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Technologie, utilisations et avantages de ces deux méthodes basées sur l’énergie solaire
Le soleil est le fournisseur d’énergie ultime. Le développement du marché des énergies renouvelables est en grande partie basé sur ce fait. La plupart des technologies vertes actuellement en exploitation capturent l’énergie solaire, directement ou indirectement. Parmi les sources d’énergie solaire indirectes , le vent, la géothermie de faible teneur (utilisée dans les systèmes de pompe à chaleur géothermique), sont soit largement utilisés (éoliens),soit bien établis (géothermie de faible teneur) ou encore en développement (marées et vagues).
La source d’énergie solaire directe est constituée de rayons solaires atteignant l’atmosphère. Ils peuvent être collectés selon deux technologies différentes: la photovoltaïque solaire (également appelée solaire PV) et les systèmes thermiques solaires . Voyons comment ils fonctionnent et quelles sont les différences entre eux.
La technologie
La différence fondamentale entre le solaire photovoltaïque et le solaire thermique réside dans leurs principes de fonctionnement. Le PV solaire est basé sur l’effet photovoltaïque, par lequel un photon (l’unité de base de la lumière) qui frappe une surface faite d’un matériau spécial génère la libération d’un électron. Le solaire thermique, par contre, utilise la lumière du soleil pour chauffer un fluide (en fonction de l’application, il peut s’agir d’eau ou d’un autre fluide).
L’ effet photovoltaïque ne se produit que dans un nombre réduit de matériaux, appelés semi-conducteurs (tels que le tellurure de silicium monocristallin, polycristallin et amorphe et le cadmium), qui, après des procédures chimiques spécifiques, permettent de générer un courant électrique lorsqu’ils sont exposés à la lumière. Ces semi-conducteurs sont formés en couches minces qui conforment l’élément central des cellules solaires, élément de base d’un système photovoltaïque solaire, qui produisent un courant continu.
Les cellules solaires sont intégrées dans des structures plus grandes appelées panneaux solaires, où les valeurs souhaitées de courant et de tension peuvent être atteintes. Pour les systèmes connectés au réseau (qui représentent une grande partie du marché), l’utilisation d’un onduleur est nécessaire (pour convertir le courant continu généré par les cellules en courant alternatif, utilisé dans le réseau).
Le principe de fonctionnement des systèmes thermiques solaires est beaucoup moins sophistiqué, mais il est aussi utile pour la production d’énergie consommable que l’effet photovoltaïque. Il consiste à chauffer directement de l’eau (ou d’autres fluides) à la lumière du soleil. Cette conversion d’énergie a lieu au niveau de différents appareils en fonction de la plage de températures à laquelle le fluide de travail est chauffé.
Les collecteurs à basse et moyenne température peuvent être des panneaux à plaques planes ou des tubes sous vide. Les collecteurs à haute température sont constitués de systèmes solaires concentrés, tels que des augets paraboliques, des réflecteurs de Fresnel, des antennes paraboliques Stirling et des tours solaires.
Utilisation
En ce qui concerne l’utilisation de ces technologies, la première étape consiste à séparer les petits systèmes solaires domestiques des centrales électriques, tant en PV qu’en thermique. Leur utilisation domestique est discutée ci-dessous.
En ce qui concerne les centrales électriques , les systèmes photovoltaïques et thermiques partagent la production d’électricité comme objectif. Alors que les systèmes photovoltaïques génèrent cette électricité directement à partir de l’énergie solaire, les systèmes thermiques chauffent un fluide (eau, huile, huile, air, etc.) qui fera fonctionner un moteur à vapeur, une turbine à gaz ou similaire. Cette électricité est transférée sur le réseau, sous forme de courant alternatif et avec la valeur de tension requise.
Dans le cas des centrales photovoltaïques, la capacité des plus grandes est supérieure à 500 MW, tandis que celle des plus grandes centrales thermiques est inférieure à 400 MW. Les deux types connaissent une croissance rapide dans de nombreuses régions du monde, beaucoup sont en construction et plus planifiés.
Les installations photovoltaïques résidentielles produisent de l’électricité continue directement à partir de l’énergie solaire. Il existe deux types de systèmes photovoltaïques résidentiels: connectés au réseau et «hors réseau» ou «autonome». Les premiers offrent la possibilité d’alimenter le réseau (ce qui est encouragé par des incitations économiques) via un onduleur. Ces derniers sont entièrement dédiés à l’autoconsommation (éclairage, chauffage, chauffage de l’eau, etc.) et nécessitent l’utilisation de banques de batteries pour séparer la consommation de la production.
Les systèmes solaires thermiques résidentiels sont principalement utilisés pour le chauffage de l’eau. Ils fonctionnent généralement en combinaison avec des systèmes de chauffage central (au gaz ou au fuel) fonctionnant lorsque la température dans le réservoir d’eau tombe au-dessous d’une certaine valeur. Ainsi, ces systèmes peuvent fournir de l’eau chaude toute l’année, même dans les climats froids. Alternativement, les systèmes thermodynamiques peuvent chauffer de l’eau en utilisant le compresseur intégré, si vous utilisez toute l’eau; De cette façon, vous pouvez établir un système indépendant des fossiles. Les systèmes solaires thermiques peuvent également être utilisés pour le chauffage de locaux (cela est relativement courant dans des pays tels que la Suède).
Avantages et inconvénients
Parmi les avantages les plus importants des panneaux solaires photovoltaïques :
- En ce qui concerne les centrales électriques, la conception photovoltaïque est beaucoup plus simple que celle thermique. Une centrale photovoltaïque est constituée de nombreux panneaux solaires connectés en parallèle et en série. D’autre part, la production d’électricité à l’aide de la technologie solaire thermique implique la transmission de l’énergie d’un fluide chaud à un générateur. Cela a conduit à des conceptions différentes et complexes, dont certaines sont mentionnées ci-dessus.
- À plus petite échelle, les systèmes PV domestiques sont plus polyvalents que les systèmes thermiques, car ils peuvent alimenter de nombreux appareils (le solaire thermique se limite au chauffage de l’espace et de l’eau). Ils ont également une plus longue durée de vie .
Certains des avantages les plus remarquables des panneaux solaires thermiques sont:
- Sa possibilité de stocker l’énergie générée, car les centrales thermiques ne convertissent pas directement l’énergie solaire en électricité et les systèmes thermiques domestiques incluent toujours un réservoir d’eau permettant de stocker la chaleur. Les systèmes photovoltaïques, au contraire, souffrent d’une intermittence inhérente qui découle de la répartition de la lumière solaire. Le stockage de l’électricité n’est normalement pas considéré comme une option en raison des pertes d’énergie qui le rendent vraiment inefficace. Cela se traduit par un approvisionnement en électricité plus uniforme et fiable par les centrales thermiques.
- La technologie solaire thermique à usage domestique est beaucoup moins compliquée que le solaire photovoltaïque. Il est important de souligner que la production d’énergie pour les utilisations résidentielles varie d’un système thermique à un système photovoltaïque. Le thermique produit de la chaleur, tandis que le photovoltaïque de l’électricité. Les panneaux thermiques sont également plus efficaces en termes d’encombrement.