Les deux formes du solaire, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique
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L’ transforme directement le rayonnement du soleil en . Le solaire thermique capte sa . Des technologies diverses permettent d’utiliser cette énergie, aussi bien au niveau local que dans de grandes installations industrielles.
© SUNPOWER CORP - Installation photovoltaïque à Olivenza, en Espagne.
Au même titre que l’eau et l’air, le soleil est à la base de la vie sur Terre, à laquelle il apporte et lumière. Inépuisable à l'échelle humaine, disponible, non polluante, l’énergie solaire fournit à la Terre et son atmosphère toutes les 50 minutes environ de quoi répondre à la consommation annuelle des habitants de la Planète. Le défi est de recueillir une part, même infime, de cette énergie calorique et rayonnante.
Deux grandes technologies ont été identifiées pour en tirer le meilleur profit :
- d’une part le solaire photovoltaïque, qui transforme directement le rayonnement du soleil en électricité grâce à des panneaux formés de cellules de semi-conducteurs,
- d’autre part le solaire thermique qui capte la chaleur du soleil. La chaleur collectée est utilisée comme telle ou bien transformée en , puis en électricité. Dans ce dernier cas, on parle de solaire thermodynamique.
Deux types d’installations très distincts en dérivent :
- des équipements individualisés, s’adressant aux particuliers ou à de petites collectivités. Des panneaux photovoltaïques permettent d’alimenter des équipements électriques tandis que des capteurs thermiques chauffent la maison ou l’eau chaude sanitaire ;
- de grandes unités, des « centrales solaires », qu’elles soient photovoltaïques, thermiques ou thermodynamiques, déployées sur des centaines d’hectares, produisent à grande échelle de l’électricité ou de la chaleur intégrable sur les réseaux.
C’est cette grande flexibilité, à la fois cette de grandes centrales alimentant villes et industries, et cette capacité de fournir localement de l’électricité ou de la chaleur, qui font l’attractivité du solaire, notamment dans les pays en développement où 1,3 milliard d'individus n'ont pas accès aux réseaux de distribution. Des villages isolés bénéficient ainsi de l’éclairage, du des eaux souterraines (eau potable, irrigation), de systèmes de télécommunications (radio, télévision, téléphone portable) et d’appareils électriques (réfrigérateur, machine à coudre, etc.).
Le solaire photovoltaïque
L' consiste à convertir de la lumière en électricité. Il a été découvert par le physicien français Edmond Becquerel en 1839 et a reçu une application industrielle à partir de 1954. Le principe ? Le courant électrique est un déplacement d'électrons. Pour provoquer ce déplacement, les photons (particules constitutives de la lumière) vont exciter les électrons périphériques de certains atomes d'éléments semi-conducteurs.
Dans la pratique, une reçoit la lumière solaire et la transforme en électricité par le biais d’un semi-conducteur, le plus souvent du . Plusieurs cellules constituent un module photovoltaïque produisant un courant continu, ensuite transformé en par un onduleur .
Les modules, assemblés en panneaux, peuvent être utilisés dans des petites installations ou de grandes centrales.
Le solaire photovoltaïque
L'effet photovoltaïque consiste à convertir de la lumière en électricité. Il a été découvert par le physicien français Edmond Becquerel en 1839 et a reçu une application industrielle à partir de 1954. Le principe ? Le courant électrique est un déplacement d'électrons. Pour provoquer ce déplacement, les photons (particules constitutives de la lumière) vont exciter les électrons périphériques de certains atomes d'éléments semi-conducteurs.
Dans la pratique, une cellule photovoltaïque reçoit la lumière solaire et la transforme en électricité par le biais d’un semi-conducteur, le plus souvent du silicium. Plusieurs cellules constituent un module photovoltaïque produisant un courant continu, ensuite transformé en courant alternatif par un onduleur .
Les modules, assemblés en panneaux, peuvent être utilisés dans des petites installations ou de grandes centrales.
Le solaire thermique
Le solaire thermique consiste à produire de la chaleur à partir des rayons du soleil et à utiliser celle-ci directement. Il s’agit de dispositifs opérant à basse température (moins de 100 °C) pour les usages de l’habitat et du secteur tertiaire (eau chaude sanitaire et chauffage) et pour les divers besoins de l’industrie. C’est aujourd’hui la part prépondérante du solaire dans le monde.
On utilise des capteurs thermiques, destinés à absorber la chaleur solaire et à la restituer à un qui circule vers les lieux d’utilisation. Différents types de capteurs vont des plus simples pour les usages domestiques aux plus sophistiqués pour les installations industrielles.
Dans les utilisations les plus courantes, il s’agit de capteurs plans, composés d'un corps noir absorbant le rayonnement solaire, d'un isolant thermique et d'une vitre assurant l' . L’élévation de température par rapport à l’air ambiant peut atteindre +70 °C. Il existe aussi des capteurs à air (pour le séchage agricole par exemple) et des capteurs non vitrés, en caoutchouc ou en plastique, utilisés notamment pour chauffer les piscines. Les capteurs sous vide sont adaptés aux applications industrielles nécessitant de hautes températures (nettoyage d’abattoirs, pasteurisation de conserves, etc.). Ils sont constitués de tubes en verre mis sous vide (pour une isolation thermique optimale). À l'intérieur, un récepteur (appelé absorbeur) capte l'énergie solaire et la transfère au fluide.
Le solaire thermodynamique
Il consiste à concentrer le rayonnement solaire (on parle d’énergie solaire concentré – ESC) à l’aide de collecteurs pour chauffer un fluide caloporteur (gaz, huiles, sels fondus…) à haute température. Il échange sa chaleur avec un réseau d‘eau, dont la vapeur fait tourner une turbine (énergie mécanique) qui produit de l’électricité.
La collecte du rayonnement solaire est assurée dans de grandes centrales composées de miroirs plans ou paraboliques, disposés sur de vastes espaces. La technologie est adaptée aux pays où le rayonnement est intense, par exemple les espaces désertiques.
Pour expérimenter l’énergie photovoltaïque en classe, vous pouvez retrouver 3 ateliers à réaliser avec vos élèves du cycle 4 ici.
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