L'ENERGIE SOLAIRE - GENERALITES

Le soleil, une énergie qui peut être utilisée de plusieurs manières

L'énergie du soleil peut être utilisée de trois manières principales, et il est important de distinguer entre les trois lors de discussions sur l'énergie solaire:

La chaleur passive : c'est la chaleur que nous recevons du soleil naturellement. Cette chaleur peut être prise en compte dans la conception des bâtiments pour que le chauffage supplémentaire soit moins important.

Le solaire thermique : la chaleur du soleil est utilisé pour chauffer l'eau des ménages et des piscines (et également des systèmes de chauffage).

L'énergie photovoltaïque (PV) : l'énergie du soleil est transformée en électricité pour faire marcher les appareils et l'éclairage. Un système photovoltaïque n'a besoin que de la lumière du jour - et non pas d'un rayonnement solaire direct - pour produire de l'électricité.

Le solaire thermique: utilisation et technologie

Le principe de base commun à tous les systèmes solaires thermiques est simple : le rayonnement solaire est récupéré et la chaleur qui en résulte est communiquée à un intermédiaire de transfère de chaleur - habituellement un fluide mais cela peut aussi être de l'air dans le cas d'un capteur d'air. L'intermédiaire chauffé est utilisé soit directement - dans le cas des piscines chauffées par exemple - soit indirectement, par le biais d'un échangeur de chaleur qui transmet la chaleur à sa destination finale - le chauffage des pièces par exemple.

Le solaire thermique peut être utilisé avec succès pour répondre à de nombreux besoins de chauffage y compris le chauffage de l'eau, des pièces et le séchage. De nouveaux domaines d'application sont en train d'être développés, en particulier les systèmes de refroidissement solaire. La conception du système, ses coûts et son rendement sont améliorés en permanence.

Système cylindro-parabolique - Photo © TREC Photo © NREL

La transformation de la lumière en électricité: le procédé

Les systèmes photovoltaïques utilisent des cellules pour convertir le rayonnement solaire en électricité. Ces cellules sont composées de deux ou trois couches d'un matériau semi-conducteur. Lorsque la lumière illumine la cellule cela créée un champ électrique à travers les couches, provoquant la circulation d'électricité. La circulation d'électricité sera d'autant plus importante que l'intensité de la lumière sera forte.

Le matériau semi-conducteur le plus commun dans les cellules photovoltaïques est le silicium, un élément qui est communément trouvé dans le sable. Cette matière première est une ressource illimitée ; le silicium est le deuxième matériau le plus abondant dans la masse terrestre. Un système photovoltaïque n'a donc pas besoin d'un soleil éclatant pour fonctionner. Il peut même produire de l'énergie sous un ciel couvert.

Un aperçu des technologies photovoltaïques disponibles

La technologie du silicium cristallin : Les cellules silicium cristallin sont fabriqués à partir de fines couches taillées d'un seul cristal de silicium ou d'un bloc de cristaux de silicium (polycristallin), leur efficacité varie ente 12% et 17%. C'est la technologie la plus commune représentant à peu près 90% du marché d'aujourd'hui.

Panneaux solaires photovoltaiques

La technologie de la couche mince : Des modules de couches minces sont fabriqués en déposant des couches extrêmement fines de matériaux photosensibles sur un support à bas pris tel que le verre, l'acier inoxydable ou le plastique. La procédure de fabrication des couches minces permet de baisser les coûts de production par rapport à la technologie du silicium cristallin, plus intensive en matériaux. Ce prix avantageux compense à l'heure actuelle son taux d'efficacité considérablement inférieure à celui du silicium cristallin (de 5% à 13%).
Les photovoltaïques concentrés : Certaines cellules solaires sont conçues pour opérer avec un rayonnement solaire intense. Ces cellules sont incorporées dans des capteurs concentrés qui utilisent des lentilles pour concentrer le rayonnement solaire dans les cellules. L'idée principale est d'utiliser très peu du matériau coûteux semi-conducteur PV tout en récupérant un maximum de rayonnement solaire. L'efficacité varie entre 20% et 30%.

Les applications du photovoltaïque

Des systèmes domestiques raccordés au réseau : De tous les systèmes de PV solaire, celui-ci est le plus répandu auprès des ménages et des entreprises dans les régions développées. Un raccordement au réseau électrique local permet de reverser le surplus d'électricité produit dans le réseau et de vendre celui-ci aux services publics. L'électricité peut également être extraite du réseau lorsqu'il n'y a pas de soleil.

Des centrales électriques raccordées au réseau : Ces systèmes, également raccordés au réseau, produisent une quantité importante d'électricité photovoltaïque à un endroit précis. La taille de ces centrales varie entre plusieurs centaines de kilowatts et plusieurs mégawatts. Parfois ils se trouvent sur de grands bâtiments industriels tels que les aéroports et les gares. Ce type de système photovoltaïque à grande échelle permet d'utiliser au mieux les espaces déjà disponibles et de compenser une partie de l'électricité que ces forts consommateurs d'énergie nécessitent.

Des systèmes d'électricité rurales non-raccordés au réseau : Dans les endroits où l'électricité de réseau n'existe pas, ce système est raccordé à une batterie grâce à un régulateur de charge. Un onduleur peut être utilisé pour fournir de la climatisation, ce qui assure le fonctionnement d'appareils électroménagers normaux. Les systèmes non-raccordés au réseau typiques sont utilisés pour permettre la présence d'électricité dans des régions isolées (refuges de montagne, pays en développement). L'électrification des zones rurales est accomplie soit, grâce à un système solaire de petite taille qui répond aux besoins élémentaires d'un seul ménage, soit, avec un réseau solaire d'une plus grande taille qui produit suffisamment d'énergie pour plusieurs ménages. De l'information supplémentaire est disponible sur www.ruralelec.org

Des systèmes hybrides : Un système solaire peut être combiné avec une autre source d'énergie - un générateur de biomasse, une éolienne, un générateur à diesel, pour assurer un approvisionnement régulier en électricité. Un système hybride peut être raccordé ou non au réseau, ou simplement soutenu par un réseau. De l'information supplémentaire est disponible sur WWW.RURALELEC.ORG

Des produits de consommation : les cellules photovoltaïques sont utilisés dans beaucoup d'appareils électroménagers quotidiens, tels que les montres, les calculatrices, les jouets, les chargeurs de batterie, les fenêtres au toit professionnelles des automobiles. D'autres utilisations peuvent inclure l'énergie pour les systèmes d'arrosage, les panneaux de signalisation, l'éclairage et les boîtes téléphoniques.

Les utilisations industrielles non-raccordées au réseau : L'utilisation d'électricité solaire pour approvisionner les endroits isolés est très courant dans le domaine des télécommunications, en particulier pour lier les zones rurales isolés avec le reste de la nation. Des stations de répéteurs PV ou de systèmes hybrides pour les téléphones portables ont aussi un très grand potentiel. Les signaux de circulation, les aides à la navigation marine, les téléphones de sécurité, l'éclairage des endroits isolés, les panneaux autoroutières et le traitement des eaux usées sont aussi des formes d'utilisation de ce système. Ces produits sont déjà compétitifs et permettent l'utilisation d'énergie dans des zones très éloignés des réseaux électriques, ce qui évite le coût élevé de l'installation de réseaux câblés.

Sources:
European Photovoltaic Industry Association: www.epia.org
European Solar Thermal Industry federation: www.estif.org