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Les premières cellules photovoltaïques, développées dans les années 50 pour alimenter les satellites de communication, étaient très inefficaces. Depuis lors, l'efficacité des cellules solaires n'a cessé de croître alors que les coûts ont diminué, même s'il reste encore beaucoup à faire. Outre les coûts réduits et une meilleure efficacité, les progrès futurs des matériaux photovoltaïques conduiront probablement à une utilisation plus large de l'énergie solaire pour de nouvelles applications respectueuses de l'environnement.
Moindre coût
Les cellules photovoltaïques ont joué un rôle clé dans les premiers satellites de communication car peu d’alternatives pouvaient produire de l’électricité fiable pendant de longues périodes, notamment sans maintenance. Le coût élevé d'un satellite justifiait l'utilisation de cellules solaires coûteuses en énergie. Depuis lors, les coûts des cellules solaires ont considérablement diminué, ce qui a conduit à des appareils mobiles peu coûteux, tels que des calculatrices à énergie solaire et des chargeurs de téléphones portables. Pour la production d'électricité à grande échelle, le coût pour chaque watt d'électricité produite à partir de l'énergie photovoltaïque reste supérieur à celui des solutions de remplacement telles que l'énergie issue du charbon ou de l'énergie nucléaire. La tendance générale à la réduction des coûts des cellules solaires devrait se poursuivre dans un avenir prévisible.
Une plus grande efficacité
Une cellule solaire efficace produit plus d’électricité avec une quantité de lumière donnée par rapport à une cellule inefficace. L’efficacité dépend de plusieurs facteurs, notamment des matériaux utilisés dans la cellule photovoltaïque, du verre utilisé pour recouvrir la cellule et de son câblage électrique. Des améliorations, telles que des matériaux qui convertissent une plus grande partie du spectre lumineux du Soleil en électricité, ont considérablement augmenté l’efficacité des cellules solaires. Les progrès futurs augmenteront probablement l'efficacité encore davantage, en tirant davantage d'énergie électrique de la lumière.
Formats flexibles
Une cellule photovoltaïque classique est une pièce plate en silicium, recouverte de verre et collée à un panneau métallique; c'est efficace mais pas très flexible. Les recherches actuelles sur les matériaux photovoltaïques ont conduit à des cellules peintes sur diverses surfaces, notamment le papier et les feuilles de plastique. Une autre technique consiste à placer un film ultra-fin de matériau sur le verre, ce qui donne une fenêtre laissant entrer la lumière et produisant de l’électricité. Une plus grande variété de matériaux photovoltaïques à l'avenir pourrait conduire à la peinture de maison à l'énergie solaire, au pavage des routes, à un manteau qui recharge votre téléphone portable et à d'autres applications avancées.
Nanotechnologie
Les progrès de la nanotechnologie, l'étude des propriétés des matériaux aux niveaux atomique et moléculaire, offrent un potentiel considérable pour l'amélioration des cellules photovoltaïques. Par exemple, la taille des particules microscopiques dans les matériaux photovoltaïques affecte leur capacité à absorber certaines couleurs de la lumière; En ajustant la taille et la forme des molécules, les scientifiques peuvent augmenter leur efficacité. Les nanotechnologies pourraient également un jour aboutir à un ordinateur 3D de bureau produisant des cellules solaires et d’autres dispositifs de précision atomique à très bas coût.
Voiture solaire?
Bien que les cellules photovoltaïques soient très prometteuses dans les applications futures, elles devront également faire face à de strictes limites physiques. Par exemple, il est peu probable qu'une voiture de tourisme à propulsion solaire complète ait les performances ou l’utilité d’un modèle classique fonctionnant au gaz. Bien que les véhicules alimentés par le soleil aient couru en compétition, il s’agit pour la plupart de prototypes hautement spécialisés d’un million de dollars qui nécessitent des conditions de désert ensoleillé. Le facteur limitant est la lumière solaire reçue par la Terre, qui atteint 1 000 watts par mètre dans des conditions idéales. Le plus petit moteur électrique pratique pour une voiture nécessite environ 40 kW d'énergie; avec une efficacité de 40%, cela signifie un panneau solaire de 100 mètres carrés ou de 1 000 pieds carrés. D'autre part, un panneau solaire pratique pourrait un jour alimenter un petit véhicule à roulettes pour une utilisation occasionnelle ou étendre l'autonomie d'un hybride plug-in. L'énergie solaire limitée limite les performances de tout véhicule utilisant des cellules photovoltaïques.