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[Energie solaire]

Mappy solaire
Ressources solaires
Un héliostat de la centrale solaire THEMIS.
Centrale solaire en Californie (SEGS - Kramer Junction).
Articles détaillés : rayonnement solaire, constante solaire et bilan radiatif de la Terre.
L'énergie solaire vient de la fusion nucléaire qui se produit au centre du Soleil. Elle se propage dans le Système solaire et dans l'Univers sous la forme d'un rayonnement électromagnétique de photons.
L'énergie solaire reçue en un point du globe dépend de :
l'énergie solaire envoyée par le Soleil (fluctuations décennales, saisonnières, et ponctuelles).
la nébulosité (nuages, brouillards, etc.), qui est importante à l'équateur et plus faible en milieu intertropical.
la latitude, la saison et l'heure, qui influent sur la hauteur du Soleil et donc sur l'énergie reçue au sol par unité de surface, ainsi que sur la nébulosité en fonction du climat local.
Globalement la Terre reçoit en permanence une puissance de 170 millions de gigawatt, dont 122 sont absorbés alors que le reste est réfléchi. L'énergie totale absorbée sur une année est donc de 3 850 zettajoules (1021 joules, ZJ) ; par comparaison, la photosynthèse capte 3 ZJ3, le vent contient 2,2 ZJ4, et l'ensemble des usages humains de l'énergie, 0,5 ZJ5 dont 0,06 ZJ sous forme d'électricité6.
Les zones désertiques situées sous les latitudes tropicales où la nébulosité est faible, sont les plus favorables à l'énergie solaire. Celles qui sont relativement proches de zones de consommation importantes dans les pays développés disposant de la technique requise pour capter l'énergie solaire, voient des réalisations de plus en plus importantes, comme dans le désert des Mojaves (Californie et Arizona) où se trouvent les plus grandes centrales solaires thermodynamiques au monde, notamment la centrale solaire SEGS d'une puissance totale de 354 MW7 et celle de Solana d'une puissance de 280 MW.
Techniques pour capter l'énergie solaire[modifier | modifier le code]
Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont constamment améliorées. On peut distinguer le solaire passif, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique.
Solaire passif[modifier | modifier le code]
Article détaillé : Énergie solaire passive.
La plus ancienne et certainement la plus importante, quoique discrète, utilisation de l'énergie solaire consiste à bénéficier de l'apport direct du rayonnement solaire, c'est-à-dire l'énergie solaire passive. Pour qu'un bâtiment bénéficie au mieux des rayons du Soleil, on doit tenir compte de l'énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, surface vitrée orientée vers le Sud etc.). L'isolation thermique joue un rôle important pour optimiser la proportion de l'apport solaire passif dans le chauffage et l'éclairage d'un bâtiment.
Dans une maison solaire passive, l'apport solaire permet de faire des économies d'énergie importantes. L'habitat passif désigne un bâtiment dont les dépenses d'énergie de chauffage sont réduites d'environ 80 % par rapport à une maison neuve construite selon les normes allemandes d'isolation thermique de 1995, normes déjà très exigeantes. L'énergie solaire passive permet donc de chauffer, tout ou partie, d'un bâtiment pour un coût proportionnel quasi nul, en tirant partie des conditions d'un site et de son environnement, selon les principes de l'Architecture bioclimatique.
Solaire thermique[modifier | modifier le code]
Le four solaire d'Odeillo.
Article détaillé : Énergie solaire thermique.
L'énergie solaire thermique consiste à utiliser la chaleur du rayonnement solaire. Ce rayonnement se décline de différentes façons :
en usage direct de la chaleur : chauffe-eau, chauffage solaire dont cuisinières et sécheuses solaires par exemple ;
en usage indirect, la chaleur servant pour un autre usage : rafraîchissement solaire, centrales solaires thermodynamiques, , etc..
Énergie solaire pour la cuisson des aliments[modifier | modifier le code]
Apparue dans les années 1970, la cuisine solaire consiste à préparer des plats à l'aide d'un cuiseur ou d'un four solaire. Les petits fours solaires permettent des températures de cuisson de l'ordre de 150 °C, les paraboles solaires permettent de faire les mêmes plats qu'une cuisinière classique à gaz ou bien électrique.
L'utilisation de l'énergie solaire pour la cuisson des aliments, au-delà d'être gratuite et abondante sur certaines zones géographiques, permet également de réduire la déforestation dans certains pays ou la cuisine au bois et au charbon est la norme. Elle permet par la même occasion la diminution des émissions de CO2 dans l'atmosphère, d'environ 4 tonnes de CO2 par an pour une famille africaine cuisinant au bois par exemple8.
Gâteau dans un four solaire Global Sun Oven.
Four solaire parabolique Alsol 1.4.
Cuisinière solaire modèle Scheffler : 16 m² et 3 kW de puissance nominale.
Four solaire de campagne (hauts-plateaux tibétains).
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Solaire mécanique[modifier | modifier le code]
Concerne les appareils qui transforment un rayonnement (chaleur) solaire en mouvement mécanique qui peut, soit servir directement, soit être transformé en électricité. Le point commun à toutes les techniques est la concentration de l'énergie solaire via des concentrateurs solaires (héliostats, miroirs, etc.)9.
Solaire thermodynamique[modifier | modifier le code]
La centrale solaire de THEMIS.
Le solaire thermodynamique est une technique solaire qui utilise le solaire thermique pour produire :
soit de l'électricité, sur le même principe qu'une centrale électrique classique (production de vapeur à haute pression qui est ensuite turbinée).
soit directement un travail mécanique en transformant un liquide en gaz10 ou en échauffant directement une partie du moteur comme dans le moteur Stirling.
Centrales solaires thermodynamiques[modifier | modifier le code]
Articles détaillés : Centrale solaire thermodynamique et Liste des centrales solaires thermodynamiques.
Une centrale solaire thermodynamique à concentration est un système qui concentre les rayons du soleil à l'aide de miroirs afin de chauffer un fluide caloporteur permettant de produire de l'électricité grâce à une turbine qui actionne un générateur d'électricité.
Solaire photovoltaïque[modifier | modifier le code]
Carte de radiation solaire en France.
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Article détaillé : Énergie solaire photovoltaïque.
À l'échelle plus locale des villes, des cadastres solaires établis avec des modèles 3D permettent d'optimiser le positionnement des panneaux solaires. Ainsi un « cadastre solaire » sera disponible pour tous les parisiens dès 201215.
Le terme « photovoltaïque » peut désigner le phénomène physique16 ou la technique associée. L'énergie solaire photovoltaïque est l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire par une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles dans un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque. L'installation solaire peut satisfaire, après transformation en courant alternatif, un besoin sur place (en association avec un moyen de stockage) ou l'électricité peut être injectée dans un réseau de distribution électrique (le stockage n'étant alors pas nécessaire).
Cette forme d'énergie reste encore quantitativement assez faible mais les progrès (le coût devrait fortement baisser dans les années à venir), sa simplicité et sa polyvalence devrait pouvoir répondre aux besoins en énergie électrique d'une maison (capteurs sur le toit) ou d'une industrie, contrairement aux autres formes d'énergie solaire qui ne produisent que de la chaleur.
La recherche[modifier | modifier le code]
La recherche mondiale actuelle dans le solaire porte surtout sur l'amélioration des systèmes (moins de perte d'énergie) et une baisse des coûts de l'équipement. Actuellement, 2 000 mégawatts sont en construction et 11 000 sont en projet17.[Quand ?]
Le plus grand projet en chantier en 2014 se trouve aux Etats-Unis, l'Empire Valley Project, qui devrait en principe atteindre 890 mégawatts. Commencé en 2012, les travaux devraient se terminer fin 2014.18
Dans l'espace, l'énergie des photons (vent solaire) pourrait être utilisée, par exemple pour propulser une voile solaire.
En France[modifier | modifier le code]
La recherche en France est surtout faite par le secteur privé, mais le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) et le Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE) LNE ont inauguré en novembre 2010 à Chambéry, Certisolis19 ; un laboratoire qui sera à la fois un lieu d'essais et de certification selon les standards internationaux NF EN 61215, NF EN 61646, NF EN 61730 et au regard des performances environnementales et énergétiques des modules photovoltaïques. Un trentaine de tests portent sur la production et la sécurité électriques (flash test ou simulateur pulsé, essais diélectriques et de tension, d'impulsion ou d'essais de foudre). Des essais climatiques et d'ensoleillement estiment les effets du vieillissement des modules, (en enceinte climatique, avec expositions au spectre solaire). Des tests mécaniques portent sur la résistance du module et du système de fixation.
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