L'Énergie Solaire

    C'est la plus connue des énergies renouvelables même si elle reste encore peu développé à l'heure actuelle. Cette énergie fait directement appelle à l'énergie issue du soleil car elle utilise le rayonnement solaire atteignâant sur la Terre. L'énergie de ce rayonnement est voué à deux utilisations :


La production d'électricité :
les cellules photovoltaïques ou photopiles

Puce Principe de fonctionement
Puce Développement et utilisation

- Principe de fonctionement -

    Un système de production d'électricité à partir du rayonnement solaire peut-être divisé en deux parties : une partie qui sert à produire l'électricité et une autre à gérer et à transformer cette électricité.

La production se fait grâce des cellules photovoltaïques encore appelées panneaux solaires ou photopiles. Ces modules fournissent un courant irrégulier qui doit être transformer pour pouvoir être utilisé.

La transformation et la gestion se fait à l'aide de différents appareils tels que le régulateur, l'ondulateur et les bateries.

Il peut exister deux types d'installations :

le module ou panneau solaire:

    C'est l'objet principal qui permet la convertion du rayonnement en électricité. Il se présente sous la forme d'un cadre étanche (pour pouvoir résister aux intempéries) contenant les "plaques" de matériaux semi-conduteurs permettant l'effet photoélectrique (le plus souvent du Silicium).Le prinipe de fonctionnement est expliqué ci-dessous :

  Les plaques sont composées de 2 couches : l'une chargée négativement ( de type N ) et l'autre chargée positivement ( de type P ). En frappant le module le rayon lumineux libère les électrons situés près de la jonction entre les 2 couches. Attirés par la couche de type N, les électrons libres laissent des vides. Ces "trous" sont remplis par les électrons de la couche de type P. Ce déplacement produit un courant électrique.

Shéma du principe de fonctionnement d'une photopile.

Pour irradier cliquer ici :

Cliquer pour lancer l'animation
Atome neutre de la couche N
Anion de la couche N
Atome neutre supérieur de la couche P
Atome neutre du fond de la couche P
Irradiation de la plaque
L'életron passe de la couche P à la couche N
L'électron du fond de la couche P est capter par l'atome supérieur de la couche P
De nouveau l'életron passe de la couche P à la couche N
Suite à l'intensification du rayonnement l'électron passe de la couche N dans la borne négative
L'électron revient ensuite par la borne positive pour être capter par l'atome du fond de la couche P : un courant s'est créé
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Le régulateur :

    Il permet de réguler la charge des bateries de façon à ce qu'elles se chargent la journée et se déchargent la nuit. Il est indispensable dans une installation isolé.

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L'ondulateur :

    Il permet de convertir le courant continu le plus souvent de tension 12 Volt en courant alternatif de tension 220 V compatible avec EDF. Indispensable dans la plupart des installations surtout celles reliées au réseau.

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Les bateries :

    Elles permettent de stocker l'énergie emmagasinée pendant la journée ou pendant les périodes les plus productives pour la réstituer lors des périodes creuses.

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- Développement et utilisation de cette énergie-

    Malgrès le fait que les technologies mise en oeuvre dans les installations photovoltaïques soient connues et maîtrisées cette énergie est encore très peu développée car son coup reste élevé (étant donné son faible développement d'important système de production en série ne sont pas encore complétement mis en oeuvre). En Allemagne par exemple cette soure d'énergie est nettement plus développée.

En France :
  Une association pour le développement des énergies renouvelables, HESPUL (ancienne association PHEBUS ), pronne le développement d'installations reliées au réseau en organisant des regroupement entre particuliers et colletivités pour l'achat groupé des composants et pour l'obtention de subventions européennes, et en faisant pression sur EDF pour augmenter le prix de rachat du KiloWattHeure solaire.
Site de l'association : www.hespul.org
Mais le nombre de réalisation en France reste inférieur à quelques centaines ce qui semble dérisoir en comparaison avec l'énorme potentiel de cette énergie. On pense souvent que dans les régions du Nord l'ensoleillement n'est pas assez important mais c'est une idée reçue car même si le rendement ne sera pas aussi important dans le Nord que dans le Sud, la production d'énergie reste néanmoins importante et permet de réaliser d'importante économie d'énergie sur le long terme. Certe l'investissement au départ est important mais ensuite plus de facture d'électricité et on réalise le retour sur investissement pour une période d'environ 20 à 30 ans. Ensuite c'est tout bénéfice car, dans le cas d'une installation raccordée au réseau, il est même possible de faire des bénefices en revendant le courant à EDF. Mais il est préférable d'accompagner l'installation d'une centrale solaire d'une économie d'énergie (par exemple : lampes fluocompactes, appareils ménagers de classe A,...)

Exemple d'installations :
Toits de lotissement en Autriche
Toits solaires de lotissements en Autriche

Installation dans une ferme
Installation solaire dans une ferme

Champs de modules
Champ de module

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La production d'énergie thermique :
chauffe-eau solaire

      L'énergie issue du rayonnement peut aussi être transformée en énergie thermique et permettre le chauffage de l'eau l'été ou son préchauffage l'hiver.

Puce Principe de fonctionement
Puce Développement

- Principe de fonctionement -

    Tout le monde peut le vérifier tout simplement en laissant un tuyau d'arrosage au soleil l'été : l'eau qui sort du tuyau est chaude . C'est en optimisant ce phénomène que l'on obtient le principe des capteurs solaires thermiques.
L'installation est composée de capteurs solaires, d'un ballon échangeur, d'un système de régulation, et éventuellement d'une pompe dans le cas où les capteurs sont plus haut que le ballon échangeur.
Le système fonctionne avec 2 circuits :

Voici le schéma de principe d'une installation :

Schéma de principe d'une installation


Les capteurs :

Il est formé d'une plaque et de tubes métalliques noirs qui absorbent l'énergie solaire. Le liquide antigel est alors réchauffé en circulant dans les tubes.
Les capteurs se présentent sous forme de panneaux installés sur le toit ou dans un lieu exposé au soleil. Ils peuvent également être intégrés dans l'architecture du bâtiment.
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Le ballon échangeur :

C'est un ballon de stockage rempli d'eau à l'intérieur duquel il y a un serpentin dans lequel circule le fluide caloporteur qui réchauffe ainsi l'eau. Ce ballon sert également comme réserve d'eau chaude.
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Le système de régulation :

Il se compose de:

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- Développement et utilisation-

    Comme pour l'électricité, le développement de ce système est encore minime. Pourtant il peut aussi bien être installé directement sur des bâtiments neufs comme nouveau système, que sur des bâtiments déjà équipés d'un système traditionnel. Le ballon échangeur s'ajoute alors au ballon de stockage déjà présent, le régulateur gérant la distribution entre les deux systèmes.
La rentabilité est aussi bonne au Nord qu'au Sud car la température d'utilisation de l'eau est moins élevé au Nord qu'au Sud ainsi on a un rendement bien meilleur lorsqu'il s'agit de chauffer une eau de 5 à 25 ºC, que de 15 à 25 ºC.

Exemple d'installations :
Installation permettant le chauffage de l'eau d'une collectivité
Installation permettant le chauffage de l'eau d'une collectivité
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