Dossier : Le solaire, énergie de demain

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Décryptages

Les deux formes du solaire, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique

L’énergie photovoltaïque transforme directement le rayonnement du soleil en électricité. Le solaire thermique capte sa chaleur. Des technologies diverses permettent d’utiliser cette énergie, aussi bien au niveau local que dans de grandes installations industrielles.

Installation photovoltaïque à Olivenza, en Espagne. © SUNPOWER CORP

Les deux formes de l’énergie solaire pour des utilisations variées

L’utilisation industrielle du solaire photovoltaïque a commencé en France en 1954

Au même titre que l’eau et l’air, le Soleil est à la base de la vie sur Terre, à laquelle il apporte chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... et lumière. Inépuisable, disponible, non polluante, l’énergie solaire fournit toutes les 50 minutes 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. Il l’utilise comme telle ou bien la transforme en énergie mécanique, puis en électricité. On parle alors de solaire thermodynamique.

Deux types d’installations très distincts en dérivent :

C’est cette grande flexibilité, cette puissanceEn physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... de grandes centrales solaires alimentant villes et industries, et en même temps cette capacité d’autonomie dans les zones rurales les plus isolées, qui font l’attractivité du solaire au sein des énergies renouvelablesOn appelle énergie renouvelable une source d'énergie dont le renouvellement naturel est immédiat ou très rapide....

L’effet photovoltaïque

L'effet photovoltaïqueL'effet photovoltaïque se traduit par la génération d'un courant électrique sous l'effet de l'impact de photons... (ou photoélectrique) 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'électronsLa matière est composée d'atomes. Un atome comporte un noyau formé de protons (particules de charge électrique positive) et de neutrons.... Pour provoquer ce déplacement, les photons (particules constitutives de la lumière) vont exciter les électrons périphériques de certains atomesL'atome est le constituant fondamental de la matière, la plus petite unité indivisible d'un élément chimique... d'éléments semi-conducteurs.

Dans la pratique, une cellule photovoltaïqueDispositif qui transforme l'énergie lumineuse en courant électrique. reçoit la lumière solaire et la transforme en électricité par le biais d’un semi-conducteurUn semi-conducteur est un matériau dont la capacité à conduire l’électricité (la conductivité), initialement faible, peut augmenter en fonction de certains facteurs..., le plus souvent du siliciumLes cristaux de silicium sont issus de la silice, principal composant du sable et du quartz. Le silicium est un matériau semi-conducteur.. Plusieurs cellules constituent un module photovoltaïque produisant un courant continu, ensuite transformé en courant alternatifLe courant alternatif est un courant électrique périodique qui change de sens deux fois par période... par un onduleur .

Les modules peuvent être utilisés dans des petites installations ou de grandes centrales.

Le thermique à basse température

50 minutes : le temps nécessaire au Soleil pour fournir la consommation annuelle des habitants de la planète.

La chaleur émise par le Soleil peut être utilisée directement. Il s’agit de dispositifs opérant à basse température (moins de 100 °C) pour les usages de l’habitat, du secteur tertiaire et de l’industrie. C’est aujourd’hui la part prépondérante du solaire dans le monde. (Voir le décryptage « Le solaire dans le mix énergétique mondial »)

On utilise des capteurs thermiques, destinés à absorber la chaleur solaire et à la restituer à un fluide caloporteurUn fluide caloporteur est un gaz ou un liquide chargé de transférer la chaleur d'un point A à un point B... 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.

Le thermique à concentration

La chaleur collectée à partir du rayonnement solaire peut également être utilisée pour fabriquer de l’électricité. On a alors recours à de vastes centrales au sol, appelées centrales thermodynamiques.

Elles sont dotées de dispositifs de miroirs qui concentrent les rayons solaires et les convertissent en chaleur à très haute température. Cette chaleur est transformée en énergie mécanique puis en électricité, selon un processus identique à celui des centrales nucléaires. 

Les capteurs thermiques Dans les utilisations les plus courantes, il s’agit de capteurs plans, qui comprennent un caisson isolant au-dessus duquel est fixée une vitre en verre ou en plastique. À l’intérieur, une feuille métallique noire absorbe la chaleur du Soleil emprisonnée dans le caisson. Cette chaleur est transmise à de l’air, de l’eau ou tout autre fluide caloporteur qui ne gèle pas. Un système de circulation le transporte au lieu d’utilisation. L’élévation de température par rapport à l’air ambiant peut atteindre +70 °C. Il existe aussi des capteurs non vitrés, dispositifs en caoutchouc ou en plastique, utilisés par exemple 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.