Tout savoir sur l’énergie solaire

Abondante, l’énergie solaire est un atout face à la crise énergétique. Grâce aux rayons du soleil, cette énergie renouvelable produit de l’électricité et de la chaleur. La lumière, captée par des panneaux solaires ou des centrales thermiques, est convertie en courant alternatif. On distingue quatre types d’énergie solaire : photovoltaïque, thermique, thermodynamique et aérovoltaïque. En France, le solaire (photovoltaïque) représente seulement 2,2 % du mix énergétique. Son intermittence et le prix de ses installations freinent les projets. L’utilisation de nouvelles technologies devrait accélérer son développement.

Qu’est-ce que l’énergie solaire ?

L’énergie solaire émane du soleil. Les rayons sont captés par des installations composées de cellules capteurs, dites photovoltaïques, ou des centrales thermiques. Cela permet de produire de l’électricité ou de la chaleur. Cette énergie gratuite et disponible fait partie des énergies renouvelables comme les énergies éolienne, géothermique, hydroélectrique ou la biomasse. Sa production engendre peu d’émissions de CO2 dans l’environnement.

Comment fonctionne la production d’énergie solaire ?

L’énergie solaire est principalement utilisée pour la production d’électricité et de chaleur. Selon les projets, les installations diffèrent. L’électricité est produite par des installations photovoltaïques ou une centrale thermodynamique. La chaleur, par une centrale thermique.

Cellules capteurs, onduleur, compteur : le fonctionnement des installations photovoltaïques

Une centrale photovoltaïque utilise trois éléments pour fonctionner : des panneaux solaires, un onduleur et un compteur. Les cellules capteurs des panneaux solaires récupèrent l’énergie du rayonnement du soleil. Le silicium, matériau conducteur présent dans chaque cellule photovoltaïque, la convertit en courant électrique continu.

Un onduleur transforme ensuite l’électricité obtenue en courant alternatif. À défaut, le courant ne peut être transporté sur le réseau électrique. Enfin, un compteur comptabilise la quantité d’électricité produite et injectée dans le réseau.

Miroirs, chaleur, vapeur d’eau : le fonctionnement des installations solaires thermiques

Une centrale solaire thermique fonctionne grâce à des miroirs. Ils concentrent les rayons du soleil en un point. Cela génère des températures allant de 400 à 1000 °C. La chaleur est récupérée dans une chaudière. L’eau chaude se transforme en vapeur d’eau. La pression de la vapeur d’eau déclenche une turbine qui entraîne un alternateur. Ce dernier génère un courant électrique alternatif.

Selon la méthode de concentration des rayons solaires, il existe différents types de centrales solaires thermiques.

• Les centrales à collecteurs cylindriques ou cylindro-paraboliques.
• Les centrales à collecteurs paraboliques.
• Les centrales à tour.
• Les centrales Fresnel.

 

Quels sont les différents types d’énergie solaire ?

On distingue quatre types d’énergie solaire. En France, les plus répandues sont le photovoltaïque et le thermique.

L’énergie solaire photovoltaïque

L’énergie solaire photovoltaïque récupère l’énergie du soleil grâce aux cellules capteurs des panneaux solaires. Ces panneaux sont souvent installés sur les toits ou au sol, car le rendement de l’installation solaire dépend de son orientation. L’énergie photovoltaïque génère de l’électricité. En raison des difficultés de stockage, l’énergie produite non utilisée est réinjectée dans le réseau électrique si l’installation y est raccordée.

L’énergie solaire thermique

L’énergie solaire thermique produit de la chaleur. L’installation comprend des miroirs thermiques contenant des fluides caloporteurs. La chaleur produite chauffe l’eau d’une chaudière, créant de la vapeur d’eau. Sous pression, cette vapeur d’eau déclenche une turbine, puis un alternateur. L’énergie solaire thermique permet de produire de l’eau chaude et du chauffage.

L’énergie solaire thermodynamique

L’énergie solaire thermodynamique est produite par des centrales solaires à concentration. Ces installations comprennent des miroirs qui transforment l’énergie émise par les rayons du soleil en chaleur. Selon la technique utilisée, la température peut atteindre 800 °C. Sur le même principe qu’une centrale solaire thermique, la chaleur est convertie en électricité. En France, cette énergie n’est exploitée que sur deux sites (Odeillo – 66 – et La Seyne-sur-Mer – 83 -).

L’énergie solaire aérovoltaïque

Hybride, l’énergie solaire aérovoltaïque mêle énergie photovoltaïque et énergie solaire thermique. Cette énergie produit de l’électricité et du chauffage. Des panneaux photovoltaïques assurent la production d’électricité. Un ventilateur placé à l’arrière de ces panneaux solaires récupère la chaleur émanant de cette production. L’air chaud est filtré, puis diffusé par soufflage dans un bâtiment.

Cette énergie est peu répandue en France. Les panneaux solaires aérovoltaïques restent chers. Le prix d’une installation de 3 kWc (24 m2 de toiture) est d’environ 15 000 euros. Par comparaison, le prix d’une installation photovoltaïque de 3 kWc est en moyenne de 7000 euros.

Quels sont les avantages de l’énergie solaire par rapport aux autres sources d’énergie ?

L’énergie solaire respecte l’environnement contrairement aux énergies fossiles ou au nucléaire. Parmi les sources d’énergies renouvelables, elle tire également son épingle du jeu.

Le fort potentiel de développement de la filière photovoltaïque

Par rapport aux autres énergies renouvelables, l’énergie solaire a une forte marge de développement. La filière photovoltaïque ne représente que 2,2 % de la production d’électricité en France (avec une puissance de 11,6 TWh, chiffres 2019). C’est trois fois moins que l’énergie éolienne (puissance de 34,1 TWh). Le solaire devrait augmenter sa part dans le mix énergétique.

Une énergie disponible en abondance

L’énergie solaire est inépuisable et gratuite. Chaque jour, l’énergie produite par le soleil équivaut à 15 000 fois la consommation totale d’énergie dans le monde. L’énergie du soleil est l’alternative idéale aux énergies fossiles non renouvelables qui tendent à se raréfier.

Une énergie qui respecte l’environnement

L’énergie solaire est une énergie propre. Elle émet peu de gaz à effet de serre. Ces gaz néfastes pour l’environnement, émis par la combustion fossile, aggravent le changement climatique. Contrairement à l’énergie nucléaire, elle génère peu de déchets. Les matériaux des panneaux photovoltaïques sont en majorité recyclables.

Une solution pour être autonome en énergie

Avec le solaire, l’autonomie en énergie est accessible. Une installation de panneaux photovoltaïques peut subvenir aux besoins en électricité. Seule condition : investir dans des batteries de stockage pour stocker l’énergie solaire non consommée de suite. Cette autoconsommation d’électricité rompt la dépendance au réseau électrique traditionnel. La facture d’électricité s’allège.

Quels défis et obstacles entravent l’adoption généralisée de l’énergie solaire ?

L’énergie solaire a aussi des inconvénients. Investissement initial élevé, intermittence, projets gourmands en surface, freinent les projets solaires photovoltaïques ou thermiques.

Les installations solaires ont un prix initial élevé

Même s’il devient de plus en plus abordable, le prix d’achat et le prix d’installation des panneaux solaires restent élevés. Cet investissement coûteux dissuade les ménages et les entreprises d’opter pour ce type d’énergies renouvelables. Toutefois, sur le long terme, le prix de l’installation est amorti par la réduction des factures d’électricité.

Une production d’énergie solaire intermittente

Les conditions météo déterminent la production d’énergie solaire. Par temps nuageux ou pluvieux, la performance des panneaux photovoltaïques est moindre. Ils captent moins de rayonnement solaire. Une baisse de la production d’électricité ou de chaleur en résulte. La nuit, la production d’énergie solaire est nulle. Des batteries de stockage existent, mais leur charge est limitée et leur prix élevé.

Des projets solaires gourmands en surface

Les grandes installations solaires, comme les fermes solaires, exigent un espace important où poser les panneaux photovoltaïques. Dans certaines régions de France densément peuplées ou agricoles, cela suscite des controverses. La concurrence pour l’utilisation des terres peut être rude. Seule solution : optimiser l’utilisation de l’énergie solaire.

Quelles innovations et tendances façonnent l’avenir de l’énergie solaire ?

Avec l’épuisement des énergies fossiles, les énergies renouvelables comme l’énergie solaire devraient tirer leur épingle du jeu. La donne des prix notamment change. Celui des énergies fossiles reste volatil. De plus, le prix du nucléaire risque d’augmenter. Selon l’ONU, sur la période 2010-2020, le coût de l’électricité produite par le solaire a diminué de 85 %.

Système de stockage : le développement de la pile à hydrogène

Le stockage à grande échelle de l’électricité produite par l’énergie verte est un enjeu majeur. Le développement de la pile à hydrogène est prometteur. Cette pile emmagasine l’énergie solaire sous forme d’hydrogène. Elle la restitue en électricité grâce à une pile à combustible intégrée dans sa batterie.

Flexibles, hybrides, bifaciaux : des offres de panneaux photovoltaïques plus puissants

Le développement de nouveaux procédés améliore le rendement des panneaux photovoltaïques.

• Les panneaux photovoltaïques flexibles : plus légers que les panneaux rigides, ils peuvent s’adapter à tout type de surface.
• Les panneaux photovoltaïques bifaciaux : ils comportent des cellules photovoltaïques sur leurs couches supérieures et inférieures. L’installation offre un plus haut rendement.
• Les panneaux solaires hybrides : leur face avant assure la production d’électricité. Leur face arrière, la production d’eau chaude.
• Les panneaux solaires à orientation automatisée : ils comportent un tracker qui suit la course du soleil.

 

Des cellules photovoltaïques de nouvelle génération en développement

Les cellules photovoltaïques sont majoritairement composées de silicium. D’autres technologies de cellules sont en cours de développement. Parmi les cellules à couches minces, les cellules pérovskites, les cellules organiques ou les cellules multijonctions, certains procédés sont prometteurs.

Des projets d’installation de tuiles solaires

La tuile solaire est un panneau photovoltaïque miniature. Plus esthétique que les panneaux courants, elle remplace la tuile traditionnelle. Inconvénient, son rendement est plus faible qu’une installation photovoltaïque classique. Son prix est également plus élevé que celui des panneaux solaires. Le marché en est à ses balbutiements.

En France, l’énergie solaire gagne du terrain. L’an passé, selon Enedis, la production de la filière solaire a bondi de 30 %. Derrière ce chiffre, le succès de l’autoconsommation qui a séduit particuliers, commerces ou industries. Les énergies renouvelables et le développement durable vous intéressent ? L’ESI Business School propose plusieurs formations.