La chaleur diffusée par le rayonnement solaire peut être utilisée pour de nombreuses applications et à différents niveaux de température. À basse et moyenne température, l’énergie solaire est utilisée dans le bâtiment pour produire de l’eau chaude sanitaire (ECS), chauffer les locaux et l’eau des piscines. Ces utilisations sont regroupées sous l’appellation « solaire thermique ». Si ces utilisations simples sont désormais développées à grande échelle, d’autres sont encore au stade de la démonstration comme le rafraîchissement solaire ou l’utilisation du solaire dans les procédés industriels.

En concentrant le rayonnement solaire il est possible d’atteindre des températures plus élevées adaptées à d’autres utilisations comme la cuisson à travers les fours solaires ou la fabrication d’électricité à travers les centrales solaires. La chimie solaire est aussi une voie prometteuse : elle repose sur l’utilisation de l’énergie solaire pour produire de l'hydrogène, des réactifs, ou pour décontaminer.

La lumière issue du rayonnement solaire peut également être utilisée pour produire de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque. Les cellules solaires également appelées photopiles sont assemblées en panneaux solaires capables de convertir directement la lumière en électricité : c’est l’effet photovoltaïque qui fut découvert par Edmond Becquerel en 1839. L’énergie des photons de la lumière est alors transformée en un courant électrique continu et recueillie par un matériau semi-conducteur. La majorité des cellules actuelles utilise le silicium cristallin comme semi-conducteur. Lorsque le matériau est constitué d’un seul cristal, on parle de silicium monocristallin qui se présente sous un aspect uniforme de couleur gris-bleuté ou noire. Quand il est élaboré à partir de plusieurs cristaux assemblés, on l’appelle silicium polycristallin reconnaissable par une couleur bleue présentant l’aspect d’une mosaïque. La performance des cellules est variable et dépend de la pureté du silicium employé. Ainsi, on atteint un rendement proche des 15% dans le cas du monocristallin, tandis que l’on approche les 12% dans le cas du polycristallin. Les cellules issues du silicium monocristallin ont de meilleurs rendements que les autres, mais ont l’inconvénient d’être plus chères.

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Moins répandues, les cellules en couches minces sont fabriquées par dépôt successifs de couches très fines de semi-conducteurs sur des supports bon marché comme le verre, le métal ou le plastique.

Le photovoltaïque est utilisé pour électrifier les sites isolés en milieu rural ou difficile d’accès, pour les installations de télétransmissions (relais GSM), pour les équipements publics (mobilier urbain, signalisation routière), pour le traitement de l’eau et de plus en plus pour la production d’électricité renouvelable injectée sur le réseau. La taille des systèmes photovoltaïques est extrêmement variable : elle va d’une production domestique de quelques kilowatts jusqu’à plusieurs dizaines de mégawatts pour une production dite de centrale. Globalement, l’entretien des installations consiste à contrôler de l’état général des équipements, nettoyer les modules à l’eau claire si la pluie ne suffit pas, entretenir les abords de l’installation et vérifier de l’état de charge des batteries.

Toutes ces technologies ne sont pas au même stade de développement. Certaines ont été mises au point il y a déjà de nombreuses années mais n’ont pas connu de développement industriel majeur, alors que d’autres en sont encore au stade de recherche. En revanche, l’utilisation du solaire pour chauffer l’eau et produire de l’électricité dans les habitations se démocratise, aidé par un contexte de hausse durable du coût des énergies fossiles et d’aides financières (crédit d’impôt, aides régionales/locales, tarifs de revente).

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