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Saviez-vous que l’énergie solaire est la plus grande source d’énergie renouvelable sur terre ?


Sommaire:



Energie solaire : définition


L'énergie solaire est, comme son nom l'indique, l'énergie dont la source est le soleil.

Le soleil est principalement composé d’Hydrogène et d’Hélium. A eux deux ils représentent 98% de sa composition. Des réactions de fusions nucléaires ont lieu en permanence dans son noyau, dégageant une très importante quantité de chaleur qui se diffuse par rayonnement.

Grâce à cela l’énergie solaire est la plus grande source d’énergie renouvelable disponible sur terre.

L'énergie solaire fait partie des énergies renouvelables car elle est considérée inépuisable. C'est aussi une énergie verte, car elle ne produit pas de CO2.

L'énergie solaire que nous percevons sur la terre n'est qu'une petite fraction de l'énergie solaire totale. C'est la partie qui traverse l'atmosphère.




Quelles sont les différentes forme de l'énergie solaire DIRECTE ?


L'énergie solaire directe se présente sous 2 formes.

Tout d'abord il y a la chaleur qui est perceptible sur la terre : on parle d'énergie solaire thermique.

Ensuite il y a le rayonnement lumineux qui est émis par le soleil et arrive jusqu'à nous. 

Dans les 2 cas ce sont les photons qui véhiculent ces 2 formes d'énergies.




Quelles sont les différentes forme de l'énergie solaire INDIRECTE ?


Même si l’énergie transmise par les rayons du soleil sont les plus facilement perceptibles (chaleur + lumière) le soleil est aussi à l’origine d’autres énergies renouvelables.

En effet, en plus de l’irradiation solaire que nous ressentons et qui sera exploitée par les panneaux photovoltaïques, l’énergie solaire est à l’origine d’autres sources d’énergies renouvelables.

Exemples :

  • L’énergie hydraulique issue des barrages, qui trouve son origine grâce à l’évaporation de l’eau rendue possible par le soleil.
  • L’énergie éolienne ; le vent qui fait tourner les éoliennes est le résultat de mouvements d’air créés par une différence de température provoquée par le rayonnement du soleil sur les différentes zones géographiques.
  • Le bois : la photosynthèse qui permet la création naturelle du bois ne serait possible sans le rayonnement du soleil

D’après BP Statistical Review of World Energy (juin 2018), l’énergie solaire reçue chaque année par les parties émergées de la surface de la terre est 1 300 fois plus importante que la consommation mondiale d’énergie en 2017, soit 18 GWan, toutes sources confondues.

Autre illustration assez parlante : d’après le projet Desertec une surface de 250km x 250km dans le désert Africain reçoit en 1 an autant d’énergie solaire que la consommation mondiale sur 1 année toutes sources d’énergie confondues.

Le potentiel est donc immense !

  



Comment quantifier l’énergie solaire reçue par irradiation ?

L’unité utilisée pour quantifier une énergie instantanée est le W/m², car plus la surface est importante plus le rayonnement solaire capté est important.

Avant son entrée dans l’atmosphère l’énergie solaire est estimée à 1360 W/m². Puis en arrivant sur la surface de la terre, l’irradiation est comprise entre 0 et 1000 W/m², selon la zone géographique (et donc s’il fait jour ou nuit par exemple) et les conditions météorologiques.

En effet, après avoir traversé un nuage, le rayonnement solaire n’est plus direct, mais diffus. Cela signifie que le rayonnement n’a plus de direction privilégiée et l’irradiation solaire est diminuée. Lorsque le rayonnement solaire est direct, l’irradiation solaire est plus forte.

En plus du rayonnement solaire direct et diffus, il existe un troisième type de rayonnement : le rayonnement réfléchi.

C’est grâce aux rayonnements diffus et réfléchis qu’un pan de toiture orienté vers le nord (dans notre hémisphère) reçoit instantanément jusqu’à 300 W/m². Sans ces 2 types de rayonnement, le pan de toiture serait « dans le noir ».

En conclusion les différents types de rayonnements solaires permettent d’obtenir une irradiation instantanée en W/m² dont la valeur dépend de la zone géographique et de la météo.

L’irradiation cumulée sur une période s’exprime en Wh/m². C’est l’équivalent d’une irradiation instantanée (W) x durée (h), sur une surface d'1 m².

 

Voici 2 exemples de cartes de quantification de l’irradiation solaire horizontale annuelle en fonction de la zone géographique (source : SOLARGIS).

carte d'iradiation solaire pour etude installation panneaux solaires photovoltaïques carte irradiation solaire Europe

Le Logiciel PVGIS:

 

Le logiciel PVGIS, mis à disposition par la communauté européenne permet (entre autres) de connaitre les données de rayonnements annuels pour les années 2005 à 2016 pour chaque localisation très précise.

 Pour cela il est possible de choisir la localisation sur la carte interactive ou de choisir les coordonnées GPS.

 Nous vous recommandons de sélectionner « rayonnement global pour l’angle », et de renseigner 30°. C’est pour beaucoup l’angle « fixe » optimal d'inclinaison d'un panneau solaire en France, sachant que pour ce mode, l'orientation prise par le logiciel est une orientation plein sud. Les abaques que nous utiliserons pour l’orientation et l’inclinaison vous permettront de pondérer les valeurs obtenues en fonction de votre exposition et inclinaison réelles.

 Le logiciel permet aussi de tenir compte des masques solaires lointains.



A quoi sert l'énergie solaire ?


En plus de ses applications naturelles citées précédemment comme la photosynthèse par exemple, l'énergie solaire peut être exploitée par l'homme sous 2 formes principales :

L'énergie solaire thermique : Capter la chaleur du soleil pour chauffer de l'eau ou de l'air

L'énergie solaire photovoltaïque : Capter les rayonnements lumineux pour créer de l'électricité


L'énergie solaire thermique


L'exploitation de l'énergie solaire thermique consiste donc à capter la chaleur dégagée par le soleil et qui traverse l'atmosphère, pour l'utiliser sous différentes manières.

La façon la plus courante est répandue dans le monde, consiste à l'utiliser pour chauffer de l'eau à des fins d'utilisation domestique (eau chaude sanitaire).

L'eau n'est généralement pas chauffée directement. Un liquide, du type Glycol est chauffé par le soleil par l'intermédiaire d'un panneau solaire thermique dans lequel il circule, et transmet la chaleur captée à l'eau par l'intermédiaire d'un échangeur thermique placé dans un ballon d'eau chaude isolé thermiquement.

Le matériel mis en œuvre dans une installation solaire thermique est donc:

- un (ou plusieurs) panneau solaire thermique

- un ballon d'eau chaude solaire thermique, donc équipé d'un échangeur thermique

- un circulateur pour faire circuler le glycol dans le circuit


L'énergie solaire photovoltaïque


L'énergie solaire photovoltaïque consiste à produire de l'électricité à partir de la luminosité émise par soleil.

Le nom vient du fait que c'est le principe photovoltaïque qui est mis en œuvre grâce à des panneaux solaires photovoltaïques.

Ces panneaux solaires sont composés de cellules photovoltaïques qui contiennent du silicium enrichi, de telle sorte qu'elles émettent des électrons quand elle sont exposées à la luminosité du soleil. Un courant électrique étant le déplacement d'électrons...CQFD !


Plus l'intensité lumineuse est forte, plus la puissance électrique générée est importante pour un même panneau solaire photovoltaïque (voir notre gamme de panneaux solaires fabriqués en Europe).

Pour en savoir beaucoup plus sur le principe photovoltaïque et le fonctionnement d'un panneau solaire photovoltaïque, c'est par ici : Les panneaux photovoltaïques de A à Z.




L'énergie solaire en France


Exploitation des énergies solaires thermiques et photovoltaïques en France


En France l'exploitation de l'énergie solaire est de plus en plus répandue. En effet, même si les conditions d'ensoleillement ne sont pas celles des pays plus au Sud, elles sont largement suffisantes pour susciter un intérêt écologique et économique pour l'exploitation des énergies solaires thermiques ou photovoltaïques.


La carte ci-dessous illustre plus synthétiquement la répartition de l'irradiation solaire directement proportionnelle à la production d'énergie thermique et électrique qui peut être obtenue pour une installation donnée.


carte énergie solaire en France 


L'engouement pour les énergies solaires thermique et photovoltaïque s'explique aussi par l'augmentation continue en France du prix de l'électricité ou du gaz.

Voici par exemple un graphique représentant l'évolution du prix de l'électricité en France. Et ce n'est pas près de s'arrêter.


évolution prix électricité en France


Pour tout savoir sur l'évolution des tarifs de l'électricité en France : Zoom sur l'évolution des tarifs de l'électricité en France



L'INES : Institut National de l'Energie Solaire


La France se distingue aussi par son expertise sur l'exploitation de l'énergie solaire. 

L'INES est le fer de lance de la communauté scientifique française dans le domaine de la R&D sur l'énergie solaire.

En effet l'INES est un institut qui fait référence en Europe, voir dans le monde. Civisol est partenaire de l'INES pour leur logiciel Autocalsol que nous utilisons pour réaliser des études personnalisées de production et économiques gratuites pour nos clients.

Les travaux de recherche qu'ils effectuent participent au développement de la filière solaire en France et dans le monde.

De plus l'INES propose des formation très qualitatives pour les techniciens et ingénieurs désireux de se perfectionner dans le domaine de l'énergie solaire, qu'elle soit photovoltaïque ou thermique.




Le stockage de l'énergie solaire


Le stockage de l'énergie solaire est l'un des grands enjeux des prochaines années.

En effet, par définition, l'énergie solaire est intermittente. De plus sa production atteint des pointes qui ne correspondent pas forcément aux pointes de consommation. Il y a donc un intérêt majeur à trouver des solutions pour son stockage.

Le stockage de l'énergie solaire thermique


L'énergie solaire thermique se fait par le stockage de l'eau chaude, simplement. C'est une technologie bien aboutie car le stockage de l'eau chaude est un sujet travaillé depuis plus d'un siècle. L'exemple le plus courant est le ballon d'eau chaude sanitaire, autrement appelé cumulus. L'eau y reste chaude pendant plusieurs jours et ne perd que très peu de degrés au fil des jours.


Le stockage de l'énergie solaire photovoltaïque


Pour l'énergie solaire électrique, il est question de batteries. Contrairement à l'énergie solaire thermique, le stockage de l'énergie solaire photovoltaïque est en pleine évolution et de nouvelles technologies devraient voir le jour.

Les travaux de recherche et développement sont très nombreux dans le domaine, notamment sous l'impulsion de la mobilité électrique.


Le plus ancien procédé encore utilisé de nos jours est la batterie au plomb. Parmi les technologies plus évoluées, figure la batterie Lithium, ou la batterie LifePo4. (pour voir notre gamme de batteries).

Parmi les défauts des batteries que les projets de recherches essayent de gommer on retrouve:

  • Le poids : même si les batteries Lithium sont moins lourdes que les batteries plomb, elle le sont encore
  • Le volume : le volume occupé par les batteries est encore très conséquent
  • L'utilisation de produits décriés : Le lithium en est le parfait exemple.
  • Le coût : il reste très élevé, même si la tendance est baissière.


Pour consulter notre dossier sur les différents projets en cours : Les alternatives prometteuses pour le stockage de l'électricité

Les modes de stockage hybrides de l'énergie solaire photovoltaïque


Il existe des procéder de stockage dit "hybrides" pour l'énergie solaire photovoltaïque. Ils consistent à convertir l'électricité produite en une autre forme d'énergie pouvant être plus facilement stockée.

Ainsi l'électricité peut être convertie en énergie thermique : l'eau est chauffée grâce à l'électricité (un résistance par exemple) et stockée dans un réservoir isolé thermiquement.


Autre exemple : l'électricité produite par les panneaux solaires peut être utilisée pour déplacer de l'eau d'un point bas vers un point haut, à l'aide d'une pompe fonctionnant à l'électricité. C'est donc une énergie potentielle qui est stockée. En cas de besoin de restitution de cette énergie, l'eau est libérée pour rejoindre le point bas (l'énergie potentielle devient de l'énergie cinétique), en passant dans une turbine hydro-électrique, qui transforme l'énergie cinétique en électricité.


Il existe d'autres modes de stockage de l'énergie solaire, mais dans l'ensemble ils sont très peu utilisés.


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Ou  pour retourner au menu : Tout comprendre sur le photovoltaïque