Qu’est-ce que l’énergie solaire
et comment est-elle utilisée
8 minutes et 20 secondes, c'est le temps que met en moyenne la lumière du soleil pour atteindre la Terre. Toutes les 50 minutes, le soleil fournit de quoi répondre à la consommation annuelle de la planète. Il est à la base de toutes les énergies sur Terre : l'énergie éolienne par exemple, fonctionne grâce au principe du déplacement des masses d'air provoquées par les rayons du soleil. Le soleil offre ainsi de grandes perspectives dans le secteur de l'énergie en termes de progrès économiques et écologiques.
Le soleil
Le Soleil est une fantastique "boule de feu" qui brûle depuis 4,55 milliards d’années. Elle est si grande et si chaude que, même si nous en sommes très éloignés, nous bénéficions encore de sa chaleur et de sa lumière. Imaginez plutôt : le Soleil est 1’300’000 fois plus gros que la Terre, et la chaleur dans son cœur peut atteindre 15 millions de degrés ! Heureusement, 150 millions de kilomètres nous séparent de cette formidable source d’énergie, et notre atmosphère nous protège de la puissance de ses rayons.
Un peu d’histoire :
Il y a très longtemps que l’Humanité a compris comment se servir du Soleil pour allumer un feu. Grâce à des miroirs, on peut concentrer en un point la puissance des rayons solaires. La chaleur devient alors si intense sur ce point que le feu démarre. C’est comme cela que, dans l’Antiquité, les Grecs allumaient la flamme olympique.
Au 17e siècle, un ingénieur français réussit à faire fonctionner une pompe grâce à de l’air chauffé par le Soleil. Deux cents ans plus tard, un physicien parisien découvre l’effet photovoltaïque : il est désormais possible de transformer la lumière du Soleil en électricité. Mais il faudra attendre un siècle encore pour que cette technologie fasse de réels progrès : c’est en cherchant à conquérir l’espace que les scientifiques ont le plus investi dans la maîtrise de l’énergie solaire.
L’utilisation de l’énergie solaire passe par ses deux composantes principales : sa chaleur et sa luminosité.
Les Panneaux solaires thermiques
Il consiste à utiliser la chaleur du rayonnement solaire :
En usage direct de la chaleur : chauffe-eau et chauffages solaires, cuisinières et sécheuses solaires ;
En usage indirect, la chaleur servant pour un autre usage : rafraichissement solaire, dessalement, etc.
De fait, elle est utilisée principalement pour le chauffage de l’eau ou des locaux. On utilise pour cela des capteurs thermiques. Il en existe plusieurs catégories, mais le principe est toujours le même : le capteur thermique absorbe les photons solaires et les transforme en chaleur. Celle-ci est ensuite transmise à un liquide ou à un gaz qui la transporte (le gaz est alors dit « caloporteur ») vers un réservoir de stockage de chaleur.
Les centrales solaires thermodynamiques
L’énergie thermique du Soleil permet également de produire de l’électricité par voie thermodynamique. Le principe est identique à celui d’une centrale électrique classique : la production de vapeur ou de gaz à haute pression est turbinée pour être ensuite transformée en électricité. Ce processus nécessite des températures importantes (de 250°C à plus de 1 000°C) que l’on atteint en concentrant la lumière solaire avec des miroirs vers un fluide caloporteur.
Parmi les technologies de concentration majeures, peuvent être citées :
Les centrales solaires cylindro-paraboliques avec concentration linéaire, équipées d’auges paraboliques ;
Les centrales solaires à miroirs de Fresnel avec concentration linéaire, équipées de lames de miroirs légèrement incurvées ;
Les centrales solaires à tour avec héliostats renvoyant le rayonnement sur le concentrateur ;
Les paraboles solaires Dish-Stirling avec une concentration ponctuelle, équipées d’un moteur Stirling (moteur à air chaud).
Elles permettent le stockage d'une partie de l'énergie sous forme de chaleur. Ce stockage permet de diminuer les conséquences de l'intermittence de la ressource solaire en permettant, par exemple, de continuer à produire de l'électricité après le coucher du soleil.
Les panneaux solaires photovoltaïques
Le terme « photovoltaïque » peut désigner le phénomène physique (découvert par Alexandre Edmond Becquerel en 1839), ou la technique associée. L’intérêt de cette technique est de convertir l’énergie du Soleil directement en électricité.
L'énergie solaire photovoltaïque est l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire dans une cellule photovoltaïque. Les cellules photovoltaïques sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs, comme le silicium, produits à partir d’une matière première de très grande pureté.
Cette forme d'énergie reste aujourd'hui quantitativement limitée ; on lui prédit néanmoins un grand avenir grâce aux progrès attendus, à la baisse des coûts, à sa simplicité et à sa polyvalence. Sans entretien et durable, pouvant fonctionner avec ou sans raccordement à un réseau, elle peut répondre aux besoins en énergie électrique d'une maison (capteurs sur le toit) ou d'une industrie.
La première application est apparue dans le domaine spatial pour les satellites. D’autres secteurs ont ensuite utilisé la technologie photovoltaïque, notamment les télécommunications, le balisage maritime et aérien, l’éclairage domestique et le pompage de l’eau. Mais comme le Soleil n’est pas visible en un point de la Terre 24 heures sur 24, cette application nécessite l’utilisation de batteries ou autres systèmes qui assurent le stockage de l’énergie en vue d’une consommation hors période d’ensoleillement.
L’énergie solaire, pour aujourd’hui et demain !
L’énergie solaire est souvent considérée comme l’énergie de l’avenir : elle est potentiellement inépuisable à échelle humaine, renouvelable et propre. L’enjeu économique est de taille dans un contexte où les prix du charbon, du gaz naturel et du pétrole sont amenés à augmenter avec la diminution irrémédiable à long terme de ces ressources. Ce fort potentiel couplé à la nécessité de réduire les gaz à effet de serre font de l’énergie solaire un axe de développement privilégié aujourd’hui.
La Commission européenne pour les énergies renouvelables s'est fixée pour objectif de porter la part de l'énergie solaire à 20 % dans le mix des énergies renouvelables, celles-ci devant elles-mêmes apporter 20 % de l'énergie en 2020 et 50 % en 2040.
