L’énergie solaire arrive sur Terre dans des quantités colossales. En haut de l’atmosphère terrestre, le flux est en effet de l’ordre de 1300W/m². Si bien que pour couvrir les besoins planétaires en matière d’énergie électrique, il « suffirait » de construire un capteur solaire carré, de 344km de côté.
Cela semble grand, mais à titre d’exemple, la région du Sahara (hautement ensoleillée, avec plus de 3000 heures par an) s’étire sur plus de 7500km. La manne potentielle est donc exceptionnelle.
Pour récupérer l’énergie solaire, plusieurs solutions s’offrent à nous. On peut soit en retirer directement la chaleur (solaire thermique), ou soit produire de l’électricité (solaire photovoltaïque).
L’énergie solaire thermique
La première solution d’énergie solaire consiste à convertir directement le rayonnement solaire en chaleur. Pour cela, on dirige les rayons solaires vers des capteurs thermiques. L’énergie portée par les photons (qui composent la lumière) est alors en partie absorbée par le matériau qui constitue les capteurs, et immédiatement convertie en chaleur. L’idée est de maximisée la quantité de lumière absorbée, en diminuant la part réfléchie. On a donc recours à des matériaux souvent noirs.
Typiquement, on rencontre ce type de dispositif dans des panneaux solaires thermiques . De l’eau (et quelques adjuvants) circulent à l’intérieur des capteurs solaires, se charge en chaleur, puis vient réchauffer un ballon d’eau chaude. L’eau chaude ainsi produite servira pour le foyer (voir article détaillé « Les panneaux solaires thermiques dans l’habitat»).
Nous allons plutôt nous intéresser aux centrales solaires thermodynamiques (aussi simplement appelées thermique), qui mettent en jeu de très grandes quantités d’énergie.
Le gros avantage de ces centrales, si on les compare aux capteurs évoqués ci-dessus, est qu’elles couvrent de très vastes surfaces. On utilise en effet une batterie de miroirs pour capter le flux solaire sur de très vastes étendues. Ces miroirs dirigent alors les rayons solaires vers des capteurs, qui atteignent donc de très hautes températures.
Dans la majorité des cas, des miroirs cylindro-paraboliques sont employés. En leur centre, court un tube qui renferme un fluide caloporteur (une huile). La particularité de ces miroirs est qu’ils dirigent les rayons vers leur foyer.
C’est justement à cet endroit que passe le tube contenant le caloporteur. Ce dernier se réchauffe, puis vient céder son énergie à de l’eau dans un circuit secondaire. Cette dernière se change alors en vapeur, et alimente une turbine. De l’électricité est alors produite.
L’énergie solaire photovoltaïque
Pour récupérer l’énergie solaire, il est également possible d’utiliser des convertisseurs photovoltaïques. Ces-derniers convertissent l’énergie des photons en électricité. Vous pouvez consulter l’article dédié à cette conversion.
Les cellules sont regroupées en panneaux, qui sont ensuite disposés en série. Pour augmenter la puissance produite, il est bien entendu possible de mettre en parallèle plusieurs séries de panneaux. On peut alors envisager des parcs de plusieurs centaines de méga-Watt (plusieurs sont en construction).
Ce genre de dispositif produit un courant continu, qui est donc inadapté au réseau électrique (ERdF en France). On a donc recours à un onduleur ; ce dernier transforme une tension continue en une tension alternative, ayant une fréquence choisie. Après être passé par un transformateur, le courant est prêt à rejoindre le réseau.
Le rendement demeure toutefois relativement mauvais ; les panneaux les plus performants n’affichent aujourd’hui qu’en rendement de l’ordre de 30%. Comprenez par là que si 1000 Watts arrivent sur un mètre carré de panneau, seuls 300 seront convertis en électricité.
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