UNE BRÈVE HISTOIRE DES PANNEAUX SOLAIRES

Bien avant la célébration du premier Jour de la Terre, le 22 avril 1970, visant à sensibiliser les gens à l’environnement et à promouvoir la protection de l’environnement, les scientifiques faisaient les premières découvertes dans le domaine de l’énergie solaire. Tout a commencé avec Edmond Becquerel, un jeune physicien travaillant en France, qui en 1839 a observé et découvert l'effet photovoltaïque, un processus qui produit une tension ou un courant électrique lorsqu'il est exposé à la lumière ou à l'énergie rayonnante. Quelques décennies plus tard, le mathématicien français Augustin Mouchot s'est inspiré des travaux du physicien. Il a commencé à déposer des brevets pour les moteurs à énergie solaire dans les années 1860. De la France aux États-Unis, les inventeurs s’inspirent des brevets du mathématicien et déposent des demandes de brevet pour des appareils fonctionnant à l’énergie solaire dès 1888.

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Charles Fritts a installé les premiers panneaux solaires sur le toit de la ville de New York en 1884. (Gracieuseté de John Perlin)

En 1883, l’inventeur new-yorkais Charles Fritts a créé la première cellule solaire en recouvrant le sélénium d’une fine couche d’or. Fritts a indiqué que le module au sélénium produisait un courant «continu, constant et d'une force considérable». Cette cellule a atteint un taux de conversion de 1 à 2%. La plupart des cellules solaires modernes fonctionnent à une efficacité de 15 à 20%. Fritts a donc créé ce qui était une cellule solaire à faible impact, mais c'était tout de même le début de l'innovation en matière de panneaux solaires photovoltaïques en Amérique. Alessandro Volta, physicien, chimiste et pionnier de l'électricité et de l'énergie en Italie, photovoltaïque est le terme plus technique utilisé pour transformer l'énergie de la lumière en électricité. Il est utilisé indifféremment avec le terme photoélectrique.

Brevet du 4 septembre 1888 "Appareil pour l'utilisation de l'énergie solaire par rayonnement" d'Edward Weston (brevet américain n ° 389 124)

Quelques années plus tard seulement, en 1888, l'inventeur Edward Weston reçut deux brevets pour des cellules solaires: le brevet américain 389 124 et le brevet américain 389 425. Weston a proposé, dans les deux brevets, "de transformer l'énergie de rayonnement provenant du soleil en énergie électrique, ou d'énergie électrique en énergie mécanique". L'énergie lumineuse est focalisée via une lentille (f) sur la cellule solaire (a), une "thermopile". (un dispositif électronique qui convertit l'énergie thermique en énergie électrique) composé de barres de métaux différents. »La lumière chauffe la cellule solaire et provoque la libération d'électrons et le passage du courant. Dans ce cas, la lumière crée de la chaleur, qui crée de l'électricité; c’est exactement l’inverse du fonctionnement d’une ampoule à incandescence qui convertit l’électricité en chaleur pour générer de la lumière.

La même année, un scientifique russe du nom d’Aleksandr Stoletov a créé la première cellule solaire basée sur l’effet photoélectrique, c’est-à-dire lorsque la lumière tombe sur un matériau et que des électrons sont libérés. Cet effet a été observé pour la première fois par un physicien allemand, Heinrich Hertz. Dans ses recherches, Hertz a découvert que la lumière ultraviolette créait plus de puissance que la lumière visible. Aujourd'hui, les cellules solaires utilisent l'effet photoélectrique pour convertir la lumière du soleil en énergie. En 1894, l'inventeur américain Melvin Severy a reçu les brevets 527 377 pour un "Appareil de montage et d'exploitation de thermopiles" et 527 379 pour un "Appareil de production d'électricité par chaleur solaire". Les deux brevets étaient essentiellement des cellules solaires primitives basées sur la découverte de l'effet photoélectrique. La première générait «de l'électricité par l'action de la chaleur solaire sur une pile thermique» et pouvait produire un courant électrique constant pendant les mouvements quotidiens et annuels du soleil, ce qui évitait à quiconque de devoir déplacer la thermopile en fonction des mouvements du soleil. Le deuxième brevet de Severy datant de 1889 visait également à utiliser l'énergie thermique du soleil pour produire de l'électricité pour le chauffage, l'éclairage et l'électricité. Les «piles thermos», ou cellules solaires telles que nous les appelons aujourd'hui, ont été montées sur un support pour pouvoir être contrôlées verticalement ainsi que sur une plaque tournante, ce qui leur permettait de se déplacer dans un plan horizontal. «Grâce à la combinaison de ces deux mouvements, la face de la pile peut être maintenue face au soleil à tout moment de la journée et en toute saison», lit-on dans le brevet.

"Appareil pour le montage et l'utilisation de thermopiles" de Melvin L. Severy, breveté le 9 octobre 1894 (brevet américain 527 377)

"Appareil pour la production d'électricité par chaleur solaire" de Melvin L. Severy, breveté le 9 octobre 1894 (brevet américain n ° 527 379)

Près de dix ans plus tard, l'inventeur américain Harry Reagan a reçu un brevet pour les batteries thermiques, des structures utilisées pour stocker et libérer de l'énergie thermique. La batterie thermique a été inventée pour collecter et stocker la chaleur grâce à une masse importante capable de chauffer et de libérer de l'énergie. Il ne stocke pas l'électricité mais «chauffe». Cependant, les systèmes actuels utilisent cette technologie pour produire de l'électricité à l'aide de turbines classiques. En 1897, Reagan obtint le brevet américain n ° 588 177 pour une «application de la chaleur solaire sur des thermo-batteries». batteries, l’objet étant de concentrer les rayons du soleil sur un foyer et d’avoir un jeu de jonctions d’une thermo-batterie au centre des rayons, tandis que des dispositifs de refroidissement appropriés sont appliqués sur les autres jonctions de ladite thermo-batterie. ”Son invention. était un moyen de collecter, stocker et distribuer la chaleur solaire selon les besoins.

«Application de la chaleur solaire sur des batteries thermiques» de HC Reagan, brevetée le 17 août 1897 (brevet américain 588177)

En 1913, William Coblentz, de Washington, avait reçu le brevet n ° 1 077 219 pour un "générateur thermique", un dispositif utilisant des rayons lumineux "pour générer un courant électrique d'une telle capacité à effectuer un travail utile". invention d'avoir la construction pas cher et forte. Bien que ce brevet ne concerne pas un panneau solaire, ces générateurs thermiques ont été inventés soit pour convertir la chaleur directement en électricité, soit pour transformer cette énergie en énergie pour le chauffage et le refroidissement.

Le "générateur thermique" de WW Coblentz, breveté le 28 octobre 1913 (brevet US 1 077 219)

Dans les années 1950, les laboratoires Bell ont compris que les matériaux semi-conducteurs tels que le silicium étaient plus efficaces que le sélénium. Ils ont réussi à créer une cellule solaire efficace à 6%. Les inventeurs Daryl Chapin, Calvin Fuller et Gerald Pearson (intronisé au Temple de la renommée des inventeurs nationaux en 2008) étaient les cerveaux de la cellule solaire en silicium des Bell Labs. Considéré comme le premier appareil pratique permettant de convertir l’énergie solaire en électricité, son coût était prohibitif pour la plupart des gens. La production de cellules solaires au silicium est onéreuse. Lorsque vous combinez plusieurs cellules pour créer un panneau solaire, le public en achète encore plus. L’Université du Delaware aurait créé l’un des premiers bâtiments solaires, «Solar One», en 1973. La construction reposait sur une combinaison de l’énergie solaire thermique et solaire photovoltaïque. Le bâtiment n'a pas utilisé de panneaux solaires; au lieu de cela, l’énergie solaire a été intégrée au toit.

"Appareil de conversion de l'énergie solaire" de DM Chapin et autres, breveté le 5 février 1957 (brevet américain 2 780 765)

C'est vers cette époque, dans les années 1970, qu'une crise énergétique est apparue aux États-Unis. Le Congrès a adopté la loi de 1974 sur la recherche, le développement et la démonstration en matière d'énergie solaire, et le gouvernement fédéral s'est engagé plus que jamais «à rendre l'énergie solaire viable et abordable et à la commercialiser au public». Après le lancement de «Solar One», les gens ont vu l'énergie solaire l'énergie comme une option pour leurs maisons. La croissance a ralenti dans les années 1980 en raison de la chute des prix de l'énergie traditionnels. Mais au cours des décennies suivantes, le gouvernement fédéral s'est davantage impliqué dans la recherche et le développement sur l'énergie solaire, en créant des subventions et des incitations fiscales pour ceux qui utilisaient des systèmes solaires. Selon la Solar Energy Industries Association, l'énergie solaire a enregistré un taux de croissance annuel moyen de 50% au cours des dix dernières années aux États-Unis, en grande partie grâce au crédit d'impôt à l'investissement dans le secteur solaire adopté en 2006. L'installation de l'énergie solaire est également plus abordable maintenant en raison de l'installation les coûts ont chuté de plus de 70% au cours de la dernière décennie.

Cela dit, au moins jusqu'à récemment, le moyen de trouver une solution énergétique viable et abordable est plus important que de rendre les cellules solaires esthétiques ou esthétiques. Les panneaux solaires traditionnels installés sur les toits des États-Unis ne sont ni très subtils ni agréables à l’œil. Ils ont parfois été une source de pollution pour les voisins et ont sûrement de la peine à gérer pour les associations de propriétaires, mais les avantages pour l'environnement sont considérables. Alors, où est la balance? À l’heure actuelle, les entreprises s’efforcent de mettre au point une technologie solaire plus esthétique et de pointe, telle que le photovoltaïque appliqué aux bâtiments (BAPV). Ce type de cellule solaire discrète est intégré aux tuiles de toit existantes ou aux façades en céramique et en verre des bâtiments.

Solus Engineering, Enpulz, Guardian Industries Corporation, SolarCity Corporation, United Solar Systems et Tesla (après leur fusion avec SolarCity) ont tous obtenu des brevets sur des cellules solaires beaucoup plus discrètes que les panneaux solaires traditionnels. Tous les brevets incorporent des systèmes photovoltaïques transformant la lumière en électricité à l'aide de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium. Les panneaux solaires et la technologie solaire ont parcouru un long chemin, ces inventions brevetées sont la preuve que la technologie améliore encore son efficacité et son esthétique.

"Tuile de toit photovoltaïque" de SolarCity Corporation, brevetée le 26 juin 2018 (brevet américain D821, 614)

"Système de bardeaux photovoltaïques" de United Solar Systems Corporation, breveté le 1 er août 1995 (brevet américain 5 437 735)

Brevet du 1er décembre 2015 (brevet US 9 202 958) de «Systèmes photovoltaïques et composants associés utilisés sur les bâtiments et / ou les méthodes associées» de Guardian Industries Corp.