le proche avenir.

3. Japon (2633 MW)

Le Japon est au troisième rang mondial et aussi un pays digne d’être imité. Les programmes résidentiels du gouvernement, la facturation nette, les objectifs nationaux d’atteindre 28 GW d’ici 2020 et 53 GW d’ici 2030, ainsi que le soutien des autorités locales et du secteur privé font du Japon un leader mondial dans ce domaine. Le Japon a investi 9 milliards de dollars en fonds de relance de l’énergie solaire en 2009 et le premier ministre a également annoncé un plan visant à  installer des panneaux solaires en 32.000 écoles publiques.

4. Etats-Unis (1.650 MW)

Les politiques au niveau des États sont l’un des principaux moteurs de la croissance aux États-Unis. Avec beaucoup de projet d’installation de panneaux solaire sur terre, la capacité d’utiliser l’énergie solaire devrait croître significativement dans les prochaines années. En outre, la législation nationale de promotion de l’énergie solaire pourrait faire le pays avancer considérablement. En dépit de la récente récession, le marché américain pour les panneaux solaires résidentiels a doublé en 2009, et a augmenté de 37% par rapport à 2008.

5. L’Italie (1167 MW)

Combinant la facturation nette, avec le tarif de rachat et beaucoup de soleil, l’Italie est devenue un leader mondial de l’énergie solaire. En 2009, elle était la deuxième dans le classement du monde. Tous les deux mois, les Italiens installent  plus de panneaux solaires que la Californie pendant une année entière. (L’Italie est légèrement plus petite en superficie que la Californie, avec une population assez similaire). « La croissance future du marché dépendra de la rationalisation et l’harmonisation des procédures administratives, combinées avec une baisse adaptée du tarif d’achat dans le troisième Conto energia pour faire face à la baisse des prix attendue », explique EPIA.

6. République tchèque (465 MW)

Un généreux tarif d’achat et les procédures administratives simples ont mis la République tchèque sur cette liste. En 2009, le pays a installé plus de panneaux solaires par habitant que l’Allemagne. La croissance du marché n’est probablement pas durable, mais si les politiques ne la ralentissent, la bulle solaire échouera dans les prochaines années.

7. Belgique (363 MW)

La Belgique a été en quelque sorte la surprise de l’industrie en 2009. Le succès de la Belgique provient d’un « régime de certificats verts bien conçu (qui fonctionne en fait comme un tarif d’achat), soutenu par des ristournes fiscales supplémentaires ».

8. Chine (305 MW)

La Chine reçoit actuellement beaucoup d’attention pour l’utilisation de l’énergie propre. La Chine est l’un des principaux fabricants de panneaux solaires, mais n’en a pas trop installé à l’intérieur de ses frontières. Toutefois, le pays a de grands projets pour l’avenir – 12 gigawatts (GW) prochainement. Si ces projets sont mis en oeuvre, la Chine devrait monter dans le classement. Selon le plan de la Chine pour l’énergie nationale, le pays devrait atteindre un total de 20 GW d’ici 2020.

9. France (272 MW)

La France a un bon tarif d’achat pour les modules photovoltaïques intégrés au bâtiment. Ceux-ci dominent le marché français. Un système de protection a été mis en place pour éviter les abus et les spéculations de prix sont corrigées par la modification des tarifs. Une préoccupation majeure en France est que, en dépit du grand nombre de modules installés, beaucoup d’entre eux n’ont pas été raccordés au réseau. Par exemple, en 2009, des 285 MW de capacité installée, seulement 185 MW ont été raccordés au réseau. Il s’agit d’un problème majeur qui doit être résolu.

10. Inde (120 MW)

Pareillement à la Chine, la demande d’électricité en Inde augmente rapidement et le pays jouit de niveaux très élevés d’irradiation solaire. Le gouvernement a fortement soutenu l’idée de l’énergie « propre », se fixant le but d’atteindre 20 GW d’ici 2020.

Une nouvelle génération de cellules solaires électroniques utilisées dans la fabrication des panneaux solaires pourrait doubler le rendement des panneaux conventionnels.

Il s’agit des cellules solaires qui fonctionnent pendant la nuit. Ca sonne comme un oxymoron, mais une nouvelle génération d’antennes nanométriques sensibles à la lumière pourrait bientôt augmenter la capacité de production des panneaux solaires.

La principale caractéristique de ces nouveaux dispositifs  est leur capacité à capter les rayons infrarouges. Près de la moitié de l’énergie disponible dans le spectre solaire réside dans l’infrarouge, et le rayonnement infrarouge est réémis par la surface de la Terre après le coucher du soleil, ce qui signifie que les antennes peuvent même capturer un peu d’énergie pendant la nuit.

Contrairement aux cellules photovoltaïques, qui utilisent des photons pour libérer les électrons, les nouvelles antennes résonnent une fois frappées par les ondes lumineuses, et cela génère un courant alternatif qui peut être exploité.

Pour créer une surface qui pourrait capturer à la fois le rayonnement visible et infrarouge, les chercheurs envisagent de multiples couches d’antennes, chaque couche accordée à une fréquence optique différente.

Jusqu’à présent, deux principaux défis ont empêché une révolution dans l’énergie solaire. Tout d’abord, la longueur des antennes doit être proche de la taille de la longueur d’onde à être capturée, ce qui dans le cas du spectre solaire peut être très petite – de quelques millimètres à quelques centaines de nanomètres.

Ensuite, les courants produits vont alterner à des fréquences trop élevées pour être utilisés, sauf s’ils sont d’abord convertis en un courant continu. Le problème est que les diodes de silicium, qui sont cruciales pour la conversion, ne fonctionnent pas généralement aux fréquences élevées requises.

Ces deux obstacles sont maintenant annulés. En 2010, le Département de l’Energie du Laboratoire National d’Idaho a mis au point une technique pour créer des matrices de milliards d’antennes. Ces antennes sont assez petites pour exploiter l’énergie au bout du spectre infrarouge.

En même temps, une équipe de l’Université de Colorado a franchi une autre étape importante, en créant des diodes capables de gérer les hautes fréquences optiques.

Les systèmes photovoltaïques qui fournissent 120 volts de CA (courant alternatif) pour une utilisation quotidienne ont quatre composantes principales: les panneaux solaires, le régulateur de charge, la batterie et le convertisseur. Les panneaux chargent la batterie et le régulateur assure une bonne charge de la batterie. La batterie fournit une tension de CC (courant continu) au convertisseur et le convertisseur transforme la tension continue en tension alternative. Si l’on a besoin de 240 volts de CA, soit on ajoute un transformateur, soit deux convertisseurs identiques en série.

Autrement dit, les systèmes PV sont comme tous les autres systèmes de production d’énergie électrique, seulement le matériel utilisé est différent de celui utilisé pour les systèmes classiques de production électromécanique. Toutefois, les principes de fonctionnement et d’interfaçage avec d’autres systèmes électriques restent les mêmes.

Un capteur photovoltaïque produit de l’électricité lorsqu’il est exposé aux rayons du soleil, mais il y a aussi d’autres éléments qui sont nécessaires pour la bonne conduite, le contrôle, la conversion, la distribution et le stockage de l’énergie produite par le réseau. Outre les trois composantes principales qui accompagnent les panneaux solaires, la balance de système inclut aussi d’autres éléments, comme le câblage, les périphériques de protection contre la surtension et la surintensité, les dispositifs de déconnexion et d’autres équipements de puissance.

Quel est le rôle des batteries dans certains systèmes solaires?

Les batteries sont souvent utilisées dans les systèmes solaires dans le but de stocker l’énergie produite par le générateur photovoltaïque pendant la journée et lui fournir des charges électriques selon les besoins (au cours de la nuit et les périodes de temps nuageux). Les batteries sont utilisées dans les systèmes de panneaux solaires également pour faire fonctionner le générateur photovoltaïque jusqu’à son point de puissance maximale, pour alimenter des charges électriques à des tensions stables et pour fournir des courants d’appel aux charges électriques et aux convertisseurs. Dans la plupart des cas, un contrôleur de charge de la batterie est utilisé dans ces systèmes pour protéger la batterie contre la surcharge et la décharge.

L’utilisation des panneaux solaires est plus répandue dans les régions qui bénéficient de quantités importantes de soleil tout au long de l’année. Dans de nombreuses régions où les hivers sont austères, l’idée persiste que les panneaux solaires sont inefficaces durant la saison froide. Ce n’est pas le cas. Alors que la quantité de lumière du soleil détermine la quantité d’énergie recueillie, la basse température n’a aucun effet sur le fonctionnement des panneaux. En fait, leur système électronique fonctionne mieux dans le froid que pendant les jours très chauds. L’énergie solaire peut être efficacement captée en hiver tant qu’un modeste entretien est fait sur les panneaux.

Les panneaux solaires capturent le maximum d’énergie pendant les heures ensoleillées de l’après-midi. Néanmoins, ils recueillent une certaine quantité de lumière même la nuit, des rayons de la lune, des étoiles ou des lumières de la ville. Dans les régions où le ciel d’hiver est toujours couvert de nuages, les panneaux solaires reçoivent encore 5 à 50% du rayonnement pendant un jour d’été, en fonction de l’épaisseur de la couche nuageuse. Cela est suffisant pour contribuer de manière significative aux besoins d’électricité des ménages, si les panneaux ont été bien orientés vers le soleil d’hiver.

Tout ce qui diminue la quantité de lumière pénétrant dans les panneaux solaires – poussière, feuilles, excréments d’oiseaux ou pollen des arbres – réduit la quantité d’énergie captée. C’est pourquoi un nettoyage régulier des panneaux est recommandé chaque saison, afin d’assurer leur plein rendement. Mais l’entrave la plus dramatique est la chute de neige. Si cela est faible à modérée et les températures pendant la journée sont élevées, les panneaux solaires se réchauffent rapidement et font fondre la neige.

Si la couche de neige est épaisse et il fait très froid, la neige doit être nettoyée, car elle ne fondra pas. Le meilleur outil à utiliser est un « râteau de neige » spécial. Le long manche de celui-ci permet d’accéder facilement aux toits du premier étage et la bande de caoutchouc qui le borde évitera l’endommagement de la surface des panneaux. Il est extrêmement dangereux de grimper sur les toits sur des surfaces enneigées ou glacées, donc la neige installée sur les panneaux du second étage devra simplement rester là. En compensation, le nettoyage des panneaux situés aux étages inférieurs permettra d’accroître considérablement la quantité de lumière recueillie.

Les panneaux solaires sont des dispositifs qui convertissent l’énergie solaire dans d’autres formes d’énergie. Les panneaux solaires remplissent de diverses fonctions, étant généralement classés en trois grandes catégories:

- Les panneaux solaires qui servent à produire de l’électricité

- Les panneaux solaires qui servent à produire de la chaleur

- Les panneaux solaires qui peuvent être utilisés à des fins domestiques, comme le chauffage de l’eau aux foyers

Tous les trois modèles de panneaux solaires fonctionnent différemment. Les panneaux utilisés pour produire de l’électricité, sont également connus comme des cellules photovoltaïques.

Les panneaux solaires dépendent du silicium pour produire de l’électricité. La plaque de silicium est nettoyée afin d’éliminer toutes les éventuelles impuretés pour que les électrons circulent librement au-dessus. Les panneaux solaires fonctionnent quand il y a une libre circulation d’électrons dans le circuit.

La plaque de silicium comprend également des propriétés au niveau atomique qui facilitent encore plus la transmission d’électrons. C’est pourquoi le silicium est utilisé pour fabriquer les plaques pour les panneaux solaires. Toutefois, on ne peut créer de l’énergie simplement en combinant les plaques de silicium, parce qu’elles sont toutes dans un état neutre, n’ayant pas de charge positive ou négative. Ainsi, ces plaques de silicium sont combinées avec d’autres éléments importants de sorte qu’elles produisent la charge.

Parmi les éléments qui se combinent avec les plaques de silicium, il y a le phosphore et le bore qui produisent les charges négatives, respectivement positives. Par exemple, les plaques négatives des panneaux solaires sont placées à de tels angles par rapport au soleil, que les photons (particules d’énergie émise par le soleil) puissent bombarder les atomes de silicium/phosphore.

Par la suite, comme les photons brisent un grand nombre d’électrons, ça produit l’électricité, qui peut être utilisée à d’autres fins. Toutefois, la quantité d’énergie produite par un seul panneau solaire n’est pas suffisante.

Beaucoup de gens ne veulent pas faire usage de panneaux solaires à cause de la petite quantité d’énergie qu’ils produisent par rapport à leur énorme taille. Les différentes activités demandent des quantités différentes d’énergie. Une petite calculatrice solaire peut suffire à ses besoins énergétiques, même en utilisant une seule cellule solaire. Un plus grand objet, comme une voiture, alimentée par l’énergie solaire, pourrait avoir besoin de plusieurs milliers de cellules solaires combinées pour vraiment fonctionner.

Un facteur que l’on devrait garder à l’esprit quant à la production de l’énergie à partir des cellules solaires, est que si l’angle du panneau solaire est modifié, l’énergie produite changera considérablement.

Dans certains cas, la quantité d’énergie solaire pourrait baisser de 50% si le panneau solaire n’est pas correctement positionné. La désignation de « cellules photovoltaïques » est une indication directe sur le rôle important joué par les photons dans la production d’électricité par l’énergie solaire. Les scientifiques essaient à présent de trouver des versions plus efficaces des panneaux pouvant être utilisées dans la vie quotidienne. L’énergie solaire est une source renouvelable d’énergie et les panneaux peuvent être utilisés sur une longue période de temps.

Le thème de l’énergie solaire a été débattu depuis une décennie, mais il jouit de plus d’attention depuis seulement quatre ou cinq années. Les gens commencent à se rendre compte de l’impact majeur que le comportement humain a eu sur le monde dans lequel nous vivons. C’est pourquoi on commence à agir de manière plus responsable, afin de protéger l’environnement, avant qu’il ne soit trop tard.

L’énergie solaire est une source d’énergie propre et sûre. Comme c’est une source illimitée, on en peut l’utiliser tant que souhaité, sans se soucier d’engendrer des effets négatifs.

Ce n’est pas le cas des combustibles fossiles, dont nous avons constamment besoin et qui polluent la terre. Les combustibles fossiles sont l’une des principales raisons des problèmes environnementaux – à savoir le réchauffement climatique – qui nous touchent aujourd’hui. L’énergie solaire offre de nombreux avantages, y compris les économies de coûts. Elle est respectueuse de l’environnement et la plupart des systèmes d’énergie solaire ne nécessitent que peu ou pas d’entretien.

Si vous envisagez d’acheter votre propre système d’énergie solaire, il est important de faire attention à quelques aspects importants concernant leur efficacité. Dans ce domaine, l’efficacité se mesure en pouces carrés et watts, et les panneaux photovoltaïques sont généralement les meilleurs. Ces panneaux sont fabriqués de différents matériaux, mais ils sont  généralement plus denses et plus durables que d’autres panneaux.

Pour assurer le rendement maximum de vos panneaux, choisissez attentivement l’endroit d’emplacement. Même avec un ensemble de panneaux solaires de haute qualité, vous n’allez pas obtenir le plus d’énergie si vous ne choisissez pas le bon endroit. Vous devez choisir un endroit dans votre jardin ou sur le toit de votre maison – une zone qui reçoit au moins huit heures de lumière du soleil pendant la journée. Un toit est généralement le meilleur choix. Les panneaux recevront des rayons UV même par le temps nuageux. Si les panneaux sont placés dans une zone ombragée, on ne sait jamais quelle quantité d’énergie ils produisent et ce n’est pas fiable.

L’efficacité des panneaux solaires dépend aussi de la qualité des matériaux utilisés et la façon dont ils ont été faits. Pour assurer une efficacité maximale, choisissez des panneaux de haute qualité, en vous accordant du temps pour la recherche.

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