Energie solaire, rayonnement du soleil capable de produire de la chaleur, provoquant des réactions chimiques ou générant de l’électricité.
La quantité totale d’énergie solaire incidente sur Terre dépasse largement les besoins énergétiques mondiaux actuels et prévus. Si elle est correctement exploitée, cette source très diffuse a le potentiel de satisfaire tous les besoins énergétiques futurs.
Panneau solaire photovoltaique
Au cours du 21ème siècle, l’énergie solaire est destinée à accroître son attractivité en tant que source d’énergie renouvelable. Cette tendance découle de son approvisionnement inépuisable et de sa nature non polluante. Ce qui représente un contraste saisissant par rapport aux combustibles fossiles limités comme le charbon, le pétrole et le gaz naturel.
Cet article aborde les applications les plus innovantes de l’énergie solaire, mettant en lumière son potentiel dans divers domaines.
- Énergie Solaire : Analyse de la Lumière au-delà de l’Atmosphère Terrestre
- Énergie Solaire et Production d’électricité
- Énergie Solaire et Production thermique
- Autres applications
- Vous voulez passer au solaire ?
Energie Solaire : Analyse de la Lumière au-delà de l’Atmosphère Terrestre
Potentiel du rayonnement solaire
Le potentiel de l’énergie solaire est immense : la Terre reçoit chaque jour sous forme d’énergie solaire environ 200 000 fois la capacité mondiale totale de production d’électricité.
Le Soleil est une source d’énergie extrêmement puissante. Et la lumière du soleil est de loin la plus grande source d’énergie reçue par notre planète Terre.
Mais son intensité à la surface de la Terre est en réalité assez faible. Cela est essentiellement dû à l’énorme propagation radiale du rayonnement du Soleil lointain. Une perte supplémentaire relativement mineure est due à l’atmosphère terrestre et aux nuages, qui absorbent ou dispersent jusqu’à 54% de la lumière solaire entrante.
La lumière du soleil qui atteint le sol est constituée de près de 50% de lumière visible. Elle est constituée de 45% de rayonnement infrarouge et de plus petites quantités d’ultraviolets et d’autres formes de rayonnement électromagnétique.
Le rayonnement solaire peut être converti soit en énergie électrique soit en énergie thermique (chaleur), bien que la seconde soit plus facile à réaliser.
Energie Solaire et Production d’électricité
Conversion de l’énergie solaire en électricité
Le rayonnement solaire peut être converti directement en électricité par des cellules solaires (cellules photovoltaïques). Dans de telles cellules, une petite tension électrique est générée lorsque la lumière frappe la jonction entre un métal et un semi-conducteur (comme le silicium) ou la jonction entre deux semi-conducteurs différents.
Comment l’énergie solaire se transforme en électricité
La puissance générée par une seule cellule photovoltaïque n’est généralement que d’environ deux watts. Cependant, en connectant un grand nombre de cellules individuelles entre elles, comme dans les panneaux solaires, des centaines, voire des milliers de kilowatts d’énergie électrique peuvent être générés dans une centrale électrique solaire ou dans un grand réseau domestique.
L’efficacité énergétique de la plupart des cellules photovoltaïques actuelles n’est que d’environ 15 à 20%. Et, comme l’intensité du rayonnement solaire est faible au départ, des assemblages volumineux de ces cellules sont nécessaires pour produire de l’énergie solaire en grande quantité.
Utilisation des cellules photovoltaïques
Les petites cellules photovoltaïques sont largement utilisées dans des applications à faible consommation d’énergie, telles que les calculatrices et les montres.
Les unités plus grandes alimentent des pompes à eau, des systèmes de communication dans des zones reculées, ainsi que des satellites météorologiques et de communication.
Les panneaux classiques en silicium cristallin peuvent être installés par les propriétaires et les entreprises sur leurs toits pour remplacer ou augmenter l’approvisionnement électrique conventionnel. Les technologies émergentes, telles que les cellules solaires à couches minces et les systèmes d’énergie solaire intégrés aux bâtiments, offrent également cette possibilité.
Centrales solaires thermodynamiques
Les centrales solaires thermodynamiques (ou à concentration) utilisent des collecteurs de concentration ou de focalisation. Ces dispositifs permettent de concentrer la lumière du soleil reçue d’une large zone sur un petit récepteur noirci.
Ces centrales à concentration augmentent ainsi considérablement l’intensité de la lumière afin de produire des températures élevées. Les réseaux de miroirs ou de lentilles soigneusement alignés peuvent concentrer suffisamment de lumière solaire pour chauffer une cible à des températures de 2 000 °C ou plus. Cette chaleur peut ensuite faire fonctionner une chaudière. Cette chaudière, à son tour, génère de la vapeur pour une centrale électrique à turbine à vapeur.
Les miroirs mobiles peuvent être disposés pour concentrer de grandes quantités de rayonnement solaire sur des tuyaux noircis. L’eau circule à travers ces tuyaux et est chauffée pour produire directement de la vapeur.
Energie Solaire et Production thermique
Capteurs solaires pour le chauffage
Chauffe-eau solaire thermique
Les chauffe-eaux solaires plats sont des dispositifs couramment utilisés pour convertir l’énergie solaire en énergie thermique, principalement pour le chauffage. Ils sont composés d’une plaque de métal noirci recouverte de verre, chauffée par la lumière du soleil, une énergie solaire propre et renouvelable.
Cette chaleur est transférée à l’air ou à l’eau, appelés fluides porteurs, qui circulent derrière la plaque.
Ces capteurs sont largement utilisés pour les chauffe-eau solaires et le chauffage domestique.
Stockage et utilisation de la chaleur
La chaleur collectée peut être utilisée directement ou stockée pour une utilisation ultérieure. Les réservoirs isolés sont utilisés pour stocker l’eau chauffée pendant les périodes ensoleillées, permettant ainsi de fournir de l’eau chaude ou de chauffer les maisons même lorsque le soleil ne brille pas.
Les capteurs solaires peuvent chauffer les fluides à des températures allant de 66 à 93°C et leur efficacité varie de 20 à 80%, selon leur conception.
Bassins solaires et autres applications
Les bassins solaires sont des plans d’eau salée. Ils sont conçus pour collecter et stocker l’énergie solaire, une source d’énergie solaire inépuisable. Les bassins solaires permettent la production de divers produits industriels. Ils permettent également chauffer des serres, des piscines et des bâtiments d’élevage.
Parfois, ils sont utilisés pour produire de l’électricité grâce à des moteurs organiques à cycle de Rankine.
À une échelle plus petite, les fours solaires servent à cuire des aliments en concentrant la lumière du soleil sur un récipient noir pour générer de la chaleur, sans besoin de combustible supplémentaire.
Autres applications
Exploitation de l’énergie solaire pour des usages variés
À petite échelle, dans certains pays, l’énergie solaire permet de produire du sel à partir de l’eau de mer par évaporation, contrairement aux fins décrites ci-dessus.
De même, les unités de dessalement à energie solaire transforment l’eau salée en eau potable. Elles convertissent l’énergie du soleil en chaleur, directement ou indirectement, pour alimenter le processus de dessalement.
Utilisation de la technologie solaire pour la production d’hydrogène
La technologie solaire a également émergé pour la production propre et renouvelable d’hydrogène comme source d’énergie alternative.
Imitant le processus de photosynthèse, les feuilles artificielles sont des dispositifs à base de silicium qui utilisent l’énergie solaire pour diviser l’eau en hydrogène et oxygène, ne laissant pratiquement aucun polluant.
Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour améliorer l’efficacité et la rentabilité de ces dispositifs à usage industriel.
Vous voulez passer au solaire ?
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