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 xviie 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 château 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.

– 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.

À la fin du xviiie 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, 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 royale des sciences de Prusse un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs

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

En 1916, Robert Andrews 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, soutenue par le secteur privé, 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, etc. La cérémonie de lancement, organisée par l’Inde et la France, a lieu lors de la Conférence de Paris de 2015 sur les changements climatiques.

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, le vent contient 2,2 ZJ, et l’ensemble des usages humains de l’énergie, 0,5 ZJ11 dont 0,06 ZJ sous forme d’électricité.

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. 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) et où l’irradiation solaire moyenne est la plus grande, avec plus de 280 W/m2 en moyenne sur l’année, nuits comprises.

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 et celle de Solana, d’une puissance de 280 MW.