« Énergie solaire » : différence entre les versions

L'énergie solaire est la fraction de l'énergie électromagnétique provenant du Soleil, traversant l’atmosphère qui en absorbe une partie, et parvenant à la surface de la Terre.

Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau, du vent et de la photosynthèse réalisée par le règne végétal, dont dépend le règne animal via les chaînes alimentaires. Le Soleil est à l'origine de la plupart des énergies sur Terre, à l'exception de l'énergie nucléaire et de la géothermie profonde^[a].

Les sources d'énergie issues indirectement de l'énergie solaire sont notamment : l'énergie hydraulique, dérivée de l'énergie cinétique de l'eau dont le cycle dépend du Soleil ; l'énergie éolienne, provenant de l'énergie cinétique du vent lié à l'échauffement et à l'évaporation de l'eau, générés par le Soleil, la rotation de la Terre et la force de Coriolis ; l'énergie hydrolienne et l'énergie des vagues, liées aux mouvements des océans et des cours d'eau ; le bois énergie et l'énergie de la biomasse ainsi que la géothermie de très basse température, provenant des couches superficielles du sol réchauffées par le Soleil. On peut ajouter les combustibles fossiles, provenant de matières organiques créées par photosynthèse (charbon, pétrole, gaz naturel…)^[2] auxquelles s'ajoute l'énergie biochimique de la matière organique vivante.

Cet article traite de l'énergie produite par l'homme en captant le rayonnement solaire, principalement sous forme électrique ou thermique. C'est l'une des principales formes d'énergies renouvelables.

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L'utilisation de l'énergie solaire remonte à l'Antiquité. Par exemple, les Grecs allumaient la flamme olympique grâce à un système de miroirs concentrant les rayons du Soleil.

Les applications pratiques apparaissent au XVII^e siècle.

Le Français Salomon de Caus construit en 1615 une pompe solaire, grâce à l'utilisation d'air chauffé par le rayonnement solaire.

François Villette, opticien au palais de Versailles, conçoit un miroir en bronze (appelé « miroir ardent ») d'un mètre de diamètre, grâce auquel il fait des démonstrations de fusion d'objets^[3].

En 1747, Georges-Louis de Buffon expérimente un miroir qui concentre la lumière du soleil en un point focal. Il arrive à faire fondre un morceau d'argent (soit plus de 1 044 °C).

Dans les années 1780, Horace-Bénédict de Saussure invente un instrument de mesure lui permettant d'étudier les effets calorifiques des rayons du soleil qu'il nomme « hélio thermomètre ». Cet instrument utilise l'effet de serre obtenu par un vitrage placé au-dessus d'un absorbeur dans un caisson isolé. Il crée ainsi un capteur solaire thermique à basse température^[4].

À la fin du XVIII^e siècle, grâce à une lentille à liquide qui concentre les rayons solaires, Antoine Lavoisier construit un four solaire qui atteint la température de 1 800 °C.

La conversion de la lumière en électricité, appelée effet photovoltaïque, est découverte par Edmond Becquerel en 1839^[5], mais il faut attendre près d'un siècle pour que les scientifiques approfondissent et exploitent ce phénomène physique.

En 1875, Werner von Siemens expose devant l'Académie des sciences de Berlin un article sur l'effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs^{[réf. souhaitée]}.

En 1913, William Coblentz dépose le premier brevet pour une cellule solaire, qui ne pourra jamais fonctionner.

En 1916, Robert Millikan est le premier à produire de l'électricité avec une cellule solaire, mais pendant les quarante années suivantes, personne ne fera beaucoup de progrès en énergie solaire car les cellules photovoltaïques ont un trop mauvais rendement pour transformer la lumière du soleil en énergie. Le phénomène reste encore une découverte anecdotique.

Pendant l'année 1954, trois chercheurs américains (Chapin, Pearson et Prince) mettent au point une cellule photovoltaïque à « haut rendement » (9 %) et les Laboratoires Bell construisent le premier panneau solaire mais il était trop coûteux pour être produit en série. C'est la conquête spatiale qui fera réellement progresser l'énergie solaire ; le panneau solaire est le seul moyen non-nucléaire d'alimenter des satellites en énergie, de plus l'énergie solaire est une source d'énergie constante pour les satellites en orbite. En effet, c'est en 1958 qu'a lieu le premier lancement d'un satellite fonctionnant à l'énergie photovoltaïque. L'industrie spatiale investira beaucoup de fonds dans le développement des panneaux solaires. C'est la première utilisation importante de la technologie solaire photovoltaïque.

Pendant les années 1970 et 1980, des efforts sont faits pour réduire les coûts de sorte que l'énergie photovoltaïque soit également utilisable pour des applications terrestres. L'énergie solaire connaîtra un second élan au cours du premier choc pétrolier dans les années 1970. Alors que le prix du pétrole augmente de façon spectaculaire, les panneaux solaires photovoltaïques commencent à être utilisés pour la première fois dans les maisons. En effet, en 1973, la première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à l'université du Delaware et en 1983, la première voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4 000 km en Australie. Depuis les panneaux solaires se sont développés lentement. Pendant longtemps, ils ont été considérés comme des sources d'énergies naturelles. L'énergie solaire est de nouveau en plein essor car on prévoit une pénurie de pétrole prochaine, on se préoccupe du réchauffement de la planète et les prix de l'énergie n'ont jamais été aussi hauts.

L'énergie solaire devient une priorité pour de plus en plus de pays. Des centrales solaires sont en cours de construction dans le monde entier. Les entreprises investissent également. Les entreprises d'électricité et les gouvernements ont offert des subventions et des réductions pour encourager les propriétaires à investir dans l'énergie solaire pour leur maison. En effet, en 1995, des programmes de toits photovoltaïques raccordés au réseau ont été lancés, au Japon et en Allemagne, et se généralisent depuis 2001.

De nouveaux types de panneaux solaires ont été développés ; panneaux solaires très fins (4 mm d'épaisseur) et flexibles, des peintures solaires. L'objectif est de réduire très fortement le coût de l'énergie solaire.

En novembre 2015, l'Alliance solaire internationale (ou ISA, pour International solar alliance) est créée. Le projet est porté par Narendra Modi, alors Premier ministre de l'Inde. Cette alliance doit réunir les États disposant d'importantes ressources solaires afin de mieux coordonner le développement de leur exploitation (thermique et photovoltaïque) via des actions de formation, de standardisation de matériels, de partage d'expériences, des coentreprises... La cérémonie de lancement a lieu lors de la COP21 à Paris, organisée par l'Inde et la France, avec le soutien du secteur privé^[6].

L'énergie solaire vient de la fusion nucléaire qui se produit au centre du Soleil. Elle se propage dans le Système solaire et dans l'Univers essentiellement sous la forme d'un rayonnement électromagnétique dont la lumière n'est que la partie visible.

L'énergie solaire reçue en un point du globe dépend de :

• l'énergie électromagnétique (lumière visible, infrarouge, ultraviolet et autres rayonnements) émise par le Soleil et arrivant sur Terre (avec des fluctuations décennales, saisonnières et ponctuelles) ;
• la nébulosité (nuages, brouillards, etc.), qui varie considérablement d'un endroit du globe à un autre. Celle-ci est forte à très forte dans les régions océaniques tempérées et subpolaires ainsi que dans les régions équatoriales, alors qu'elle est faible à très faible en période anticyclonique et dans les régions arides subtropicales ou polaires ;
• la latitude, la saison et l'heure, qui influent sur la hauteur du Soleil et donc l'énergie reçue au sol par unité de surface, ainsi que sur la nébulosité en fonction du climat local.

Globalement, la Terre reçoit en permanence une puissance de 170 millions de gigawatt (soit 170 millions de milliards de watts, ou 1,7 × 10¹⁷ joules par seconde), dont 122 sont absorbés alors que le reste est réfléchi. L'énergie totale absorbée sur une année est de 3 850 zettajoules (10²¹ joules) ; par comparaison, la photosynthèse capte 3 ZJ^[7], le vent contient 2,2 ZJ^[8], et l'ensemble des usages humains de l'énergie, 0,5 ZJ^[9] dont 0,06 ZJ sous forme d'électricité^[10].

Le flux maximum d'énergie solaire reçu au sol terrestre se rencontre sous les tropiques secs (ou arides), c'est-à-dire dans les déserts chauds où les conditions météorologiques et géographiques sont optimales : basse latitude, vaste espace, ensoleillement ininterrompu, ciel clair, grande sécheresse de l'air. Le Sahara, le plus grand désert chaud du monde, est la région de la Terre qui reçoit le plus amplement la chaleur et la lumière du Soleil^[11]. C'est en effet la contrée du globe où la durée de l'insolation moyenne est la plus élevée (jusqu'à 4 300 h/an soit entre 97 et 98 % du jour)^[12] et où l'irradiation solaire moyenne est la plus grande, avec plus de 280 W/m² en moyenne sur l'année, nuits comprises^[13],[14].

La collecte et le transport de cette énergie depuis le Sahara vers les pays développés bute sur des obstacles techniques et politiques, aussi les projets comme Desertec ne sont-ils pas encore d'actualité. Toutefois, les zones développés, à la consommation importante et disposant de la technique requise, voient des réalisations de plus en plus importantes apparaître à leurs confins. Ainsi, dans le désert des Mojaves (Californie et Arizona) se trouvent les plus grandes centrales solaires thermodynamiques au monde, notamment la centrale solaire SEGS, d'une puissance totale de 354 MW^[15] et celle de Solana, d'une puissance de 280 MW.

Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie peuvent être classées entre solaire « passif », solaire « photovoltaïque » et solaire « thermique ».

La plus ancienne et certainement la plus importante, quoique discrète, utilisation de l'énergie solaire consiste à bénéficier de l'apport direct du rayonnement solaire, c'est-à-dire l'énergie solaire passive. Pour qu'un bâtiment bénéficie au mieux des rayons du Soleil, on doit tenir compte de l'énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, surface vitrée orientée vers le Sud, isolation thermique, etc.). L'apport solaire passif représente alors une part importante du chauffage et de l'éclairage du bâtiment et les économies d'énergies peuvent être importantes.

L'habitat passif désigne un bâtiment dont les dépenses d'énergie de chauffage sont réduites d'environ 80 % par rapport à une maison neuve construite selon les normes allemandes d'isolation thermique de 1995^{[réf. nécessaire]}. L'énergie solaire passive permet donc de chauffer tout ou partie d'un bâtiment pour un coût proportionnel quasi nul, en tirant parti des conditions d'un site et de son environnement, selon les principes de l'architecture bioclimatique.

L'énergie solaire thermique consiste à utiliser la chaleur issue du rayonnement solaire. Ce rayonnement se décline de différentes façons :

• en usage direct de la chaleur : chauffe-eau, chauffage solaire dont fours solaires, cuisinières et sécheuses solaires, par exemple ;
• en usage indirect, la chaleur servant pour un autre usage : rafraîchissement solaire, centrales solaires thermodynamiques, etc.

Apparue dans les années 1970, la cuisine solaire consiste à préparer des plats à l'aide d'un cuiseur ou d'un four solaire. Les petits fours solaires permettent des températures de cuisson de l'ordre de 150 °C, les paraboles solaires permettent de préparer les mêmes plats qu'une cuisinière classique à gaz ou électrique.

L'utilisation de l'énergie solaire pour la cuisson des aliments, au-delà d'être gratuite et abondante sur certaines zones géographiques, permet également de réduire la déforestation dans certains pays où la cuisine au bois et au charbon est la norme. Elle permet par la même occasion la diminution des émissions de CO₂ dans l'atmosphère, d'environ quatre tonnes de CO₂ par an pour une famille africaine cuisinant au bois par exemple^[16].

• Différents types de cuisinières et fours solaires
• 
  Gâteau dans un four solaire Global Sun Oven.
• 
  Four solaire parabolique Alsol 1.4.
• 
  Cuisinière solaire.
• 
  Four solaire de campagne (hauts-plateaux tibétains).

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Le solaire thermodynamique est une technique solaire qui consiste à concentrer l'énergie solaire (via des héliostats, miroirs, etc.) pour produire^[17] :

• de l'électricité, sur le même principe qu'une centrale électrique classique (production de vapeur à haute pression qui est ensuite turbinée) ;
• un travail mécanique, en transformant un liquide en gaz^[b] ou en échauffant directement une partie du moteur, comme dans le moteur Stirling.

Une centrale solaire thermodynamique à concentration est un système qui concentre les rayons du soleil à l'aide de miroirs afin de chauffer un fluide caloporteur permettant de produire de l'électricité grâce à une turbine qui actionne un générateur d'électricité.

Des moteurs Stirling utilisant l'énergie solaire comme source chaude ont été conçus. Ainsi du moteur « Stirling SOLO V160 » de la Plataforma Solar de Almería (en), une première installation datant de 1992 et initialement composée de trois unités paraboliques de 7,5 m de diamètre, en mesure de recueillir jusqu'à 40 kWth d'énergie au moyen du moteur et qui pouvait générer jusqu'à 9 kW en zone focale. Le projet a été suivi par une unité parabolique de 8,5 m, le moteur pouvant générer 10 kWe^[19].

Parmi d'autres projets de ce type figure la Sunmachine solaire, présentée au Salon des énergies renouvelables à Paris, en juin 2008^[20].

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Le terme « photovoltaïque » peut désigner le phénomène physique d'effet photovoltaïque ou la technique associée. L'énergie solaire photovoltaïque est l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire par une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles dans un module photovoltaïque, puis les modules sont regroupés pour former des panneaux solaires, installés chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque. Après transformation en courant alternatif grâce à un onduleur, l'installation solaire peut satisfaire un besoin local (en association avec un moyen de stockage) ou être injectée dans un réseau de distribution électrique (le stockage n'étant alors pas nécessaire).

À l'échelle des villes, des cadastres solaires, établis à l'aide de modèles 3D, permettent d'optimiser le positionnement des panneaux solaires^[21].

En 2015 en France métropolitaine, la part d'électricité produite par le photovoltaïque a été de 1,4 %^[22].

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La recherche mondiale actuelle dans le solaire porte surtout sur l'amélioration des systèmes (augmentation du rendement) et sur la baisse des coûts des équipements^[23].

Le plus grand projet en chantier en 2014 se trouve aux États-Unis, l'Empire Valley Project, qui devrait atteindre une puissance de 890 MW. Commencés en 2012, les travaux devraient se terminer fin 2014^{[réf. nécessaire]}.

Dans l'espace, la pression de rayonnement de la lumière du Soleil peut être utilisée directement pour propulser une voile solaire.

La recherche en France est surtout faite par le secteur privé, mais le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) et le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) ont inauguré en novembre 2010 à Chambéry, Certisolis^[24], un laboratoire qui sera à la fois un lieu d'essais et de certification selon les standards internationaux NF EN 61215, NF EN 61646, NF EN 61730 et au regard des performances environnementales et énergétiques des modules photovoltaïques. Une trentaine de tests portent sur la production et la sécurité électriques (flash test ou simulateur pulsé, essais diélectriques et de tension, d'impulsion ou d'essais de foudre). Des essais climatiques et d'ensoleillement estiment les effets du vieillissement des modules, (en enceinte climatique, avec expositions au spectre solaire). Des tests mécaniques portent sur la résistance du module et du système de fixation.

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Sur le long terme, les prix du charbon, du gaz naturel et du pétrole augmentent avec l'épuisement de la ressource. Le solaire apporte une source virtuellement inépuisable d'énergie et la commission européenne pour les énergies renouvelables prévoit que l'énergie solaire représentera une proportion de 20 % dans les énergies renouvelables, celles-ci devant apporter 20 % de l'énergie en 2020 et 50 % en 2040.

Les systèmes de production d'énergie solaire ont un coût proportionnel quasi-nul : il n'y a pas de combustible, seulement des frais (entretien, gardiennage, réparation...) qui dépendent très peu de la production. Il faut cependant tenir compte des coûts d'investissement, beaucoup plus élevés que pour les techniques fossiles ou les autres renouvelables (éolien, hydraulique…).

L'usage de capteurs thermiques permet de produire de l'eau chaude sanitaire à faible coût. Une fois l'installation réalisée, l'entretien est très peu coûteux et permet de faire des économies substantielles de combustible fossile ou d'électricité.

En revanche, pour la production d'électricité, le coût de l'installation est important (pour le solaire thermodynamique) ou très élevé (pour le photovoltaïque), et ces techniques ne sont pas encore matures pour une généralisation. De nombreux pays ont donc mis en place des systèmes d'incitation financière (sous forme de détaxation, de subventions, ou de tarifs avantageux pour le rachat de l'énergie produite).

L'usage de systèmes de production d'énergie solaire se justifie aussi dans les situations où il est très coûteux de transporter des combustibles (fossiles) ou de procéder à un raccordement au réseau électrique, comme pour des appareils isolés (balises marines, horodateurs), ou dans des zones isolées ou peu peuplées. En France, l'électrification de nombreux refuges en montagne et de villages isolés (en Guyane) a été réalisée par des modules photovoltaïques, parfois couplés à un groupe électrogène d'appoint.

En dépit de sa profusion, et à cause de ses coûts d'investissements lourds, l'énergie solaire est aujourd'hui une énergie peu compétitive, sauf situations particulières, et qui ne se développe que grâce aux aides gouvernementales. Toutefois, un nombre croissant d'acteurs estiment qu'il serait imprudent d'attendre les effets du pic de production du pétrole sur le prix (économique et politique) des énergies fossiles, ou ceux des éventuels changements climatiques dus à leur combustion (effet de serre) ; Quand ces phénomènes se manifesteront, il sera trop tard pour réagir, ce qui justifie un soutien des États à cette technique qui a un grand potentiel de réduction de prix, passant notamment par une augmentation de la production.

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La filière solaire française a pâti, tout comme son homologue allemande, de la baisse du prix de rachat de l'électricité produite par énergie solaire: Photowatt, leader du secteur installé à Bourgoin-Jallieu (Isère) avec plus de 400 salariés, en a fait les frais, en étant contraint de déposer le bilan en novembre 2011 avant d'être rachetée par EDF Énergies Nouvelles Réparties en février 2012^[25].

Un pôle de compétitivité, Tenerrdis^[26], est créé en 2007 et regroupe une centaine d'acteurs de la filière solaire française^[27] (dont le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et 60 « PME innovantes »), participant à 43 projets labellisés bénéficiant d'un financement total de 100 M€^[28], visant à aider la France à rattraper son retard dans le domaine du solaire. Ce pôle travaille notamment sur l'amont de la filière, sur les équipements de production, les matériaux (silicium notamment), les cellules solaires, les panneaux PV et les systèmes électriques (6 500 emplois en France en 2010^[28]).

En 2010 et 2011, Geneviève Fioraso, alors députée de l'Isère, vice-présidente de la communauté d'agglomération Grenoble-Alpes Métropole et administratrice du pôle Tenerrdis, incite le gouvernement à au moins tripler l'objectif annoncé de 5,4 GW à l'horizon 2020, afin notamment de répondre aux objectifs du Grenelle de l'environnement. Elle appelle également les grands groupes à investir dans la filière en France en alertant sur les retards pris pour la seconde phase de l'Institut national de l'énergie solaire (INES) en raison de financements qui ont été bloqués. Selon Jean-Pierre Vial, sénateur UMP et vice-président du conseil général de la Savoie, coprésident de l'INES et administrateur du pôle Tenerrdis, si ces projets d'investissement sont bloqués et que les grands groupes l'investissement pas en France c'est également parce qu'il y a une responsabilité de la part de l'État qui ne s'est pas assez investi dans cette filière^[29].

Fin 2010, Tenerrdis avait labellisé plus de 400 projets de recherche et développement depuis sa création, dont 146 aidés à hauteur de 142 M€ (pour un budget global de 322 M€). 41 projets de R&D ont concerné le solaire photovoltaïque (labellisés et financés)^[30].

Un procédé Photosil (silicium métallurgique) a été soutenu par l'INES, Apollon Solar et FerroAtlantica avec une pré-production industrielle annoncée pour 2011. Des fabricants français de silicium cristallin et applicatifs (ECM Technologies, Vesuvius, Mersen (ex-Carbone Lorraine), Emix et Photowatt Technologies) se font connaître dans le monde^[28]. SolarForce et S'tile innovent dans les technologies couches minces. Concentrix (racheté par Soitec), et Heliotrop se développent sur le domaine du photovoltaïque à concentration^[28]. Le premier champ français opérationnel de trackers, qui comprend quatre-vingts unités réparties sur un peu plus de deux hectares, réalisé par Concentrix, se trouve en production sur la commune de RIANS, non loin du CEA de Cadarache, dans le département du Var. Son raccordement au réseau ERDF sera effectif en mai 2011.

L'INES et le consortium PV Alliance (Photowatt, EDF ENR et le CEA) ont monté un projet « NanoCrystal » (190 M€) qui devrait permettre de produire des cellules à haut rendement et peu chères (unité pilote de démonstration « LabFab » (25 MW) en cours), avec un projet PV20 (porté par MPO Énergie). Nexcis et Screen Solar travaillent de leur côté aux couches minces CIGS. Le procédé Nice (de l'anglais New Industrial Cell Encapsulation) développé avec l'INES, Apollon Solar et Vincent Industries. Il assemble des cellules solaires sous vide, sans soudure (chaînes en cours de montage en France et Tunisie en 2010)^[28]. Des projets d'usines d'assemblage de panneaux PV étaient portés en 2010 par Tenesol et Photowatt, mais aussi par Sillia, Auversun, Fonroche Énergie, Solarezo, France Watts, Elifrance qui s'appuient sur des fournisseurs de composants et matériaux tels que Micel Films, Toray, Arkema, MAP, Saint-Gobain, Versaplast, A. Raymond, Air liquide, Komax, Semco Engineering, Machines Dubuit, check Up Solar, IBS, Ardeje^[28], etc.

La filière aval a vu naître de nouvelles entreprises (Nexans, Ogire, Schneider Electric, Radiall, Heliotrop, Exosun, Greenercos, Fleet technologies, EHW Research, Multicontact)^[28].

En 2012, le groupe Total revendique être « le premier employeur de l'industrie solaire en France avec deux usines de fabrication de panneaux solaires et plus de 400 salariés »^[31]: il est en effet propriétaire de Sunpower, qui doit ouvrir une usine à Porcelette, en Moselle, ainsi que de Tenesol^[31]. Avec les DOM, la France atteint alors une puissance photovoltaïque installée de 4 286 MWc.

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Un des 17 objectifs de développement durable des Nations Unies est d’assurer l’accès à l’énergie renouvelable pour tous^[32]. Ces objectifs visent à encourager le développement durable dans le monde d’ici 2030. De plus, le Traité de Lisbonne entré en vigueur au 1^er décembre 2009 comprend un chapitre sur l'énergie renouvelable en Europe^[33]. Afin d’atteindre les objectifs formulés dans le cadre de ce traité, divers pays développent des textes de loi et des réglementations parmi lesquels certains promouvant la production d’électricité produite à partir de panneaux solaires et son rachat par les agences gouvernementales. La France, le Royaume-Uni et la Suisse ont des programmes législatifs et des soutiens gouvernementaux différents.

En France, un exemple d’initiative gouvernementale pour l’encouragement de l’énergie solaire est la loi Énergie Climat, adoptée le 8 novembre 2019, qui vise à diminuer la dépendance nationale aux énergies fossiles et encourage à cette fin l'utilisation d'énergies renouvelables et notamment solaire^[34]. Cette loi a entraîné la modification de deux articles du code de l’urbanisme, créant de nouvelles opportunités en matière d’installations photovoltaïques :

• l’article L111-7 38 permettant la construction d’une infrastructure de production d'énergie solaire installée sur des parcelles déclassées ou aires de repos, de service ou de stationnement des axes routiers^[34] ;
• l’article L111-18-1 crée une obligation d’installation d'un dispositif de production d'énergie renouvelable, de végétalisation, ou analogue pour tout nouveau bâtiment de plus de 1 000 m² dédié à une exploitation commerciale, un usage industriel, ou au stationnement publique. Le dispositif doit couvrir 30 % de la surface de toiture^[34].

La réglementation en matière de pose de panneaux solaires dépend de la localité concernée (région, département, commune) et des critères esthétiques, propres à ces localités, peuvent contraindre cette installation. Le plan local d'urbanisme (PLU) aide les citoyens à savoir si et comment ils peuvent poser des panneaux solaires sur leurs maisons. Le document précise ainsi par exemple qu’il est interdit de faire poser des panneaux solaires sur un bâtiment listé au patrimoine national ou comme héritage local. Pour poser des panneaux solaires individuels, les démarches administratives à suivre sont :

• contacter la mairie ou autorité locale afin de connaître les éventuelles contraintes imposées par le PLU^[35] ;
• si l'on veut revendre une partie de l’électricité au réseau, une demande de raccordement doit être faite^[36].

Au Royaume-Uni, le gouvernement britannique cherchait à multiplier par quatre sa puissance solaire entre 2014 et 2020, soit passer de 5,5 à 22 GW/an^[c]. Pour cela, des mesures ont été prises pour faciliter la production d’électricité chez les particuliers, comme le Smart Export Guarantee (SEG), approuvé en juin 2019, et entré en vigueur le 1^er janvier 2020. Ce dernier permet à des particuliers et à des entreprises de revendre leur électricité au réseau national s'ils ont une installation allant jusqu'à 5 MW de puissance, ce pour plusieurs énergies renouvelables comme le photovoltaïque, l’éolien ou l’hydroélectrique. Le prix de revente est déterminé par l’acheteur, qui doit être un fournisseur officiel d’électricité^[37].

Plusieurs règles lors de la pose de panneaux solaires doivent être respectées. Par exemple, ces derniers ne peuvent être installés plus haut que la partie la plus haute du toit, et ne peuvent pas dépasser le bord du toit de plus de 20 cm. Comme en France, si le bâtiment concerné est listé comme faisant partie d'un patrimoine ou d’un héritage nationale, aucun panneau solaire ne peut être posé dessus. Pour les panneaux isolés ne faisant pas partie d’un bâtiment, d’autres règles sont appliquées^[38].

En France, le gouvernement soutient le développement de l'énergie solaire au travers de tarifs d’obligation d’achat pour les petites installations (<100 kWc) et des appels d’offre pour les installations plus puissantes^[39]. Les tarifs d’obligation d’achat sont fixés par la loi 2000-108 du 10 février 2000, et obligent les distributeurs d’énergie nationaux à acheter l'électricité produite par les producteurs éligibles à un prix fixé^[40]. Les producteurs éligibles sont les installations photovoltaïques d’une puissance de moins de 12 MW ayant obtenu un dossier auprès de la direction régionale de l'Industrie, de la Recherche et de l'Environnement.

Au Royaume-Uni, le Energy Entrepreneur Fund, un fond soutenu majoritairement par l’État, soutient le développement de technologies, de produits et de processus dans le domaine de l’énergie renouvelables. Il recherche les meilleurs idées des secteurs privé et public en privilégiant le soutiens aux petites et moyennes entreprises. Depuis 2012, ce fonds a déjà investi 75 millions de livres dans plus de 130 sociétés^[41].

En Suisse, une votation populaire du 21 mai 2017 a résulté en la mise en place d’une rétribution unique (RU) pour remplacer la « rétribution à prix coûtant » (RPC), qui ne bénéficiait pas d'assez de fonds. La RU est une aide à l’investissement unique qui couvre entre 20 et 30 % du coût d’investissement d’une installation. La rétribution dépend fortement de la puissance du dispositif et de sa date d'installation. Le système de rétribution unique différencie le cas d’une petite installation (<100 kWc), qui peut bénéficier d’une « petite rétribution unique » (PRU), des grandes installations (>100 kWc) qui peuvent bénéficier de la « grande rétribution unique » (GRU). Cependant, le temps d’attente de ces rétributions est relativement long: environ un an et demi pour la PRU et environ deux ans pour la GRU^[42].

Dans de nombreux pays d’Afrique, des dispositifs de soutien au solaire se retrouvent aussi, souvent sous forme de projets et d’initiatives soutenus par la Banque mondiale, la Banque africaine de développement et l’Union européenne. L’Alliance solaire internationale (ASI) a été lancée par la France et l’Inde et comporte 47 membres, dont plus de la moitié sont des États africains. Son premier axe de travail est l'amélioration des cadres réglementaires dans le cadre de l’énergie solaire. L’ASI a lancé depuis 2018 des programmes de soutien pour les réseaux à échelle locale et les toitures solaires. Un autre programme, « Terawatt Initiative », a été lancé en 2015, porté par des entreprises privées comme Engie, Total, IBM, et cherche à structurer le dialogue entre les États et les secteurs privés pour déployer un térawatt de capacité voltaïque dans le monde d’ici à 2030^[43].

L’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), fondée en 2011, rassemble 159 États. Elle vise à faciliter la création de projets en mettant des outils à disposition (Project navigator, Marketplace) et des aides financières.

Pour la totalité des descriptifs de soutiens gouvernementaux européens, un outil de recherche sur les dispositifs de soutiens aux énergies renouvelables a été créé par la Commission européenne^[44].

Dans une étude menée en Suède entre 2008/2009 et 2014/2016 évaluant la perspective des propriétaires, les motifs principaux avancés pour acheter et installer des panneaux solaires sont de diminuer l’impact environnemental du foyer et d’économiser de l’argent en achetant moins d’électricité. Les possesseurs de panneaux solaires souhaitent ainsi dans l’idéal subvenir à leur propres besoins énergétiques. Toutefois, les lois en Suède stipulent pour la période 2008/2009 que produire de l’électricité sur sa propriété est synonyme d’activité économique, et que des taxes s’imposent donc, représentant un premier frein à l’achat de ces dispositifs^{[réf. nécessaire]}.

Un problème administratif est également évoqué : les propriétaires jugent manquer d'informations fiables et non-biaisées. Les autorités locales sont mal informées et ne peuvent pas répondre aux questions que posent les propriétaires sur les potentiels avantages (économiques notamment) à devenir prosommateur^{[réf. nécessaire]}.

L'achat de panneaux solaires est toutefois relativement simple : il peut se faire sur Internet. L'installation pose cela dit divers problèmes, car les propriétaires ne peuvent souvent pas procéder à l'installation eux-mêmes, au risque d’entraver au fonctionnement optimal du dispositif. De plus, l'installation requiert un changement du compteur électrique, qui mesure la quantité d'électricité consommée. L'électricité produite en excès doit être décomptée, et certains compteur électriques plus traditionnels ne peuvent tourner à l'envers. Ce remplacement est sur la période 2008/2009 à la charge des propriétaires.

Pour la période 2014/2016, les mêmes problèmes sont évoqués, avec un plus fort accent mis sur les problèmes administratifs : avant de devenir prosommateur, il y a de nombreux contrats sont à remplir pour avoir des subsides de l'état ou pour pouvoir revendre l'excès produit aux compagnies électriques. Il faut également parfois obtenir un permis de construire avant de pouvoir installer des panneaux solaires, lequel peut être long à obtenir.

Les modalités pour pouvoir revendre l'excédent produit sont contraignantes : par exemple, certaines compagnies d'électricité requièrent que le propriétaire soit déjà un consommateur de cette entreprise avant l'acquisition de panneaux solaires^[45].

Afin d'atteindre ses objectifs climatiques fixés pour 2030, la Californie mise fortement sur les panneaux photovoltaïques. Une loi^{[Laquelle ?]} récemment^[Quand ?] adoptée rend obligatoire l'installation de panneaux photovoltaïques sur les nouvelles résidences pour compenser leur consommation énergétique. Cependant, l'électricité excédentaire est réinjectée dans le réseau urbain qui en est surchargé le jour. Une telle situation s’est produite au printemps 2018, où les centrales solaires photovoltaïques étaient contraintes de diminuer de 95 000 MWh leur production afin d'empêcher une saturation. A contrario, avec l'absence de soleil la nuit, et les autres sources d'électricité renouvelables n’arrivant pas à combler cet écart, l'électricité tend à manquer, surtout quand le vent est trop faible pour les éoliennes. Ces créneaux sont actuellement compensés avec des sources d’énergies non renouvelables, souvent émettrices de gaz à effet de serre^[46].

Une solution proposée est de stocker l'énergie pour la réutiliser en différé. Les infrastructures de stockage sont cependant très coûteuses et nécessitent des conditions géographiques spécifiques, telles qu’un paysage montagneux pour les barrages hydroélectriques ou un certain type de sol pour le stockage d’énergie sous forme d’air comprimé. Ces contraintes limitent leur utilisation^{[réf. nécessaire]}.

Une stratégie parallèle serait d'encourager la population à effectuer certaines tâches coûteuses en énergie le jour plutôt que la nuit, par effacement de consommation. Un exemple est la recharge des véhicules électriques, très consommatrice d'électricité. Inciter la population à recharger ses véhicules en plein jour permettrait de répondre à la demande en stockage d'énergie et d'équilibrer la surcharge du réseau aux pics de rayonnement solaire^[46].

La politique actuelle de la Californie concernant le photovoltaïque, qui ne prévoit pas suffisamment de stockage, a pour conséquence directe une chute du prix de l'électricité. Ceci rend désavantageuse l'installation d'autres dispositifs de production d'énergie renouvelable et conventionnelle, posant de grands problèmes aux entreprises concernées qui voient leurs profits fortement diminuer^[46].

Au niveau individuel, il y a un scepticisme des citoyens envers le financement direct de tels projets, l’investissement semblant conséquent et les gains faibles à court terme^{[réf. nécessaire]}.

Une alternative proposée par certains fournisseurs est l'installation sans frais des panneaux. Les résidents payent l'électricité produite chez eux à l'entreprise qui se charge du maintient des infrastructures. Un rachat des panneaux est possible ultérieurement. Cette stratégie permet de pondérer cette peur de l’investissement initial et facilite donc l’achat de panneaux solaires^[47].

Les régions rurales des pays en développement, principalement en Afrique mais également en Amérique latine, des régions généralement ensoleillées, offrent un grand potentiel pour l’énergie solaire. Cependant, de nombreux facteurs rendent leur intégration socio-matérielle difficile.

• Facteurs défavorables à l’échelle « macro »^{[réf. nécessaire]} : les institutions qui investissent dans l’énergie solaire et dans les énergies renouvelables en général sont rares. Le principal facteur est économique : le capital initial pour acquérir le matériel nécessaire est élevé, et le volume des ventes est faible. Le manque d’expérience sur le long terme pose des incertitudes quant à la performance de ces dispositifs relativement nouveaux. De plus, de nombreux gouvernements soutiennent massivement les énergies fossiles par des subventions. Au contraire, au Kenya par exemple, en 2008, l’équipement solaire était toujours très taxé, et donc réservé aux ménages aisés. Au Cameroun, en 2008 également, les politiques douanières compliquaient l'importation des équipements.

• Facteurs défavorables à l'échelle « micro » : le coût d'une installation photovoltaïque est un inconvénient majeur, étant cinq à dix fois plus élevé que pour une installation avec un générateur Diesel, par exemple^[48]. À cela s'ajoutent des difficultés pour l'entretien des installation : l'accès aux pièces de rechange est plus difficile en l'absence de fabricants locaux. De plus, localement, personne n'a été formé pour réaliser l'installation ou l'entretien de ces dispositifs. Pour simplement entretenir une installation, il faut faire venir un ingénieur formé, installé en ville, ce qui augmente significativement le coût de la maintenance.

Un biais de genre a également été rapporté : dans les régions rurales, les femmes passent plus de temps que les hommes à faire des activités requérant de l'énergie. Les hommes sont généralement responsables des décisions budgétaires, comme l'achat d'une installation solaire, et ils ne sont souvent pas prêts à investir leur capital dans des dispositifs dont l’utilisation bénéficierait principalement aux femmes^[49]. C’est elles par exemple qui font la cuisine, ou fabriquent des habits, des tâches qui requièrent de l’énergie^[50].

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Chargeurs de batteries, ventilateurs, lampes de jardin, pompes hydrauliques, tables^[51], etc. De plus en plus d'appareils peuvent fonctionner à l'énergie solaire. On peut désormais emporter dans son sac un GPS équipé d'un chargeur solaire, et des panneaux photovoltaïques se multiplient sur les toits. Indispensable à la vie sur Terre, le Soleil peut nous rendre de nombreux autres services : chauffer nos habitations, alimenter en énergie les lieux les plus reculés.

Dans le monde, des projets de centrales électriques voient le jour presque partout, basés sur un immense potentiel : « 5 % de la surface des déserts permettrait de produire toute l'électricité de la planète », affirment Patrick Jourde et Jean-Claude Muller^[52], chercheurs au Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et au CNRS.

Il existe également des moyens de transport individuels, du vélo à assistance électrique à la voiture électrique, en passant par le scooter et la moto électrique, pour des puissances de 500 W à 45 kW (60 ch) voire plus. Certaines voitures électriques peuvent être rechargées par une production individuelle (dans les bonnes conditions climatiques).

Le principal obstacle à l'exploitation industrielle de l'énergie solaire est son intermittence dans la plupart des régions ayant un besoin régulier d'énergie. Pour cette raison, l'avenir de cette ressource énergétique est intimement lié à l'amélioration des techniques de stockage et de transport de l'énergie, notamment électrique.

Dans les années 1990 apparaissait la calculatrice de poche solaire. Quelques cellules photovoltaïques y remplaçaient avantageusement les piles électriques, toxiques pour l'environnement. En 2013, des magasins dédiés à l'écologie, mais aussi des enseignes plus grand public, proposent de nombreux objets fonctionnant à l'énergie solaire : torches, lampes de jardin, radioréveils, mobiles animés, montres... Preuve que l'énergie solaire séduit les consommateurs par l'image « verte » qu'elle véhicule. Son autre atout est son côté nomade : des chargeurs solaires permettent désormais d'alimenter en électricité, où que l'on se trouve, un téléphone mobile, un GPS ou un ordinateur portable. Pour les voyageurs au long cours, il existe même des sacs à dos équipés de capteurs solaires. Certains imaginent des vêtements également dotés de cellules photovoltaïques, pour y brancher directement son baladeur MP3 ou même son téléphone portable.

Le principe d'une centrale électrique thermique solaire est de concentrer les rayons du Soleil, à l'aide de miroirs paraboliques, vers des tubes ou une chaudière contenant un fluide caloporteur. La chaleur ainsi récupérée est transmise à de l'eau. L'eau se transforme en vapeur, qui actionne une turbine couplée à un générateur produisant de l'électricité.

L'Espagne mise sur cette technologie plutôt que sur le photovoltaïque, dont le coût de production s'avère plus élevé en raison du prix du silicium des cellules photoélectriques. L'Espagne possède depuis 2009 la plus puissante centrale solaire thermodynamique d'Europe Andasol, d'une puissance de 150 MW. Quelque 400 000 miroirs, soit une superficie de 1,5 million de mètres carrés, recueillent l'énergie du Soleil et approvisionne en électricité 45 000 foyers^[53].

Le Maroc aussi s'est lancé début 2010 (profitant de son désert), avec un investissement de deux milliards d'Euros, dans la construction d'une des plus grandes centrales solaires à concentration du monde à Ouarzazate d'une puissance de 500 MW, sur 3 040 hectares^[54]. Elle sera suivie par quatre autres centrales à concentration qui ont été programmées dans le cadre du plan solaire marocain Desertec. L'objectif est d'installer 2 000 MW sur cinq sites dans les prochaines années, soit une puissance supérieure à celle d'un réacteur nucléaire de nouvelle génération (EPR)^[55].

Aux États-Unis, l'entreprise Florida Power & Light a annoncé l'ouverture pour fin 2010 d'une centrale solaire de 190 000 miroirs^[56] et 75 MW. Elle se situe en Floride sur la côte orientale, au nord du comté de Palm Beach et s'étend sur plus de 200 hectares^[56].

Les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière du Soleil en électricité. Des années 2000 à 2013, en France et en Belgique, grâce aux aides fiscales de l'État, les particuliers ont été de plus en plus nombreux à s'en équiper. En France le producteur a le choix entre l'autoconsommation et la vente de l'intégralité de sa production à EDF, qui est tenue depuis 2002 de racheter l'électricité d'origine renouvelable produite par les particuliers ou les collectivités.

À la suite d'une augmentation plus forte que prévu des demandes de raccordement d'installations photovoltaïques, un moratoire a été décidé en décembre 2010 par l'État français pour les installations de plus de 3 kWc : « L'obligation de conclure un contrat d'achat de l'électricité produite par les installations mentionnées au 3° de l'article 2 du décret du 6 décembre 2000 susvisé est suspendue pour une durée de trois mois courant à compter de l'entrée en vigueur du présent décret. Aucune nouvelle demande ne pouvait être déposée durant la période de suspension »^[57],[58], moratoire critiqué par les parties prenantes impliquées dans des opérations déjà lancées ou que l'État devait financer^[59].

Malgré ces moratoires, la puissance solaire installée début 2012 sur les toits et dans les parcs solaires équipés de cellules photovoltaïques représentait 2 672 MW en France^[60] et 1 500 MW en Belgique^[61]. À titre de comparaison, en 2010, plus de 7 400 MW photovoltaïques ont été vendus et raccordés au réseau en Allemagne (pays leader dans le domaine photovoltaïque)^[62] pour un parc installé total de 17 320 MW.

Une nouvelle génération de panneaux, dit panneaux solaires hybrides, apparaît en 2010 sur le marché, produisant à la fois chaleur et électricité, avec un rendement photovoltaïque amélioré grâce au refroidissement du panneau et à la cogénération^{[réf. souhaitée]}.

Un enjeu prospectif, notamment identifié par Jeremy Rifkin avec son concept de Troisième Révolution industrielle, est d'associer une domotique poussée à un réseau électrique intelligent (il parle d'un « Internet de l'énergie »), pour orienter le surplus d'électricité produite vers le besoin le plus proche et ainsi éviter les pertes en ligne ou liées au stockage. Des ensembles de toitures solaires pourraient ainsi devenir l'équivalent de vastes centrales solaires dont les éléments sont distribués au plus près des besoins. Des véhicules électriques peuvent aussi servir de stockage tampon du surplus d'électricité produite. Vers 2010 apparaissent des outils logiciels et modèles 3D permettant de positionner idéalement les panneaux solaires dans les villes, également utiles pour prévoir l'ensoleillement de terrasses végétalisées ; ainsi un « cadastre solaire » sera disponible pour tous les Parisiens en 2012^[63]. Ces mêmes outils peuvent généralement intégrer la thermographie aérienne qui permet de profiter d'opérations de rénovation thermique de toiture pour les remplacer par des panneaux solaires.

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En 2011, les centrales solaires photovoltaïques les plus puissantes au monde sont celles de Sarnia^[64] au Canada, de Finsterwalde en Allemagne et d'Okhotnykovo en Ukraine. Occupant chacune plus de 300 hectares, avec une puissance installée d'environ 80 MWc, elles sont composées de plus d'un million de panneaux photovoltaïques fixes, dans la plupart des cas ou pouvant s'orienter automatiquement vers le Soleil, pour les autres.

France

Après les centrales de Chambéry, inaugurée en 2005, La Réunion, en 2006, et Narbonne, construite en 2007-2008 (10 MWc, environ 10 120 MWh/an, avec 80 000 m² de panneaux photovoltaïques^[65]), les plus grandes centrales solaires photovoltaïques en service fin 2011 étaient celles de Losse (Landes). Construite par EDF énergies nouvelles et achevée depuis mi-2011 ; elle comprend 300 ha de panneaux majoritairement fixes avec une puissance crête de 67,2 MW^[66]. La 2^e (par la puissance) en 2011 était celle des Mées (31 MWc) dans les Alpes de Haute Provence^[67].
La plus grande centrale solaire photovoltaïque en service en France en 2016 est celle de Cestas au sud de Bordeaux ; sa puissance crête atteint 300 MW. C'est une des dix plus puissantes centrales solaires au monde.

Suisse

La Suisse s'est elle aussi lancée dans la course au solaire^{[réf. nécessaire]}.

Allemagne

lles 57 000 panneaux du Bavaria solarpark fonctionnent depuis 2005 (10 MWc) ; ils ont été suivis par les centrales de Brandis, 40 MWc en 2009 et de Finsterwalde, 80 MWc en 2011.

USA

lle 27 octobre 2009, le président Barack Obama a inauguré la plus grande centrale solaire des États-Unis à DeSoto près de Miami. Équipée de plus de 9 000 panneaux, la centrale d'une puissance de 25 MWc permet de fournir plus de 3 000 foyers^[68].

Inde

Le pays a fait du solaire l'une de ses grandes priorités, Narendra Modi, s'est juré de faire de son pays une nouvelle puissance dans ce domaine, à savoir plus de 420 000 panneaux photovoltaïques ont été installés au nord-ouest de l'Inde^[69].

Dans une cheminée solaire, un vaste collecteur solaire en verre chauffe de l'air, lequel en montant à grande vitesse dans la tour, actionne des turbines générant de l'électricité.
Un premier prototype avait été mis en service en 1982 à Manzanares en Espagne ; on envisagea ensuite la construction d'une tour solaire de 750 mètres de hauteur, capable d'alimenter 120 000 foyers.

Dans les pays suffisamment proches de l'équateur terrestre, où l'ensoleillement est souvent très important, le solaire peut fournir aux régions rurales et urbaines une énergie décentralisée pour l'éclairage et l'alimentation des réfrigérateurs, pompes hydrauliques, installations de télécommunication, etc.

Soutenus par des ONG, des projets d'électrification de villages sont en cours dans de nombreux pays d'Afrique et d'Amérique du Sud^[70].

• L'énergie solaire totale absorbée par l'atmosphère terrestre, les océans et les masses continentales est approximativement de 3 850 000 exajoules (EJ) par an^[71] ; en 2002, c'est plus d'énergie reçue en une heure que l'humanité n'en utilise pendant une année^[72].

• En France, 10 m² de panneaux photovoltaïques produisent chaque année environ 1 000 kWh d'électricité, de sorte qu'une surface de 5 000 km² de panneaux (soit 1 % de la superficie) permettrait de produire l'équivalent de la consommation électrique du pays^[73].

• Le parc photovoltaïque mondial représentait à la fin 2010 plus de 34 GW, en augmentation de 70 % depuis 2009^[74] ; l'énergie ainsi produite est d'environ 40 TWh, soit ^2.5⁄₁₀₀₀ de l'ensemble de l'électricité produite dans le monde (40 TWh contre 16 000 TWh^[9]).

• L'énergie solaire après Fukushima, la nouvelle donne, Louis Boisgibault, Medicilline, octobre 2011.
• Le Soleil au service de l'homme, Congrès international de l'Organisation des Nations unies pour l'éducation, la science et la culture (UNESCO), juillet 1973.
• L'Énergie solaire, conférence internationale de Nice, 1977.
• Héliothermique. Le gisement solaire. Méthodes et calculs, Pierre-Henri Communay, Groupe de Recherche et d'Édition, Toulouse, 2002, 530 p., 16 × 24 cm (ISBN 2-8413-9036-5).
• Julien Labbé, L’Hydrogène électrolytique comme moyen de stockage d'électricité pour systèmes photovoltaïques isolés, thèse de doctorat spécialité « Énergétique » ; École des mines de Paris, 21 décembre 2006 [PDF].
• Le solaire a rendez-vous avec la ville, CNRS, 2015.

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