Panneau solaire
Un panneau solaire fabriqué par BP SolarUn panneau solaire est destiné à récupérer une partie du rayonnement solaire pour le convertir en énergie solaire
On distingue essentiellement deux types de panneaux solaires :
les panneaux solaires thermiques qui convertissent la lumière en chaleur,
les panneaux solaires photovoltaïques qui la convertissent en électricité.
Les panneaux solaires thermiques atteignent aujourd'hui (2003) des rendements de 60%. Quant aux panneaux photovoltaïques, 1 m2 délivre une puissance d'environ 100 à 180 W.
En France le "Plan Soleil", lancé en 2000 par l'ADEME pour les chauffe-eau solaires et la production de chaleur, incite les particuliers à s'équiper en solaire grâce à des aides incitatives de l'etat.
Technologies des panneaux solaires
Panneaux solaires thermiques
Il existe deux types de panneaux solaires thermiques : les capteurs à eau et ceux à air.
Dans les capteurs thermiques hydrauliques, l'eau circule dans des tubes munis d'ailettes. Pour obtenir un meilleur rendement, l'ensemble est placé dans une boîte vitrée isolante afin d'obtenir un effet de serre. Avec un ensoleillement important, et si les besoins en eau chaude sont modérés, un simple réseau de tubes à ailettes peut suffir. Les ailettes, qui forment ce qu'on appelle l'absorbeur, sont chauffées par le rayonnement solaire et transmettent leur chaleur à l'eau qui circule dans les tubes.
Les premiers absorbeurs étaient peints en noir afin de capter un maximum d'énergie lumineuse. Mais la peinture noire a l'inconvénient d'avoir un rayonnement important, ce qui finit par échauffer la vitre et provoquer des pertes à travers celle-ci. C'est pourquoi on préfère utiliser des absorbeurs traités au chrome, ce qui donne un corps noir dont le rayonnement est beaucoup plus faible.
De nombreuses autres innovations techniques ont permis d'augmenter le rendement des panneaux thermiques, telles que des vitres qui laissent passer jusqu'à 95% de la lumière grâce à leur faible teneur en oxyde de fer ou des assemblages tubes-ailettes parfaitement solidaires réalisés par soudure aux ultra-sons...
Les capteurs solaires à eau servent à produire du chauffage et/ou de l'eau chaude sanitaire.
Dans le deuxième type de capteur thermique, c'est de l'air qui circule et qui s'échauffe au contact des absorbeurs. L'air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans les habitats pour le chauffage ou dans des hangars agricoles pour le séchage des productions.
Panneaux solaires photovoltaïques
Ces panneaux sont constitués d'un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles.
1re génération : les capteurs photovoltaïques sont à base de monocristaux de silicium encapsulés dans une enveloppe plastique.
2e génération : Les capteurs photovoltaiques sont à base de polycristaux de silicium, notablement moins coûteux à fabriquer mais qui ont aussi un rendement plus faible. Ces polycristaux sont obtenus par fusion des rebuts du silicium de qualité électronique.
Génération actuelle: les panneaux « étalés » sont réalisés avec du silicium amorphe au fort pouvoir énergisant et présentés en bandes souples permettant une parfaite intégration architecturale.
Les cinq plus grandes firmes fabriquant des cellules photovoltaïques se partagent 60% du marché mondial. Il s'agit des sociétés japonaises Sharp et Kyocera, des entreprises américaines BP Solar et Astropower, et de l'allemande RWE Schott Solar. Le Japon produit près de la moitié des cellules photovoltaïques du monde.
Utilisation des panneaux solaires
L'intérêt d'utiliser des panneaux solaires, apparaît vite lorsqu'on sait qu'en Belgique par exemple, l'énergie reçue par une surface au sol est de 1000 kWh/an/m2, dont 750 kWh reçus entre le 15 avril et le 15 octobre.
En règle générale, les modules photovoltaïques prouvent surtout leur utilité dans les endroits reculés voire enclavés, par exemple ceux qui ne sont pas connectés aux réseaux électriques. Mais les panneaux solaires photovoltaïques peuvent aussi être raccordés au réseau électrique, et assurer éventuellement une sécurisation de l'alimentation.
Les panneaux solaires thermiques sont employés sous toutes les lattitudes pour plusieurs utilisations : chauffage des piscines, chauffage de l'eau sanitaire, chauffage des locaux, climatisation solaire, ... Ils doivent être adaptés aux besoins de l'utilisation.
Solaire thermique
Le solaire thermique consiste à utiliser la chaleur du rayonnement solaire. Il se décline de différentes façons : centrales solaires thermodynamiques, chauffe-eau et chauffage solaire, rafraîchissement solaire, cuisinières et sécheurs solaires.
Centrales solaires thermodynamiques
Projet de recherche à Font-Romeu-Odeillo, FranceDans le domaine de la recherche industrielle, certains systèmes permettent de concentrer l'énergie solaire en un point précis qui peut alors atteindre une température considérable. Une production électrique est alors possible via des turbines à vapeur.
Des collecteurs paraboliques chauffant un fluide caloporteur circulant dans des tuyaux placés au niveau de leur foyer géométrique ont aussi été développés.
La solution la plus réaliste économiquement à l'heure actuelle, pour la production d'électricité solaire à l'échelle industrielle, consiste à chauffer un fluide caloporteur (eau, sels fondus, huiles synthétiques, ou directement vapeur) en y concentrant le rayonnement solaire. L'irrégularité propre de l'énergie solaire peut etre contournée, soit en stockant de la chaleur (avec un réservoir de fluide chaud) soit en hybridant les concentrateurs solaires avec une centrale thermique classique (la chaudière et la chaleur solaire nourrissant la meme turbine à vapeur).
La centrale de Mojave en Californie vers 1980, avait fait figure de projet pionnier. Quelque peu oubliée depuis, cette filière revient d'actualité (les inquiétudes sur le réchauffement climatique et sur les réserves d'hydrocarbures aidant), avec de nombreux projets pilotes dans une dizaine de pays.
La tour solaire de 1 000 mètres de hauteur, est l'un des projets les plus ambitieux de la planète pour la production d'énergie alternative. C'est une usine d'énergie renouvelable qui fournit la même puissance qu'un petit réacteur nucléaire tout en étant plus sûre et plus propre.
Un moteur Stirling relié à une génératrice peut aussi bien utiliser un système de concentrateurs paraboliques ou des capteurs plats à fluide caloporteur, selon son gradient thermique de fonctionnement.
Rafraîchissement solaire
Paradoxalement la chaleur du rayonnement solaire peut aussi être utilisée pour rafraîchir un bâtiment : on utilise dans ce cas des capteurs cylindriques sous vide dans lesquels circule un liquide caloporteur qui va être porté à haute température (100°C et plus). Ce liquide va transférer la chaleur via un échangeur à une solution chimique qui va se réchauffer et qui en se refroidissant va ensuite produire du froid. Ce procédé permet une climatisation écologique de bâtiments industriels ou d'habitations collectives.
Cuisinières et sécheurs solaires
Cuiseur solaireLes cuiseurs solaires sont très répandus en Chine et en Inde. Outre le cuiseur-boîte et le cuiseur à panneaux, des cuiseurs paraboliques ont été développés.
Une plaque de carton recouverte d'une feuille d'aluminium et découpée de façon à former une coquille permet déjà d'obtenir l'échauffement d'une marmite (de préférence noire) placée dans un sac en plastique transparent limitant les pertes en chaleur et en vapeur d'eau. Grâce à des systèmes de ce genre, de nombreux aliments peuvent être cuits, mijotés ou chauffés et de l'eau peut être bouillie. La pièce la plus fragile est le sac en plastique.
Des cuiseurs-boîtes avec un couvercle vitré ou un plastique rigide sont assez faciles à fabriquer avec des matériaux locaux (coquilles vides et sèches pour l'isolation thermique, etc).
Solaire passif
La plus ancienne 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, orientation vers le sud, surfaces vitrées, etc). L'isolation thermique jouent un rôle important pour optimiser la proportion de l'apport solaire passif dans le chauffage et l'éclairage d'un bâtiment.
Dans une maison solaire passive, l'apport solaire passif permet de faire des économie d'énergie importantes.
Aspect économique
L'énergie solaire a un coût proportionnel quasi-nul : une fois l'installation de l'appareil effectuée, l'énergie est produite par le Soleil, ce qui ne coûte rien. Il faut juste entretenir l'appareil, ce qui est relativement peu coûteux.
En revanche, et bien que des progrès soient faits dans ce domaine, le coût - financier mais aussi énergétique - de l'installation est assez élevé pour le photovoltaïque. Plusieurs pays (comme la France et l'Allemagne) ont donc mis en place des systèmes d'incitation financière (notamment fiscale : crédit d'impôts) à l'installation de panneaux solaires.
L'usage du solaire photovoltaïque se justifie plus aisément dans les situations où il est inconcevable économiquement d'installer un réseau de transport d'électricité (zones isolées).
Source: wikipedia
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