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L'énergie issue du soleil est l'énergie
renouvelable la plus disponible sur Terre. En effet, le soleil déverse
annuellement sur Terre une énergie environ 10000 fois supérieure
à la totalité de la production énergétique
de l'homme, toute sources confondues. L'énergie solaire est valorisée
par l'Homme en énergie thermique
et en énergie électrique, dite photovoltaïque.
Le
solaire thermique
L'énergie solaire permet de chauffer des liquides
(eau ou fluides caloporteurs) ou des solides (aliments ou parois d'habitations).
Le système le plus utilisé est le chauffe-eau solaire, qui
capte l'énergie lumineuse pour produire de l'eau chaude sanitaire.
Le chauffe-eau solaire est composé de capteurs solaires, vitrés
ou non, comprenant une tuyauterie permettant l'écoulement de l'eau,
et d'un ballon pour le stockage.
Fonctionnement chauffe-eau
solaire
Les "capteurs" sont posés à l'extérieur
et permettent de capter la chaleur du rayonnement solaire afin de chauffer
l'eau. Il existe trois types de capteurs :
- le capteur non-vitré, idéal pour le chauffage de piscine,
- le capteur plan plus adapté pour la production d'eau chaude
sanitaire,
- le capteur sous vide dont le rendement supérieur permet la
climatisation solaire de bâtiments.
Le chauffe-eau individuel est un système simple
et rentable de produire de l'eau chaude sanitaire pour une habitation
individuelle. Il existe trois types d'installation :
-
le chauffe-eau solaire "monobloc"
-
le chauffe-eau solaire
à "thermosiphon" à éléments séparés
-
le
chauffe-eau solaire à éléments séparés
avec pompe et régulation
Dimensionnement
A La Réunion, il faut compter 1m² de capteur et 80 litres
de stockage par personne.
Le chauffage de piscine
Le chauffage solaire de piscine est une application simple du chauffe-eau
solaire. La surface nécessaire pour le chauffage par des capteurs
souples non vitrés est la moitié de la surface de la piscine.
Il est nécessaire néanmoins d'installer un échangeur
pour éviter l'encrassage des capteurs par l'eau de piscine.
La climatisation solaire
La climatisation solaire repose sur le principe de la pompe à chaleur
: L'eau chaude produite permet d'extraire grâce à une machine
frigorifique à adsorption la chaleur du local à climatiser.
Le rendement moyen d'une telle installation permet de produire 0,3 kW
frigorifique par m² de capteurs sous vide.
Source : Tecsol
La production centralisée
d'énergie
La production centralisée d'énergie à partir d'énergie
solaire est basée sur le principe du concentrateur. L'objectif
visé est d'accroître la densité des rayons. Les miroirs
concaves captent la quantité d'énergie diffusée par
le soleil sur leur surface et concentrent celle-ci sur une surface plus
réduite, augmentant son efficacité jusqu'à un facteur
de 20 000/1.
Le point focal où se concentrent les rayonnements solaires peut
être le lieu de cuisson d'aliments (cuisine solaire) ou le lieu
de réchauffement d'un fluide caloporteur qui peut être turbiné
pour produire de l'électricité.
Le solaire photovoltaïque
La réaction
photovoltaïque a été observée pour la première
fois par Antoine-César Becquerel en 1839 mais c'est en 1883 que
Charles Fritts mis au point les premières photopiles au sélénium.
Puis, le silicium a succédé au sélénium, sous
plusieurs formes :
- Le silicium monocristallin (Si) est le plus commun. Le rendement du
Si s'est nettement accru, il a atteint plus de 21%. Des cellules à
très haut rendement atteignent un taux de conversion de 32%.
- Le silicium polycristallin est un assemblage de cristaux monocristallins.
Il est obtenu par fusion du silicium monocristallin déclassé
(déchet de fusion) en très gros lingots sciés en
couches minces. Cette forme permet un meilleur remplissage de la surface
des modules.
- Le silicium amorphe hydrogéné (aSi-H) est très
répandu. Les micromodules aSi-H alimentent nombre de gadgets
et d'appareils de faible puissance. Quelques industriels fabriquent
des modules de dimension standard. Le rendement avoisine les 10% en
laboratoire et 7% en fabrication industrielle. Le plus important défaut
du aSi-H est une fiabilité perfectible due à une dégradation
relativement rapide. Ses avantages sont son prix de revient, sa moins
grande sensibilité à la température, sa souplesse
qui permet d'en faire un tissu et d'être mieux intégré
à l'architecture.
- Le silicium polycristallin en couche mince (en expérimentation)
est déposé en couche de 10 µm sur un support de
verre ou de céramique. La production de silicium est onéreuse,
les microcouches ont pour objectif la réduction du poids et surtout
des coûts.
On retrouve des générateurs photovoltaïques
dans de multiples applications : pompage d'eau, éclairage, horodateurs,
balisages maritimes et aéronautiques, radiocommunications, clôture
de parc, camping, propulsion de bateaux, d'automobiles, d'avions expérimentaux,
architecture bioclimatiques, gadgets. C'est également une technologie
très adaptée pour les habitations situées dans des
sites isolés du réseau électrique.
La production en site isolé
La production d'électricité solaire est particulièrement
utile quand le réseau n'est pas disponible à proximité.
Pour ce type d'installation, il est nécessaire de faire un stockage
en batterie de l'énergie produite. De même, il est nécessaire
de s'équiper d'électroménager à faible consommation,
fonctionnant sur 24V, plus onéreux. Il est également intéressant
de coupler l'eau chaude produite par un CES avec une production d'électricité
photovoltaïque pour les appareils électroménagers possédant
une résistance pour chauffer l'eau (lave-vaisselle, lave-linge,
marmite à riz…).
Les batteries stockent l'énergie produite le jour
et permettent une autonomie de fonctionnement pendant la nuit et lorsque
la production solaire est insuffisante.
La production connectée
au réseau
La production photovoltaïque connectée au réseau peut
avoir deux utilités, qui correspondent à deux installations
différentes.
- comme un moyen de
sécuriser l'alimentation électrique d'un bâtiment
en cas de coupures fréquentes de courant. Ce système est
particulièrement utile pour des sites en bout de réseau
(c'est là que les coupures sont les plus fréquentes) ou
pour un réseau non fiable comme sur les îles. Cette installation
nécessite l'utilisation d'un stockage en batterie.
Voir schéma
de principe de la production connectée au réseau secouru
- comme un moyen de
production d'énergie verte
Voir schéma
de principe de la production connectée pur
Découvrez un exemple de grande
ferme solaire connecté au réseau
Le potentiel réunionnais
La Réunion est une île au climat tropical
qui bénéficie d'un ensoleillement important. L'énergie
solaire reçue n'est cependant pas homogène sur tout le territoire
:
On remarque que la durée d'ensoleillement est plus
faible dans les hauts de l'ouest et de l'est ainsi que sur le pourtour
du volcan. Le rayonnement global correspond à peu près à
ce zonage (cf. étude TECSOL).
Pour un captage optimal du rayonnement solaire, les capteurs doivent être
orientés vers le Nord. L'inclinaison du capteur doit correspondre
à la latitude du site (21° pour La Réunion)
Pour certains sites dont les données microclimatiques sont particulières
(nébulosité en début ou en fin de journée)
; il est parfois intéressant d'orienter différemment les
capteurs pour qu'ils produisent plus efficacement une certaine partie
de la journée. L'ensoleillement d'un site dépend évidemment
du microclimat mais aussi de son environnement direct. Pour calculer le
potentiel de production d'un site, il faut prendre en compte les effets
de masques dus à la végétation et aux bâtiments
environnants.
Les installations existantes
sur l'île
La Réunion a déjà fortement
exploité son potentiel solaire :
- Il existe plus de 77 000m² de capteurs thermiques,
ce qui correspond à environ 40 000 CES équivalent 200L.
Ceci représente une pénétration du CES de 25% du
marché du chauffe-eau à La Réunion.
- D'autre part, le photovoltaïque est largement
utilisé dans les sites isolés tels que le cirque de Mafate.
On estime à 425kWc la puissance installée sur La Réunion.
- Un appel à candidatures régional
(cofinancé par l'UE) a permis de lancer l'équipement de
75 maisons individuelles (soit une puissance globale de 150KWc).
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