Jusqu'à présent, les panneaux solaires étaient des dispositifs connus pour produire de l'électricité à partir de ressources renouvelables. Et si je vous disais qu'il existe d'autres moyens ? L'énergie solaire est convertie selon cinq méthodes différentes, dont les cellules photovoltaïques. Différentes méthodes de captage d'énergie solaire utilisent l'énergie thermique à des fins variées, allant du particulier au commercial et à l'industriel.
Qu’est-ce que la récupération d’énergie solaire ?
La récupération d'énergie solaire est une méthode permettant de produire de l'électricité à partir de chaleur et d'énergie solaire. Toutes les méthodes et techniques utilisent fondamentalement la lumière du soleil pour produire de l'énergie. La récupération d'énergie solaire réduit la dépendance aux combustibles fossiles pour la production d'électricité et est bénéfique à long terme. Les innovations permettent des méthodes et techniques de récupération d'énergie solaire plus efficaces. Outre ces méthodes, vous découvrirez les technologies de récupération d'énergie solaire utilisées, l'impact de la taille des panneaux solaires, ainsi que leurs avantages et inconvénients.
Quelles sont les différentes méthodes de récupération de l’énergie solaire ? Que sont les dispositifs de récupération d’énergie solaire ?
La récupération d'énergie solaire consiste à capter et à stocker l'énergie solaire rayonnée par le soleil. Cette énergie thermique et lumineuse est ensuite convertie en énergie électrique par une méthode appropriée. Il existe environ cinq méthodes différentes de récupération d'énergie solaire. Ces méthodes sont parfois appelées dispositifs de récupération d'énergie solaire.
1. Corps noirs
Vous savez que le noir absorbe la majeure partie de l'énergie thermique, et c'est une autre méthode de captation de l'énergie solaire. Le rayonnement électromagnétique du soleil, notamment son spectre infrarouge, est activement absorbé par la couleur noire. L'énergie solaire est ainsi convertie en énergie thermique. Les corps, récipients et dispositifs noirs sont capables d' absorber et d'émettre toutes les longueurs d'onde du spectre électromagnétique. Cette méthode est utilisée pour le chauffage des habitations et, plus couramment, pour le chauffage de l'eau à l'échelle industrielle.
2. Énergie thermique des sels fondus
Cette méthode de captage de l'énergie solaire utilise le rayonnement électromagnétique pour faire fondre du sel. Le sel fondu est transféré dans un échangeur de chaleur afin de chauffer de l'eau et de la transformer en vapeur. Cette vapeur actionne des turbines qui produisent de l'électricité. Des réservoirs isolés permettent une production d'énergie thermique stable, même par temps nuageux.
3. Panneaux solaires photovoltaïques
Il s'agit de la méthode la plus répandue pour convertir l'énergie solaire en électricité. Des panneaux solaires de différentes tailles sont utilisés à cet effet. La quantité d'énergie produite dépend du nombre de panneaux et de leur rendement . Des panneaux monocristallins ou polycristallins sont généralement utilisés, associés à des onduleurs et des batteries, pour assurer une production d'énergie après le coucher du soleil.
4. Chauffe-eau solaire
Ces chauffe-eau utilisent des panneaux solaires thermiques pour capter l'énergie solaire. Les régions ensoleillées ont recours à cette méthode. Le corps noir du chauffe-eau fonctionne comme un panneau photovoltaïque : sa surface noire absorbe efficacement l'énergie thermique. Une pompe fait circuler de l'eau froide dans le réservoir, laquelle absorbe la chaleur, refroidissant ainsi le réservoir et réchauffant l'eau.
Un autre système ne comporte pas de pompe ; il utilise la poussée d'Archimède créée par l'eau chaude. Dans ce cas, l'eau froide descend, l'eau chaude reste en surface et le débit est réduit. Ce phénomène est appelé thermosiphon.
5. Chauffe-eau solaire à tubes sous vide ou à tubes évacués
Il s'agit d'une autre méthode de récupération de l'énergie solaire, une version améliorée du chauffe-eau solaire traditionnel. Des tubes sous vide assurent l'entrée de l'énergie rayonnante dans le système tout en confinant l'énergie thermique. Cette énergie thermique est absorbée par des caloducs et transférée à de grands réservoirs d'eau. Grâce aux tubes sous vide, les pertes d'énergie thermique sont minimales et la quasi-totalité de l'énergie rayonnante absorbée est convertie en énergie thermique. Voyons maintenant en quoi consiste la technologie de récupération de l'énergie solaire.
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Qu’est-ce que la technologie de récupération d’énergie solaire ?
Les trois principales technologies de récupération de l’énergie solaire sont les suivantes :
1. Énergie solaire à concentration (CSP)
Cette technologie de captage de l'énergie solaire utilise la chaleur thermique (chaleur du soleil) pour actionner des turbines électriques à grande échelle. Des miroirs concentrent la lumière du soleil, qui actionne des moteurs à vapeur ou des turbines classiques et produit de l'électricité. Les concentrateurs paraboliques cylindriques, les moteurs à parabole, les réflecteurs linéaires compacts de Fresnel et les centrales à tour sont différentes méthodes d'application du principe de la concentration solaire.
a ) Creux parabolique
Ce système utilise des miroirs incurvés pour concentrer l'énergie solaire sur un tube récepteur placé au centre d'une cuve. Un fluide caloporteur à haute température, comme de l'huile synthétique, circule dans ce tube et absorbe l'énergie thermique jusqu'à atteindre une température de 400 °C (750 °F) ou plus. Cette chaleur est transmise à un échangeur de chaleur qui chauffe de l'eau pour produire de la vapeur. Des turbines à vapeur classiques se mettent alors en marche lorsque la vapeur les traverse. Les capteurs solaires individuels peuvent mesurer de 4,5 à 6 mètres de haut et avoir une longueur d'environ 90 à 135 mètres.
b) Moteur à vaisselle
La surface du réflecteur parabolique est recouverte de miroirs uniformément répartis qui captent l'énergie thermique en un point focal fixe. Un fluide caloporteur, comme l'hydrogène, est chauffé à 1200 °F (650 °C) dans le récepteur, ce qui actionne le moteur. Chaque réflecteur parabolique pivote autour de deux axes et suit la course du soleil tout au long de la journée.
c) Réflecteur Fresnel linéaire compact (CLFR)
Ce système utilise des miroirs courbes à concentration, associés à des miroirs plans économiques disposés en longues rangées parallèles. Des récepteurs surélevés concentrent l'énergie thermique et sont reliés à un système de tubes où circule l'eau. Grâce à cette technologie de captage de l'énergie solaire, l'eau est portée à ébullition par l'énergie thermique concentrée, et la vapeur ainsi produite est utilisée pour la production d'électricité et diverses applications industrielles.
d) Tour de puissance
Ce système utilise un récepteur central à haut rendement, capable de fonctionner à des températures élevées . Des héliostats (miroirs pilotés par ordinateur) captent l'énergie thermique tout au long de la journée et la concentrent sur le récepteur situé au sommet d'une haute tour. Cette énergie thermique chauffe un fluide caloporteur à plus de 540 °C (1 000 °F) pour produire de la vapeur qui alimente un générateur électrique central.
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2. Photovoltaïque (PV)
La lumière est directement convertie en électricité grâce à cette méthode. Les photons du soleil frappent et ionisent le matériau semi-conducteur des panneaux solaires, qui à leur tour brisent les liaisons atomiques des électrons et les font vibrer librement. La structure semi-conductrice force les électrons à se déplacer dans une direction, créant ainsi un courant électrique. Cependant, seul un certain pourcentage de lumière est absorbé, le reste étant réfléchi. D'autres types de technologies photovoltaïques sont le photovoltaïque intégré au bâtiment, les panneaux photovoltaïques à concentration et le photovoltaïque à couches minces.
a) Système photovoltaïque intégré au bâtiment (BIPV) : ce système produit de l’électricité pour une utilisation sur site ou peut être injecté dans le réseau. Il remplit une double fonction : produire de l’électricité et constituer le revêtement extérieur d’une structure.
b) Centrales photovoltaïques à concentration : Ce système est principalement utilisé dans les régions désertiques et emploie des miroirs et des lentilles pour concentrer l’énergie solaire sur des cellules à haut rendement. Un ensoleillement direct et un système de suivi solaire sont nécessaires à son bon fonctionnement.
c) Photovoltaïque à couches minces : Cette méthode est moins coûteuse que les autres et fait souvent l’objet de développements technologiques expérimentaux. Il s’agit d’un type de cellule solaire mince et moins efficace. Elle remplit la même fonction, mais à une vitesse de croissance plus lente.
3. Système de chauffage et de refroidissement solaire (SHC)
Cette technologie collecte l'énergie thermique pour chauffer l'eau et l'air, tout en fournissant de l'eau froide et de l'air. Le chauffage solaire de l'eau, le solaire photovoltaïque thermique et le chauffage solaire de l'air sont des méthodes différentes utilisées pour exploiter cette technologie.
a) Technologie de l'air solaire
Grâce à cette technologie de captation de l'énergie solaire, l'air des bâtiments commerciaux et industriels est chauffé, assurant ainsi le chauffage des locaux et le séchage des cultures. Le système est généralement fixé au mur, ce qui permet une absorption maximale du rayonnement solaire, notamment en hiver.
Sur un mur exposé au sud, des panneaux solaires perforés sont installés à plusieurs centimètres d'épaisseur pour créer une cavité d'air. L'air ambiant est prélevé du mur et chauffé à des températures comprises entre -30 °C et 100 °C par temps ensoleillé. Cet air chaud est acheminé vers le système de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) via un raccord.
b) Solaire photovoltaïque avec technologie thermique (PVT)
Un module de panneaux solaires photovoltaïques amélioré, installé sur le toit, permet de chauffer l'eau et de produire de l'électricité. Pour une production d'électricité optimisée, un capteur photovoltaïque thermique refroidit les composants photovoltaïques et fournit simultanément de l'énergie thermique. Capable de produire quatre fois plus d'énergie qu'un module photovoltaïque classique, ce système augmente la production d'électricité jusqu'à 20 % et peut être dimensionné de petite à grande échelle, voire industrielle.
c) Technologie de chauffage solaire de l'eau
Un ballon d'eau chaude, des tuyaux isolés et un capteur solaire constituent ses principaux éléments, associés à des commandes électroniques et à des systèmes de protection contre le gel pour les régions froides. La chaleur récupérée grâce à l'énergie thermique est transférée à l'eau potable qui alimente les ballons d'eau chaude. En complément, un chauffage d'appoint reste connecté au ballon d'eau chaude. Voyons ensuite l'impact de la taille des panneaux solaires sur la production d'énergie.
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Quel est l’impact de la taille des panneaux solaires sur la récolte d’énergie ?
L'impact de la taille des panneaux solaires sur la production d'énergie est directement lié à leur rendement. En effet, la taille des panneaux peut augmenter ou diminuer leur rendement, influençant ainsi la production d'énergie solaire. De même, un panneau solaire sale présente une surface réduite, ce qui peut également affecter la production d'énergie. Les paramètres déterminant le rendement sont les suivants :
1. Surface (densité) : Elle mesure la production d’énergie en watts par pied carré. Cela signifie que des panneaux de grande taille, avec une puissance plus élevée, produisent davantage d’énergie.
2. Cellule : L'efficacité d'une cellule se mesure également par sa puissance. Ainsi, plus il y a de cellules, plus l'efficacité est élevée et plus la production d'énergie solaire est importante.
3. Module : Il s’agit du rendement global des panneaux solaires ou du module. Un panneau avec un rendement de 15 % absorbe seulement 15 % de l’énergie solaire totale qu’il reçoit. Par conséquent, les modules solaires plus efficaces captent généralement davantage d’énergie.
Quels sont les avantages et les inconvénients des techniques de récupération d’énergie solaire ?
Après s'être familiarisé avec les méthodes de captation de l'énergie solaire, il est préférable d'en connaître les avantages et les inconvénients. Bien qu'elle soit une source d'énergie propre, ce qui constitue son principal atout , elle présente également certains inconvénients.
1. Avantages des techniques de récupération d'énergie solaire
- L’empreinte carbone est réduite grâce à une approche plus respectueuse de l’environnement.
- La technologie est avancée et mature avec de nouvelles innovations pour une meilleure efficacité.
- Producteur d'énergie durable
2. Inconvénients des techniques de captation de l'énergie solaire
- Pas totalement exempt de pollution car des gaz à effet de serre sont émis lors de la fabrication des panneaux solaires en silicium.
- Les fabricants dépendent d’autres pays pour leurs matières premières, ce qui entraîne de longues chaînes d’approvisionnement.
- Les panneaux lourds et rigides limitent les applications. L'espace et les coûts requis constituent également un inconvénient.
Les méthodes de récupération d'énergie solaire sont généralement utilisées à grande échelle, mais vous pouvez toujours opter pour une version plus petite pour votre maison ou votre bureau. Des options sont disponibles sur le marché. Par ailleurs, des dispositifs de récupération d'énergie solaire pour certaines méthodes sont facilement disponibles et installés pour un usage résidentiel. Cependant, chaque installation à petite échelle nécessite des panneaux solaires pour garantir un meilleur rendement énergétique.
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