Panneau solaire

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Posté par hal 07/04/2009 @ 13:09

Tags : panneau solaire, énergie solaire, énergie, environnement

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Panneau solaire

Panneau solaire à Marla dans le cirque de Mafate, à la Réunion.

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.

Le processus de fabrication des panneaux solaires est nocif en matière de réchauffement climatique, puisque cette fabrication nécessite l'utilisation de NF3, gaz 17 000 fois plus nocif que le CO2. La présence de ce gaz, non réglementé par le protocole de Kyoto, augmente de 11% par an (cf. lemonde.fr 23/12/2008).

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) 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.

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).

Il existe deux types de panneaux solaires thermiques : les capteurs à eau et les capteurs à air.

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.

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 . 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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Énergie solaire photovoltaïque

L'énergie solaire est particulièrement rentable dans les lieux isolés, par exemple ici dans le village de Grand Bassin (Île de la Réunion)

L'énergie solaire photovoltaïque est une forme d'énergie renouvelable permettant de produire de l'électricité par transformation d'une partie du rayonnement solaire grâce à une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre-elles sur un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque. Cette installation peut-être isolée et fonctionner « en ilot » en chargeant des batteries et répondant à des besoins locaux, ou alimenter un réseau de distribution électrique.

Le terme photovoltaïque désigne indifféremment le phénomène physique - l'effet photovoltaïque - et/ou la technologie associée.

Le principe de l'obtention du courant par les cellules photovoltaïques s'appelle l'effet photovoltaïque. Ces cellules produisent du courant continu à partir du rayonnement solaire, qui peut être utilisé pour alimenter un appareil ou recharger une batterie. De nombreuses calculatrices de poche utilisent l'énergie dite photovoltaïque.

Quand l'énergie nécessaire dépasse la quantité fournie par une seule cellule, les cellules sont regroupées pour former un module photovoltaïque, parfois désigné de manière ambigüe sous le terme de panneau solaire. De tels modules ont été dans un premier temps utilisés pour alimenter des satellites en orbite, puis des équipements électriques dans des sites isolés ou sur des bateaux ou véhicules. Une baisse des coûts de production a ensuite élargi le champ d'application de l'énergie photovoltaïque à la production d'électricité sur les réseaux électriques.

Sur terre, l'énergie solaire moyenne en pleine exposition reçue par 1 m² de panneaux exposés en plein soleil est de 1 kW, alors que dans l'espace la constante solaire est de 1,367 kW/m². Malgré son nom la constante solaire n'est pas vraiment constante puisque l'activité solaire n'est pas elle-même constante.

Les pertes occasionnées lors de la traversée de l'atmosphère par la lumière est telle que l'énergie qui arrive au sol sur terre est plus faible et de l'ordre moyen de 1 kW/m² au midi vrai. C'est cette valeur qui est communément retenue pour les calculs. En laboratoire pour déterminer le rendement d'une cellule ou d'un panneau solaire, une source d'énergie solaire artificielle de 1 kW/m² est également utilisée. Au final, l'énergie qui arrive au sol dépend de l'inclinaison du soleil donc de l'épaisseur de l'atmosphère à traverser et de sa nébulosité.

Alors que cette question peut être étudiée plus en détail sur le site de l'Institut de l'énergie solaire (INES), le nombre d'heures d'équivalent plein soleil concerne plus particulièrement le producteur d'électricité photovoltaïque.

En effet, un panneau solaire n'est qu'exceptionnellement exactement face au soleil puisque la terre tourne sans arrêt et que l'inclinaison du soleil par rapport au panneau évolue en permanence. Au cours d'une journée sans nuage la production électrique du panneau varie également en permanence en fonction de la position du soleil et n'est jamais à son maximum sauf au bref passage du plein midi. La production en fin de journée est donc une somme de productions partielles. Par temps couvert, donc en l'absence de soleil, la luminosité ambiante, alors que le soleil est caché, permet quand même une toute petite production électrique, et ces petites productions additionnées finissent par faire des kWh. En fin d'année à partir du total de la production électrique on obtient le nombre d'heures d'équivalent plein soleil de l'année qui n'a rien à voir avec le nombre d'heures d'ensoleillement au sens météo.

Le nombre d'heures d'ensoleillement vu par les services météo ou les climatologues n'est pas de la même nature. Soit il y a du soleil soit il n'y en a pas. On constate que Rouen est située sur la ligne des 1750 heures d'ensoleillement par an, alors que le nombre d'heures d'équivalent plein soleil y est proche de 1100 heures.

Il faudrait aussi tenir compte de l'albédo du sol, c'est-à-dire de son pouvoir de réflexion de la lumière. Lorsqu'une installation est environnée de neige par exemple, donc d'un environnement très réflexif, la production d'une installation augmente parce qu'elle récupère une petite partie de la lumière réfléchie par la neige alentour. Mais cette variable n'est pas facile à quantifier et se trouve, de fait, incluse dans le nombre d'heures d'équivalent plein soleil.

Avant de s'équiper en panneaux photovoltaïques, il est intéressant de savoir ce qu'on peut en tirer au lieu géographique concerné. Pour cela, la Communauté Européenne a mis en ligne un logiciel gratuit qui permet à tout citoyen de l'Union où qu'il se trouve dans la Communauté de connaître la production d'électricité annuelle en kWh dont il bénéficiera. Après quelques essais pour se familiariser avec ce logiciel, on découvre qu'à Liège on peut obtenir 840 kWh/kWc/an, Hambourg 870, Colmar 940, Rouen 950, Munich 950, Arcachon 1100, Chamonix 1110, La Rochelle 1140, Agen 1150, Montélimar 1280, Perpignan 1290, Eraklion Crête 1310, Madrid 1400, Cannes 1465, Séville 1470, Malte 1480, Faro Portugal 1550.

Depuis plusieurs années, les installations de panneaux photovoltaïques sont accélérées par des programmes nationaux offrant des incitations financières telles que des tarifs de rachats bonifiés de l'électricité produite pour le réseau public, notamment en Allemagne, Japon, Espagne, É.-U., Australie, France et dans d'autres pays (mais souvent à des conditions particulières).

En 2006, les nouvelles installations solaires photovoltaïques ont représenté, dans le monde, une puissance de 1500 MW, portant la totalité des installations mondiales à 6700 MW . Le Japon (1750 MW), l'Allemagne (3063 MW) et les États-Unis (610 MW) représentent ensemble 81 % du marché mondial. Les installations connectées aux réseaux (sans stockage de l'électricité) représentent la majorité des nouvelles installations.

Le développement du solaire photovoltaïque a eu pour origine l’électrification des sites isolés et non raccordés au réseau, mais également l'alimentation de matériel mobile. Cette nécessité a permis à la filière naissante de faire année après année des progrès en termes de prix de revient du kWh produit et de rendement des panneaux.

La production d'électricité solaire est sujette aux aléas de l'ensoleillement et n'est pas régulière. Les périodes de production ne coïncident pas avec les périodes de consommation et la nuit, la production est nulle mais pas les besoins. Dans les sites isolés et non connectés au réseau, on stocke l'énergie dans des batteries pour pallier cet inconvénient. Mais c'est un investissement supplémentaire et non négligeable en termes de coût et d'entretien. Dans ce cas particulier, le surcoût est acceptable en comparaison du prix qu'il aurait fallu mettre dans l'installation d'une nouvelle ligne électrique.

Le développement actuel du solaire photovoltaïque, n’est plus motivé par les besoins des sites isolés sauf dans quelques pays comme l’Inde. La motivation actuelle est due à l’épuisement prévisible des énergies non renouvelables comme le pétrole , le gaz, le charbon. Depuis peu, médiatisation aidant, une prise de conscience est en cours et le photovoltaïque raccordé au réseau apparait comme l'une des solutions.

Pour faire face aux problèmes énergétiques et écologiques à venir, il convient donc de mettre en œuvre plusieurs politiques : économiser l’énergie, augmenter l’efficacité énergétique, promouvoir et développer rapidement des énergies de remplacement, communément appelées les « nouvelles énergies renouvelables » (donc hors l’hydroélectricité et hors bois), dont le solaire photovoltaïque fait partie.

Cependant la multiplication de centrales photovoltaïques peut poser des problèmes de gestion du réseau. Pour cela, les systèmes de stockage d'électricité qui permettront de différer son utilisation au moment où l'on en a besoin restent à inventer. En effet, les batteries existantes ne sont pas adaptées (trop chères, trop polluantes, trop courte durée de vie).

L’Allemagne a un programme de développement actif de l’éolien et du solaire photovoltaïque. Ce pays est devenu le 1er mondial dans ces 2 filières. Alors que la production d’électricité renouvelable était de 8,5 % de sa production électrique en 2003 et de 14% en 2007, la prévision pour 2008 est de 15,5 % . Pour ce pays le problème du stockage d'énergie électrique va bientôt devenir crucial.

Les cinq plus grandes firmes fabriquant des cellules photovoltaïques se partagent 60 % du marché mondial. Il s'agit des sociétés japonaises Sharp et Kyocera, des entreprises américaines BP Solar et Astropower, et de l'allemande RWE Schott Solar. Le Japon produit près de la moitié des cellules photovoltaïques du monde, mais c'est en Chine que la grande majorité des panneaux sont assemblés.

Le Japon est lui-même un des plus grand consommateur de panneaux solaires, mais largement dépassé par l'Allemagne .

La cible de 1 $ par Wc (au niveau des cellules) correspond à un prix de 0,1 $ par kWh (Cf. infra), qu'il faut rapporter au prix actuel du kWh à la consommation par les sources classiques (nucléaire, charbon, gaz, ...) : environ 0,1€ TTC en France (un des moins cher, voire le moins cher du monde), 0,25 $ au Japon, etc. Le prix cible est donc celui qui rend la solaire photovoltaïque compétitif et même susceptible de rendre inutile les sources fossiles et nucléaires, voire les réseaux de distribution classique, sous réserve de disposer des surfaces nécessaires pour le déployer.

Le prix du kWh produit par un équipement solaire dépend surtout des frais d'investissement et de l'insolation ; pour une installation domestique telle que celle retenue dans les incitations fiscales française (3 kW, produisant 3000 kWh/an, et ayant coûté 6 €/W), le kWh coûte 60 centimes ; il descend à 40 centimes si on obtient 4500 kWh/an (zone bien ensoleillée, comme en Corse par exemple).

Calculer un prix nécessite de faire des hypothèses sur les taux d'intérêts, les futurs frais de maintenance (dont ceux de personnel, donc des gains de pouvoir d'achat et de productivité), de combustible, les durées d'utilisation de l'équipement, etc.

Chaque étude peut faire ses propres hypothèses et les résultats peuvent varier, néanmoins ces variations restent légères et quasiment sans impact sur le classement comparatif des énergies.

La comparaison peut en outre tenir compte du fait que la production photovoltaïque peut se faire directement au niveau du consommateur, ce qui permet de s'affranchir des frais et pertes de distribution, commercialisation, etc. Ces frais sont importants, puisqu'ils expliquent la différence entre le prix du kWh à la production (3 à 4 centimes pour les moins chers : centrale nucléaire, turbine à gaz à cycle combiné, centrale à charbon à lit fluidisé) et les prix au niveau du consommateur (10 à 15 centimes, voire plus, selon le pays).

De toutes les énergies renouvelables, le kWh photovoltaïque est de loin le plus cher (20 à 25 centimes pour une centrale et environ 40 centimes pour une bonne installation individuelle en France, contre 7 à 8 pour l'éolien par exemple).

Si on cherche à se projeter dans l'avenir, on s'attend à une hausse du prix de l'électricité fossile et nucléaire (hausse du prix du combustible à cause du rapprochement du pic de production, taxe carbone, nouvelles exigences de sureté et retraitement nucléaire, ...) et une baisse du prix de l'énergie photovoltaïque (progrès technologique, économies d'échelle suite à la hausse des volumes). Néanmoins, il faudrait une division du prix par 4 ou 5 pour rendre le photovoltaïque compétitif. Les autres énergies renouvelables et notamment le solaire thermodynamique (centrale solaire thermodynamique) restent actuellement moins chères. La seule énergie plus chère que celle du photovoltaïque est actuellement celle des piles électriques, d'autant qu'il est très facile d'implanter un petit capteur photoélectrique sur les petits appareils qui utilisent cette source : c'est la raison pour laquelle les modules sont si répandus dans les calculettes, montres, gadgets, balances, télécommandes, etc...

Heureusement pour elle, la technologie photovoltaïque présente des possibilités de réduction de coûts beaucoup plus grandes que toutes les autres. De plus, il faut tenir compte des économies si elle remplit une seconde fonction (toiture, brise soleil, ...), et des économies sur le réseau électrique qui pourraient être permises par une installation décentralisée. Ces facteurs donnent une chance à cette technique, et expliquent qu'elle bénéficie d'incitations gouvernementales qui lui permettent de se développer en dépit de coûts plus importants que toutes les autres.

En 2007 les installations ont cru de 40 % par rapport à celle de 2006. La prévision mondiale pour 2008 est de 13 500 MW.

La recherche est très active dans le domaine du solaire photovoltaïque. Les prix diminuent constamment et les rendements progressent.

En 20 ans, les rendements sont passés de 15 % à 42,8 % (septembre 2007) dans les laboratoires. Ce dernier chiffre est obtenu par un consortium (associant, entre autres, des chercheurs de l'Université du Delaware, de l'institut technologique de Géorgie, de l'Université de Rochester et du MIT). Les rendements des systèmes disponibles commercialement sont quant à eux passés de 5 % à 22 %.

La technologie basée sur le silicium a un développement comparable à celui de l'industrie des semiconducteurs. Quelques sociétés actives dans ce domaine, comme Sharp, sont aussi actives dans le photovoltaïque, mais de plus en plus de nouveaux entrants affichent leurs ambitions dans ce secteur de croissance.

Récemment, deux chercheurs japonais de l'université Toin de Yokohama - Tsutomu Miyasaka et Takurou Murakami - ont conçu un capteur révolutionnaire capable de stocker l'énergie solaire sans batterie. Ce dispositif nommé photo-condensateur promet une nette simplification des installations photovoltaïques. Selon ses concepteurs, ce capteur serait deux fois plus performant que les capteurs classiques à base de silicium et pourrait donc fonctionner avec une lumière de faible intensité, comme à l'intérieur d'un bâtiment ou par temps voilé. Un autre domaine de recherche est celui de l'intégration des composants photovoltaïques dans les éléments de construction, ce qui diminue fortement le coût global (tuiles, panneaux de toiture, vitrages, façades, etc) et améliore l'architecture du bâtiment.

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Énergie solaire

Une laverie automatique fonctionnant grâce à l'énergie solaire.

L'énergie solaire est l'énergie du Soleil par son rayonnement, directement ou de manière diffuse à travers l'atmosphère.

Dans l'espace, l'énergie des photons peut être utilisée, par exemple pour propulser une voile solaire.

Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau, du vent et de la photosynthèse créée par le règne végétal, dont dépend le règne animal via les chaines alimentaires. L'énergie solaire est donc à l'origine de toutes les énergies sur Terre à l'exception de l'énergie nucléaire, de la géothermie et de l'énergie marémotrice.

L'Homme utilise l'énergie solaire pour la transformer en d'autres formes d'énergie : énergie alimentaire, énergie cinétique, énergie thermique, électricité ou biomasse. Par extension, l'expression « énergie solaire » est souvent employée pour désigner l'électricité ou l'énergie thermique obtenue à partir de cette dernière.

L'énergie solaire provient de la fusion nucléaire d'atomes (ou plutôt de noyaux d'atomes) d'hydrogène qui se produit au cœur du Soleil. Elle se propage dans le système solaire et dans l'Univers sous la forme d'un rayonnement électromagnétique — de photons — selon la théorie corpusculaire.

La Terre est illuminée par le Soleil en permanence. L'une des deux faces du globe terrestre se trouve privé d'énergie solaire — pendant la nuit — en raison de la rotation de la Terre. La puissance solaire reçue en un point du globe varie en fonction de l'heure de la journée, de la saison et de la latitude du lieu considéré.

Le désert des Mojaves dans le sud-ouest des États-Unis est l'une des régions du monde les plus ensoleillées, elle possède une centrale solaire d'une puissance totale de 354 MW.

L'énergie solaire photovoltaïque est l'électricité produite par transformation d'une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre elles sur 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 alimenter un besoin sur place (en association avec un moyen de stockage) ou être injectée, après transformation en courant alternatif, dans un réseau de distribution électrique (le stockage n'étant alors pas nécessaire).

Le terme photovoltaïque peut désigner soit le phénomène physique, l'effet photovoltaïque découvert par Antoine Becquerel en 1839, ou la technologie associée.

Le solaire thermodynamique est une technique solaire qui utilise le solaire thermique pour produire de l'électricité, ou éventuellement directement du travail mécanique (le terme solaire mécanique est alors employé), sur le même principe qu'une centrale électrique classique (production de vapeur à haute pression qui est ensuite turbinée).

La plus ancienne 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, orientation vers le sud, surfaces vitrées, 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 passif permet de faire des économies d'énergie importantes.

Dans les bâtiments dont la conception est dite bioclimatique, l'énergie solaire passive permet aussi de chauffer tout ou partie d'un bâtiment pour un coût proportionnel quasi nul.

Sur le long terme, les prix du charbon, du gaz et du pétrole augmentent avec l'épuisement de la ressource. Le solaire apporte une source inépuisable d'énergie et la commission européenne pour les énergies renouvelables prévoit que l'énergie solaire représentera une part de 20 % dans les énergies renouvelables, celles-ci devant apporter 20 % de l'énergie en 2020 et 50 % en 2040.

Les investissements initiaux nécessaires à l'équipement en panneaux solaires restent encore bien souvent rédhibitoires. La tendance actuelle est une utilisation moindre du silicium pour réduire les coûts, l’utilisation de toits en acier et la recherche sur les méthodes de stockage d’énergie des plantes. Les recherches se concentrent donc dans cette direction.

Le système du tiers investisseur s'applique également à l'installation de panneaux solaires, mais uniquement pour de vastes toitures comme pour des églises ou des hangars agricoles. Ce système permet au propriétaire de voir le coût de l'installation entièrement à la charge d'un tiers qui revend l'électricité produite .

Les systèmes de production d'énergie solaire ont un coût proportionnel quasi nul : une fois l'installation de l'appareil effectuée, l'énergie est produite par le Soleil, ce qui ne coûte rien. Il faut cependant tenir compte des coûts d'investissement et de l'entretien de l'appareil.

L'usage de panneaux solaires thermiques se justifie pour produire de l'eau chaude sanitaire à moindre coût. Une fois l'installation réalisée, l'entretien est très peu coûteux et permet de faire des économies substantielles de combustible fossile ou d'électricité.

En revanche, pour le solaire photovoltaïque, le coût de l'installation est assez élevé, bien que la recherche progresse dans ce domaine. Plusieurs pays (comme la France et l'Allemagne) ont donc mis en place des systèmes d'incitation financière (notamment fiscale : crédit d'impôt) à l'installation de panneaux solaires.

L'usage de système de production d'énergie solaire se justifie aussi dans les situations où il est très coûteux d'importer des combustibles fossiles ou de transporter de l'électricité, comme dans des zones isolées ou peu peuplées. En France, l'électrification de nombreux refuges en montagne et de villages isolés en Guyane a été réalisée par un champ solaire photovoltaïque, parfois couplé à un groupe électrogène d'appoint.

Augustin Mouchot commence à s'intéresser à l'énergie solaire en 1860. En 1873, une subvention du conseil général de Tours lui permet de construire un four solaire de 4 m2 qu'il présente à l'Académie des sciences en octobre 1875. En 1877, une subvention du conseil général d'Alger lui permet de construire sur le même principe un « grand appareil de 20 m2 » qui reçoit une Médaille d'Or à l'Exposition universelle de 1878. En août 1882, lors de la Fête de l'Union française de la jeunesse, Abel Pifre utilise un récepteur solaire d'Augustin Mouchot pour actionner une machine à vapeur qui lui permet de tirer un journal.

Il y a une vingtaine d'années apparaissait la calculatrice de poche solaire. Quelques cellules photovoltaïques y remplaçaient avantageusement les piles électriques, toxiques pour l'environnement. Aujourd'hui, des magasins dédiés à l'écologie, mais aussi des enseignes plus grand public, proposent de nombreux objets fonctionnant à l'énergie solaire : torches, lampes de jardin, radioréveils, mobiles animés, montres... Preuve que l'énergie solaire séduit les consommateurs par l'image "verte" qu'elle véhicule. Son autre atout est son côté nomade : des chargeurs solaires permettent désormais d'alimenter en électricité, où que l'on se trouve, un téléphone mobile, un GPS ou un ordinateur portable. Pour les voyageurs au long cours, il existe même des sacs à dos équipés de capteurs solaires. Certains imaginent des vêtements également dotés de cellules photovoltaïques, pour y brancher directement son baladeur MP3.

Vous pouvez également recharger un scooter électrique à partir d'un abri photovoltaïque et ainsi vous déplacer en utilisant l'énergie solaire.

Chargeurs de batteries, ventilateurs, lampes de jardin, pompes hydrauliques... Aujourd'hui, tout ou presque peut fonctionner à l'énergie solaire. On peut désormais emporter dans son sac un GPS équipé d'un chargeur solaire, et des panneaux photovoltaïques apparaissent sur tous les toits. Indispensable à la vie sur Terre, le Soleil peut nous rendre de nombreux autres services : chauffer nos habitations, alimenter en énergie les lieux les plus reculés.

Des projets de centrales électriques voient le jour dans de nombreuses régions du monde. Le potentiel est immense : « 5 % de la surface des déserts permettrait de produire toute l'électricité de la planète », affirment Patrick Jourde et Jean-Claude Muller, chercheurs au Commissariat de l'énergie atomique (CEA) et au CNRS. « Théoriquement, il suffirait en France de réaliser le seul côté sud des toits en modules photovoltaïques pour produire toute l'énergie électrique nationale (550 térawattheures, c’est-à-dire 550 000 milliards de wattheures, par an ».

Longtemps restée à la traine, la France veut aujourd'hui combler son retard. Ainsi un Institut national de l'énergie solaire a été créé en août 2006 en Rhône-Alpes, dont l'objectif est d'améliorer les technologies solaires afin de les rendre plus compétitives.

Les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité. En France ou en Belgique, grâce aux aides fiscales de l'État, les particuliers sont de plus en plus nombreux à s'en équiper. L'énergie non consommée par le foyer est récupérée en France par EDF, tenue depuis 2002 de racheter l'électricité d'origine renouvelable produite par les particuliers ou les collectivités.

La centrale photovoltaïque la plus puissante au monde (350 000 panneaux solaires sur 114 ha) est en cours de construction au Portugal. Après la centrale de Chambéry, inaugurée en 2005, la France a battu son propre record avec une nouvelle installation à la Réunion, en 2006. La Suisse s'est elle aussi lancée dans la course au solaire et, en Allemagne, les 57 000 panneaux du Bavaria solarpark fonctionnent depuis 2005.

Dans une tour solaire, un vaste collecteur solaire en verre chauffe l'air ambiant, qui, en montant à grande vitesse dans la tour, actionne des turbines générant de l'électricité. Un premier prototype a été mis en service en 1982 à Manzanares en Espagne et envisage la construction d'une tour solaire de 750 m de hauteur, capable d'alimenter 120 000 foyers. L'Australie a étudié la possibilité de construire une tour de près de 1 000 m de hauteur qui devrait fournir l'équivalent de la consommation de 200 000 foyers.

Le principe de l'énergie électrique thermique est de concentrer les rayons du Soleil, à l'aide de miroirs paraboliques, vers des tubes contenant un fluide conducteur de chaleur. Lorsque celui-ci s'échauffe, il produit de la chaleur qui actionne des turbines générant de l'électricité. Certains États, l'Espagne en tête, misent sur cette technologie plutôt que sur le photovoltaïque, dont le coût de production s'avère plus élevé en raison du prix du silicium des cellules photoélectriques.

L'Espagne possède ainsi depuis 2005 la plus grosse centrale solaire thermique d'Europe, d'une puissance de 100 MW. Quelques 400 000 miroirs, soit une superficie de 1,1 million de mètres carrés, recueilleront l'énergie du Soleil.

Dans les pays du Sud, où l'ensoleillement est très important, le solaire peut fournir aux régions rurales l'énergie nécessaire aux éclairages, aux réfrigérateurs, aux pompes hydrauliques ou encore aux installations de télécommunication. Soutenus par des ONG, des projets d'électrification de villages sont en cours dans de nombreux pays d'Afrique et d'Amérique du Sud.

Dans la ville d'Almere, aux Pays-Bas, une "île solaire" a été construite en été. Elle couvrira, en 2008, grâce à des panneaux solaires thermiques, 10 % des besoins énergétiques de 2 700 foyers. Une surface de 4 m2 de panneaux thermiques permet en effet de répondre aux besoins en eau chaude d'un foyer de 4 personnes et de diviser par deux, au minimum, sa facture de chauffage.

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Thermique du bâtiment

La thermique du bâtiment est une discipline de la thermique visant à étudier les besoins énergétiques des bâtiments. Elle aborde principalement les notions d'isolation thermique et de ventilation afin de limiter les échanges thermiques avec l'extérieur, de fourniture d'énergie pour le chauffage et de production d'eau chaude sanitaire.

L'ensemble des parties d'un bâtiment est soumis aux transferts thermiques, qui sont des échanges de chaleur entre l'intérieur du bâtiment et l'extérieur. La connaissance et la maîtrise de ces transferts thermiques permet une gestion de la facture énergétique d'un bâtiment. La diminution de ces échanges thermiques permet de maintenir une température tempérée à l'intérieur du bâtiment en y apportant le moins d'énergie possible. Elle permet également d'orienter la conception du bâtiment dans un cadre réglementaire tout en visant un compromis entre coût énergétique et confort.

La thermique du bâtiment s'intéresse également à l'impact écologique en considérant l'impact sur l'environnement de l'énergie ayant fourni le chauffage : chauffage central fioul, gaz, bois, chauffage électrique, etc.

Un étude complète nécessite de distinguer les sources de chaleur internes et externes au bâtiment, c'est-à-dire les parties actives, des parties passives comme les surfaces extérieures, les vitres, la toiture par exemple.

On appelle consommation énergétique du bâtiment ou indice énergétique la consommation totale d'énergie du bâtiment nécessaire au chauffage divisée par la surface chauffée.

La consommation énergétique, ou indice énergétique, est donc une énergie par une surface exprimée en kilowattheures par mètre carré (kWh/m2).

L'enveloppe thermique d'un bâtiment est l'enveloppe qui sépare le volume chauffé de l'environnement extérieur. C'est au travers de cette enveloppe que passe la chaleur.

Le Soleil réchauffe le toit par rayonnement.

Le Soleil, le vent, et la vitre elle-même participent aux échanges de chaleur.

Le chauffage passif consiste à utiliser le rayonnement solaire, le choix des matériaux et l'orientation des parois de l'enveloppe thermique afin de chauffer directement le bâtiment par le rayonnement solaire sans transformation énergétique. À l'heure actuelle, et compte tenu des besoins hivernaux des pays tempérés, le chauffage passif n'est pas suffisant pour couvrir l'intégralité des besoins de chauffage.

Le chauffage passif sert en général à faire diminuer les besoins. Un système de chauffage actif est donc utilisé en parallèle.

Différents types d'énergies et différents systèmes de diffusion de chaleur sont utilisées pour chauffer les bâtiments. Ces choix sont réalisés selon les spécificités locales : dimensions du bâtiment, énergies disponibles sur place. On peut distinguer les agents énergétiques utilisés pour le chauffage selon qu'ils soient des énergies de réseau ou non.

Les bâtiments n'utilisant pas une énergie de réseau sont tous chauffés par un réseau basé sur un fluide caloporteur (généralement de l'eau). Différents solutions sont utilisées pour chauffer ce fluide à la température nécessaire.

L'énergie provient du Soleil. Ce dernier émet un rayonnement thermique qui, au contact du panneau solaire, fait monter en température le fluide caloporteur. Un panneau solaire thermique est constitué d'un tube dans lequel circule un fluide. Ce tube est situé dans entre une paroi noire qui absorbe l'énergie thermique et une paroi de verre. La paroi de verre est transparente au rayonnement solaire (principalement situé dans le visible) mais est opaque au rayonnement infrarouge (rayonnement du panneau). Il se constitue un effet de serre dans le panneau solaire.

L'utilisation de panneaux solaires thermiques convient à des bâtiments pour lesquels l'indice énergétique est faible. Cependant si les besoins énergétiques du bâtiment sont élevés, le solaire thermique peut-être utilisé en parallèle à une autre solution.

Les pompes à chaleur, ou PAC, se basent sur le principe du cycle frigorifique que l'on trouve également dans les réfrigérateurs. La chaleur fournie par l'environnement extérieur permet de vaporiser le fluide de la pompe à chaleur, un compresseur généralement alimenté électriquement permet d'augmenter la pression du fluide alors à l'état gazeux. Le fluide circule ensuite dans un condenseur, libérant ainsi de l'énergie captée par le système de chauffage du bâtiment. Le fluide rejoint ensuite l'évaporateur par une soupape de détente.

Le couplage chaleur-force est un système basé sur un moteur à combustion. La combustion de gaz ou de fioul par le moteur entraîne la production d'électricité par un alternateur, la chaleur émise par le moteur et par les gaz d'échappement est utilisée pour produire de la chaleur (fluide caloporteur). Ce système produit de l'électricité pour les besoins du bâtiment et de la chaleur pour le chauffage. Le rendement énergétique d'un tel système est compris entre 90 et 95 %.

Radiateur : son principe repose sur l'émission d'un rayonnement thermique. L'eau chaude porte les ailettes du radiateur à une température supérieure à celle de la pièce. Ces ailettes émettent ensuite un rayonnement, essentiellement dans l'infra-rouge, qui en première approximation peut-être étudié comme celui du corps noir.

De nombreux pays industrialisés et densément peuplés se situent dans des zones géographiques où le climat est caractérisé par des hivers froids. Les besoins de chauffage dans ces pays sont importants au cours de ces périodes. Des mesures sont prises par certains pays afin de diminuer les besoins énergétiques des bâtiments, on peut citer le diagnostic de performance énergétique en France.

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Source : Wikipedia