Les panneaux solaires
Les panneaux solaires
Un panneau solaire est un dispositif destiné à récupérer une partie de l'énergie du rayonnement solaire pour la convertir en une forme d'énergie (électrique ou thermique) utilisable par l'homme.Différentes méthodes [modifier]
On distingue deux types de panneaux solaires :
les panneaux solaires thermiques, appelés capteurs solaires thermiques, qui convertissent la lumière en chaleur récupérée et utilisée sous forme d'eau chaude ;
les panneaux solaires photovoltaïques, appelés modules photovoltaïques, qui convertissent la lumière en électricité. Le solaire photovoltaïque est communément appelé PV.
Dans les deux cas, les panneaux sont habituellement plats, d'une surface approchant plus ou moins le m² pour faciliter et optimiser la pose. Les panneaux solaires sont les composants de base de la plupart des équipements de production d'énergie solaire.
Les panneaux solaires thermiques sont actuellement plus rentables économiquement que les modules photovoltaïques grâce à un rendement élevé avoisinant les 80 % (voir capteur solaire thermique), cependant, l'énergie récupérée est pour l'instant utilisée essentiellement pour le chauffage de l'eau chaude sanitaire.
L'intérêt d'utiliser des panneaux solaires photovoltaïques apparaît vite lorsqu'on sait qu'une surface carrée de 344 km de côté (120 000 km²) pourrait couvrir la totalité des besoins mondiaux en électricité : le rendement d'une installation photovoltaïque étant estimé entre 15-17 % (en 2007 en Europe) soit 160 kWh/an/m² (ou 160 GWh/an/km²[2]) avec des besoins mondiaux estimés à 19 000 TWh (chiffre 2006; 16 000 TWh en 2004). Dans le cas de l'Europe des 27 (3 000 TWh), une surface de 137 km de côté (19 000 km²) suffirait, tandis que dans le cas de la France (500 TWh), il faudrait qu'elle ait 56 km de côté (3 100 km²).
D'une manière générale, on considère que la totalité de la surface des toitures existantes correctement exposées et couvertes de panneaux pourrait suffire à satisfaire la totalité des besoins mondiaux en électricité.
Pour estimer le potentiel de l'énergie solaire, il faut savoir que l'énergie émise par le soleil et reçue par la terre en environ une heure devrait permettre, si elle était récupérée en totalité, de pourvoir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant un an.
Qu’est-ce qu’un capteur solaire ?
Un capteur solaire est composé d’un absorbeur avec un tuyau en forme de serpentin, le tout inséré dans un boîtier qui fait effet de serre. Voir schémas d'un capteurs en marche.
Le chauffe-eau solaire est la principale utilisation des panneaux solaires thermiques du fait de sa rentabilité et de la faible évolution saisonnière des besoins d'eau chaude, souvent aussi important en été qu'en hiver. Les économies procurées permettent d'amortir l'installation bien avant sa fin de vie qui va bien au delà de 30 ans.
Dans les régions chaudes, les capteurs solaires utilisés sont souvent rudimentaires : un réservoir peint de couleur sombre, un long tuyau déroulé sur un toit.
L'énergie solaire captée dans la journée est stockée sous forme d'eau chaude dans un ballon de quelques centaines de litres (pour une maison).
Sous la latitude de Paris, une autonomie de plusieurs jours, en été, est possible avec une surface de capteurs suffisante (1 à 2 m² par personne), et un volume du ballon de l'ordre de 80 à 100 litres par utilisateur. Une animation d'un Capteur solaire
Afin de compenser les insuffisances d'ensoleillement, un appoint est nécessaire. On utilise dans la plupart des cas, pour la production d’eau chaude sanitaire, une résistance électrique raccordée au réseau, avec une régulation adaptée. Dans la mise en place d’installations plus importantes, il est possible de chauffer une maison en basse température et associer cette installation à une pompe à chaleur de dimension appropriée. C’est actuellement la meilleure solution et la plus écologique si elle est combinée à une bonne isolation du bâtiment
Panneaux solaires thermiques : les capteurs solaires
chauffe-eau solaire.Il existe deux types de panneaux solaires thermiques : les capteurs à eau et les capteurs à air.
Dans les capteurs thermiques « à eau », l'eau ou plus souvent un liquide caloporteur, (cf chauffe-eau solaire) circule dans des tubes munis d'ailettes en circuit fermé. Pour obtenir un meilleur rendement, l'ensemble est placé dans une boîte vitrée isolante afin d'obtenir un effet de serre. Avec un ensoleillement important, et si les besoins en eau chaude sont modérés, un simple réseau de tubes à ailettes peut suffire. Les ailettes, qui forment ce qu'on appelle l'absorbeur, sont chauffées par le rayonnement solaire et transmettent leur chaleur au liquide caloporteur qui circule dans les tubes. Les capteurs solaires à eau sont utilisés pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) dans un chauffe eau solaire individuel (CESI). C'est actuellement la solution la plus rentable en termes de solaire. Les systèmes solaires combinés (SSC) commencent à se développer. Ils ont pour objectif de produire de l'eau chaude sanitaire et de l'eau chaude destinée à participer au chauffage du logement. Ces systèmes permettent d'économiser de l'ordre de 350 kWh par an et par m² de capteurs .
Dans les capteurs thermiques « à air », de l'air circule et s'échauffe au contact des absorbeurs. L'air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans les habitats pour le chauffage ou dans des hangars agricoles pour le séchage des productions.
En France le « Plan Soleil », lancé en 2000 par l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) pour les chauffe-eau solaires et la production de chaleur, incite les particuliers à s'équiper en solaire grâce à des aides incitatives de l'État, des Régions, de certains Départements et de certains regroupements communaux[5].
Panneaux solaires photovoltaïques
Panneau solaire à Marla dans le cirque de Mafate, à la Réunion. Article détaillé : module solaire photovoltaïque.
Les panneaux solaires photovoltaïques regroupent des cellules photovoltaïques reliées entre elles en série et en parallèle.
Ils peuvent s'installer sur des supports fixes au sol ou sur des systèmes mobiles de poursuite du soleil appelés trackers, dans ce dernier cas la production électrique augmente d'environ 30 % par rapport à une installation fixe. La plupart des installations fixes se font actuellement plutôt sur les toîts des logements ou des bâtiments, soit en intégration de toîture, soit en surimposition. En ville, on commence à poser des panneaux verticaux en façade d'immeuble, cette inclinaison n'est pas optimum pour la production d'électricité, mais comme ces panneaux remplacent le revêtement de façade, l'économie réalisée sur le revêtement compense une production plus faible.
Les détracteurs de l'énergie photovoltaique disent qu'un panneau solaire photovoltaïque met entre 2 à 3 ans pour produire autant d'énergie qu'il en a fallu pour le construire en tenant compte de la chaîne complète depuis l'extraction des matières premières jusqu'à la fabrication, le transport et la pose. Cependant, ce chiffre ne semble pas étayé par un calcul scientifique. En 2004, le département Américain de l'Energie estimait cette durée à 4 ans maximum [6]. Du point de vue du bilan en CO², sur un cycle de vie de 20 ans, l'émission en gaz carbonique par Wh produit par un panneau photovoltaïque pourrait représenter 72% des émissions par Wh produit par une centrale thermique.
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