Qu’est-ce que l’énergie solaire ?

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L’énergie solaire est une énergie provenant du soleil qui est convertie en énergie thermique ou électrique. L’énergie solaire est la source d’énergie renouvelable la plus propre et la plus abondante qui soit, et les États-Unis possèdent certaines des ressources solaires les plus riches au monde. Les technologies solaires peuvent exploiter cette énergie à des fins diverses, notamment pour produire de l’électricité, fournir de la lumière ou un environnement intérieur confortable, et chauffer de l’eau à des fins domestiques, commerciales ou industrielles.

Pourquoi l’énergie solaire est elle si intéressante ?

D’où vient l’énergie solaire ?

Chaque jour, le soleil rayonne (envoie) une énorme quantité d’énergie, appelée énergie solaire. Il rayonne plus d’énergie en un jour que ce que le monde utilise en un an. Cette énergie provient de l’intérieur même du soleil. Comme la plupart des étoiles, le soleil est une grosse boule de gaz composée principalement d’hydrogène et d’hélium. Le soleil produit de l’énergie dans son noyau interne au cours d’un processus appelé fusion nucléaire. Il faut un peu plus de huit minutes à l’énergie solaire pour parcourir les 93 millions de kilomètres qui la séparent de la Terre. L’énergie solaire voyage à la vitesse de la lumière, soit 299 mètres par seconde, ou 3,0 x 108 mètres par seconde. Seule une petite partie de l’énergie radiante visible (lumière) que le soleil émet dans l’espace atteint la Terre, mais c’est plus que suffisant pour répondre à tous nos besoins énergétiques. Chaque heure, suffisamment d’énergie solaire atteint la Terre pour répondre aux besoins énergétiques de la France pendant plusieures années !

Une ressource abondante et renouvelable

C’est pourquoi l’énergie solaire est considérée comme une source d’énergie renouvelable. Aujourd’hui, les gens utilisent l’énergie solaire pour chauffer les bâtiments et l’eau et pour produire de l’électricité. L’énergie solaire ne représente qu’un très faible pourcentage de l’énergie américaine – moins d’un pour cent. L’énergie solaire est surtout utilisée par les résidences et pour produire de l’électricité. Capteurs solaires Chauffer avec l’énergie solaire n’est pas aussi facile que l’on pourrait le croire. Il est difficile de capter la lumière du soleil et de la mettre à profit car l’énergie solaire qui atteint la Terre est répartie sur une grande surface. Le soleil ne fournit pas autant d’énergie à un endroit donné à un moment donné. La quantité d’énergie solaire reçue par une zone dépend de l’heure de la journée, de la saison de l’année, de la nébulosité du ciel et de la proximité de l’équateur. Un capteur solaire est un moyen de capter la lumière du soleil et de la transformer en énergie thermique utilisable. Une voiture fermée par une journée ensoleillée est comme un capteur solaire. Lorsque la lumière du soleil traverse les vitres de la voiture, elle est absorbée par les sièges, les parois et le plancher de la voiture. La lumière absorbée se transforme en chaleur. Les vitres de la voiture laissent entrer la lumière, mais elles ne laissent pas sortir toute la chaleur. Une voiture fermée peut devenir très chaude !

Solaire Photovoltaïque, Solaire Passif, Solaire Thermique : quelles différences ?

Il existe trois principaux moyens d’exploiter l’énergie solaire :

  • l’énergie photovoltaïque,
  • l’énergie solaire thermique – pour le chauffage de la maison
  • l’énergie solaire à concentration : centrale solaire thermique.

Les systèmes photovoltaïques génèrent de l’électricité directement à partir de la lumière du soleil par le biais d’un processus électronique et peuvent être utilisés pour alimenter n’importe quel appareil électronique, qu’il s’agisse d’une petite calculatrice ou d’un panneau de signalisation, d’une maison, d’une grande entreprise commerciale, ou d’une ferme solaire qui enverra l’électricité directement sur le réseau national.

Le solaire thermique utilise la chaleur générée par le soleil pour chauffer les locaux ou l’eau de votre réseau hydraulique de chauffage (comprenez vos radiateurs à eau ou votre plancher chauffant solaire) – voir votre eau chaude sanitaire.

Les système d’énergie solaire à concentration, utilisent elles aussi la chaleur générée par le soleil pour faire fonctionner des turbines productrices d’électricité traditionnelles via un système de concentration du rayonnement sur un circuit d’eau qui – se transformant en vapeur – monte en pression et actionne des turbines.

Comment utiliser l’énergie solaire ?

L’énergie solaire est une technologie énergétique très flexible : elle peut être construite sous forme de production distribuée (située sur ou près du point d’utilisation) ou sous forme de centrale solaire à l’échelle du service public (similaire aux centrales électriques traditionnelles). Ces deux méthodes peuvent également stocker l’énergie qu’elles produisent pour la distribuer après le coucher du soleil, grâce à des technologies solaires + stockage de pointe. L’énergie solaire s’inscrit dans un système électrique complexe et interdépendant aux États-Unis, et travaille aux côtés d’autres technologies comme l’énergie éolienne pour assurer la transition des États-Unis vers une économie d’énergie propre.

Toutes ces applications dépendent de cadres politiques favorables au niveau local, étatique et fédéral pour garantir aux consommateurs et aux entreprises un accès équitable aux technologies d’énergie propre comme le solaire.

Focus sur l’énergie solaire photovoltaïque

L’énergie photovoltaïque vient des mots photo, qui signifie lumière, et volt, une mesure de l’électricité. Les cellules photovoltaïques sont parfois appelées cellules PV ou cellules solaires en abrégé. Vous connaissez probablement les cellules photovoltaïques. Les jouets, les calculatrices et les cabines téléphoniques qui fonctionnent à l’énergie solaire utilisent tous des cellules solaires pour convertir la lumière du soleil en électricité. Les cellules solaires sont composées de silicium, la même substance que celle qui compose le sable. Le silicium est la deuxième substance la plus répandue sur Terre. Les cellules solaires peuvent fournir de l’énergie à tout ce qui est alimenté par des piles ou du courant électrique. L’électricité est produite lorsque l’énergie rayonnante du soleil frappe la cellule solaire, provoquant le déplacement des électrons en son sein. L’action des électrons fait naître un courant électrique. La conversion de la lumière du soleil en électricité se fait silencieusement et instantanément. Il n’y a pas de pièces mécaniques qui s’usent.

Les systèmes photovoltaïques peuvent être soit installés pour alimenter en électricité une petite surface (une maison, une ferme, de petites surfaces commerciales), soit pour produire de l’électricité ensuite réinjectée dans le réseau nationale (ferme solaire photovoltaïque, couverture des toits d’entrepôt, couverture des toits de parking…). Il faut noter que les simples panneaux solaires photovoltaïques ne sont pas suffisant en tant que tels car il produisent un courant continu. Pour transformer ce courant en courant alternatif (la norme en France – il faudra les équiper d’ondulateurs. Dans ce cas précis l’électricité produite est ensuite revendue à EDF Obligation – qui comme son nom l’indique est obligé de racheter cette énergie à un tarif fixe négocié avec le Gouvernement.

Focus sur l’énergie solaire thermique pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire

Le Solaire Passif : capter l’énergie du soleil sans appareils spécifiques

Le chauffage des locaux consiste à chauffer l’espace à l’intérieur d’un bâtiment. Aujourd’hui, de nombreuses maisons utilisent l’énergie solaire pour le chauffage des locaux. Une maison solaire passive est conçue pour laisser entrer autant de lumière solaire que possible. C’est comme un grand capteur solaire. Les rayons du soleil passent par les fenêtres et chauffent les murs et le sol à l’intérieur de la maison. La lumière peut entrer, mais la chaleur est piégée à l’intérieur. Une maison solaire passive ne dépend pas d’équipements mécaniques, tels que des pompes et des ventilateurs, pour chauffer la maison, contrairement aux maisons solaires actives. Une maison solaire active, quant à elle, utilise un équipement spécial pour capter la lumière du soleil. Une maison solaire active peut utiliser des capteurs spéciaux qui ressemblent à des boîtes recouvertes de verre. Ces capteurs sont montés sur le toit, orientés vers le sud pour profiter du soleil d’hiver. Des plaques métalliques de couleur foncée situées à l’intérieur des boîtes absorbent la lumière du soleil et la transforment en chaleur (le noir absorbe mieux la lumière du soleil que toute autre couleur). L’air ou l’eau chauds sont distribués dans la maison, comme ils le seraient avec un système de chauffage ordinaire. Fusion solaire Le processus de fusion implique le plus souvent des isotopes d’hydrogène se combinant pour former un atome d’hélium avec une transformation de la matière. Cette matière est émise sous forme d’énergie rayonnante.

Le solaire Thermique (ou héliothermique): des panneaux solaire pour chauffer l’eau de la maison.

Le solaire thermique ou énergie héliothermique – du grec helios : « soleil » et thermos : « chaud » – signifie logiquement produire de la chaleur avec le soleil. Dans ses applications courantes on l’utilisera via des panneaux qui captent cette chaleur pour chauffer de l’eau (chauffe-eau solaire) ou un mélange d’eau et d’antigel (panneaux solaires thermiques) qui sera ensuite utilisé via des échangeurs de chaleur – généralement en complément d’un autre dispositif comme une pompe à chaleur eau-eau.

Chauffe eau Thermique (Chauffe-eau solaire)

L’énergie solaire peut être utilisée pour chauffer l’eau. Le chauffage de l’eau pour le bain, la vaisselle et le lavage du linge représente le deuxième poste de dépenses énergétiques des ménages. L’installation d’un chauffe-eau solaire peut réduire votre facture de chauffage de l’eau jusqu’à 50 %. Le fonctionnement d’un chauffe-eau solaire ressemble beaucoup à celui du chauffage solaire décrit ci-dessous. Dans notre hémisphère, un capteur solaire est monté sur le côté sud d’un toit où il peut capter la lumière du soleil. La lumière du soleil chauffe l’eau dans un réservoir. L’eau chaude est acheminée vers les robinets de la maison, comme pour un chauffe-eau ordinaire.

Panneau solaires thermiques

Les panneaux solaires thermiques ou capteurs solaires héliothermiques sont des dispositifs montés sur votre toit qui absorbent la chaleur du soleil et l’utilisent pour chauffer l’eau, ensuite stockée dans un ballon. Ici on distingue le système avec celui que l’on vient de décrire avec le chauffe eau thermique car il est plus puissant : on disposera plus de panneaux thermiques sur la toiture et l’eau ainsi chauffée pourra être utilisée pour le circuit de chauffage de la maison. Le principe est donc de faire circuler un mélange d’eau et d’antigel (bah oui !) dans des panneaux qui vont concentrer la chaleur du soleil dessus. L’eau chaude ainsi accumulée est utilisée soit directement dans votre réseau de radiateur / eau chaude sanitaire; soit envoyée vers une pompe à chaleur eau/eau pour en augmenter la température et ensuite l’envoyer vers votre réseau de chauffage. L’économie dans le cadre des pompes à chaleur solaire est assez importante car l’effort que doit fournir la machine pour chauffer l’eau est en partie fait par les panneaux thermiques. La pompe consommera donc moins d’électricité.

Focus sur les centrale héliothermique: électricité solaire thermique

Comme les cellules solaires, les systèmes héliothermiques, également appelés fermes solaires thermiques, utilisent l’énergie solaire pour produire de l’électricité, mais d’une manière différente. La plupart des systèmes héliothermiques utilisent un capteur solaire avec une surface réfléchissante pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur qui chauffe un liquide. Le liquide surchauffé est utilisé pour produire de la vapeur afin de produire de l’électricité de la même manière que les centrales au charbon. Il existe des centrales CSP en Californie, en Arizona, au Nevada, en Floride, au Colorado et à Hawaï. Certaines des plus grandes installations CSP du monde sont situées en Californie. L’énergie solaire a un grand potentiel pour l’avenir. L’énergie solaire est gratuite, et ses réserves sont illimitées. Elle ne pollue pas et ne nuit pas à l’environnement. Elle ne peut pas être contrôlée par une seule nation ou industrie. Si nous parvenons à améliorer la technologie permettant d’exploiter l’énorme puissance du soleil, nous ne serons peut-être plus jamais confrontés à des pénuries d’énergie.

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