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Comment fonctionne l’énergie solaire ?
L'énergie solaire fonctionne en convertissant l'énergie du soleil en électricité. Il existe deux formes d'énergie générée par le soleil pour notre usage : l'électricité et la chaleur.
Ces deux formes d'énergie sont produites à l'aide de panneaux solaires, dont la taille varie de celle des toits des habitations à celle des "fermes solaires" qui s'étendent sur des hectares de terres rurales.
L’énergie solaire est-elle une source d’énergie propre ?
Oui, l'énergie solaire est une source d'énergie renouvelable et infinie qui ne génère aucune émission de gaz à effet de serre nocifs - tant que le soleil continuera de briller, de l'énergie sera libérée.
L'empreinte carbone des panneaux solaires est déjà assez faible, car ils durent plus de 25 ans sans perte d'efficacité. De plus, les matériaux utilisés dans les panneaux sont de plus en plus recyclés, de sorte que l'empreinte carbone continuera à diminuer.
Quand l’énergie solaire a-t-elle été découverte ?
L'énergie solaire a été utilisée par les humains dès le 7e siècle avant J.-C., lorsqu'ils ont utilisé la lumière du soleil pour allumer des feux en réfléchissant les rayons du soleil sur des objets brillants. Plus tard, au 3e siècle avant J.-C., les Grecs et les Romains ont exploité l'énergie solaire à l'aide de miroirs pour allumer des torches lors de cérémonies religieuses.
En 1839, à l'âge de 19 ans seulement, le physicien français Edmond Becquerel a découvert l'effet photovoltaïque (PV) en expérimentant une cellule composée d'électrodes métalliques dans une solution conductrice. Il a remarqué que la cellule produisait plus d'électricité lorsqu'elle était exposée à la lumière : c'était une cellule photovoltaïque.
En 1954, la technologie photovoltaïque est née lorsque Daryl Chapin, Calvin Fuller et Gerald Pearson ont mis au point la cellule photovoltaïque en silicium aux Bell Labs en 1954 - la première cellule solaire capable d'absorber et de convertir suffisamment d'énergie solaire en courant pour faire fonctionner les équipements électriques courants.
Aujourd'hui, les satellites, des engins spatiaux en orbite autour de la Terre, sont alimentés par l'énergie solaire.
Comment produit-on exactement l’électricité à partir de l’énergie solaire ?
Les panneaux solaires sont généralement constitués de silicium installé dans un cadre métallique avec une enveloppe en verre. Lorsque des photons ou particules de lumière, frappent la fine couche de silicium située sur le dessus d'un panneau solaire, ils font tomber des électrons sur les atomes de silicium.
Cette charge PV crée un courant électrique (plus précisément, un courant continu ou DC), qui est capté par le câblage des panneaux solaires. Ce courant continu est ensuite converti en courant alternatif (CA) par un onduleur. Le courant alternatif est le type de courant électrique utilisé lorsque vous branchez des appareils dans des prises murales normales.
Quelle est la différence entre les panneaux solaires photovoltaïques et les panneaux solaires thermiques ?
Les panneaux solaires photovoltaïques produisent de l'électricité, comme décrit ci-dessus, tandis que les panneaux solaires thermiques produisent de la chaleur. Si la source d'énergie est la même - le soleil - la technologie de chaque système est différente.
Le photovoltaïque solaire repose sur l'effet photovoltaïque, par lequel un photon (l'unité de base de la lumière) frappe une surface semi-conductrice comme le silicium et génère la libération d'un électron. Le solaire thermique est moins sophistiqué et consiste simplement à chauffer directement l'eau (ou d'autres fluides) par la lumière du soleil. Pour un usage domestique, des panneaux solaires thermiques sont également installés sur un toit face au soleil, chauffant l'eau stockée dans un ballon d'eau chaude et fournissant ainsi eau chaude et chauffage. À plus grande échelle, le solaire thermique peut également être utilisé dans les centrales électriques.
Qu'est-ce qu'une ferme solaire ?
Les fermes solaires, également connues sous le nom de parcs solaires ou de champs solaires, sont de vastes étendues de terrain contenant des panneaux solaires interconnectés, positionnés ensemble sur plusieurs hectares, afin de récolter de grandes quantités d'énergie solaire en même temps. Les fermes solaires sont conçues pour la production d'énergie solaire à grande échelle qui alimente directement le réseau, par opposition aux panneaux solaires individuels qui alimentent généralement une seule maison ou un seul bâtiment.
Peut-on produire de l’énergie solaire par temps nuageux ?
Oui, c'est possible. L'énergie solaire ne nécessite qu'un certain niveau de lumière du jour pour exploiter l'énergie du soleil. Cela dit, la vitesse à laquelle les panneaux solaires produisent de l'électricité varie en fonction de la quantité de lumière solaire directe et de la qualité, de la taille, du nombre et de l'emplacement des panneaux utilisés.
Qui sont les plus grands producteurs d’énergie solaire dans le monde ?
La Chine est le plus grand producteur d'électricité solaire au monde, avec une production de 261 659 GWh en 2020. Les États-Unis arrivent en deuxième position, avec une production de 119 329 GWh la même année, suivis par le Japon, l'Inde et l'Allemagne.
La France a, quant à elle, produit 13 600 Gwh en 2020, ce qui est 11% de plus qu'en 2019.
FAQ sur l’énergie solaire
Quel est le principe de l'énergie solaire ?
Le principe de l'énergie solaire repose sur l'utilisation de la lumière du soleil pour générer de l'électricité ou produire de la chaleur. Cette énergie est considérée comme renouvelable car elle provient du soleil, une source pratiquement inépuisable d'énergie.
Le processus de conversion de l'énergie solaire peut être réalisé de deux manières principales :
Énergie solaire photovoltaïque : Les panneaux solaires photovoltaïques sont utilisés pour convertir directement la lumière du soleil en électricité. Les panneaux photovoltaïques sont composés de cellules photovoltaïques en silicium qui, lorsqu'elles sont exposées à la lumière du soleil, créent un courant électrique grâce à l'effet photovoltaïque. Ce courant continu est ensuite converti en courant alternatif, utilisable dans les foyers et les entreprises, par un onduleur.
Énergie solaire thermique : Les systèmes solaires thermiques utilisent la chaleur du soleil pour chauffer de l'eau ou un fluide caloporteur. Ces systèmes sont souvent utilisés pour le chauffage domestique de l'eau, le chauffage des piscines ou le chauffage d'espaces intérieurs. Dans les systèmes de chauffage solaire, des capteurs thermiques absorbent la chaleur du soleil et la transmettent au fluide qui circule dans le système. La chaleur ainsi captée est ensuite utilisée pour répondre aux besoins de chauffage.
Dans les deux cas, l'énergie solaire est propre, renouvelable et contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre et la dépendance aux combustibles fossiles. L'énergie solaire est également modulable, ce qui signifie qu'elle peut être utilisée pour des applications de petite échelle, telles que l'éclairage de rue, ou pour des projets de grande envergure, comme les parcs solaires, qui peuvent fournir de l'électricité à des communautés entières.
Quels sont les différents types d'énergie solaire ?
Il existe principalement deux types d'énergie solaire : l'énergie solaire photovoltaïque et l'énergie solaire thermique. Voici une brève explication de chaque type :
Énergie solaire photovoltaïque : L'énergie solaire photovoltaïque est basée sur l'utilisation de panneaux solaires photovoltaïques pour convertir directement la lumière du soleil en électricité. Les panneaux photovoltaïques sont composés de cellules photovoltaïques en silicium qui, lorsqu'elles sont exposées à la lumière du soleil, génèrent un courant électrique grâce à l'effet photovoltaïque. Ce courant continu est ensuite transformé en courant alternatif par un onduleur, ce qui permet de l'utiliser pour alimenter des appareils électriques, des bâtiments, ou pour être injecté dans le réseau électrique.
L'énergie solaire photovoltaïque est largement utilisée pour les systèmes d'énergie solaire résidentiels et commerciaux, ainsi que pour les grands parcs solaires qui fournissent de l'électricité à grande échelle.
Énergie solaire thermique : L'énergie solaire thermique utilise la chaleur du soleil pour chauffer de l'eau ou un fluide caloporteur. Les systèmes solaires thermiques sont utilisés pour le chauffage de l'eau domestique, le chauffage des piscines, le chauffage d'espaces intérieurs, ou pour alimenter des processus industriels nécessitant de la chaleur.
Dans un système solaire thermique, des capteurs thermiques absorbent la chaleur du soleil et la transmettent à l'eau ou au fluide caloporteur qui circule dans le système. La chaleur ainsi captée est utilisée pour répondre aux besoins de chauffage ou de production d'eau chaude.
Quels sont les deux inconvénients de l'énergie solaire ?
L'énergie solaire présente de nombreux avantages en tant que source d'énergie propre et renouvelable. Cependant, comme toute technologie, elle présente également quelques inconvénients. Voici deux des principaux inconvénients de l'énergie solaire :
Dépendance aux conditions météorologiques : L'un des principaux inconvénients de l'énergie solaire est sa dépendance aux conditions météorologiques et à l'ensoleillement. Lorsque le ciel est nuageux, que le temps est pluvieux ou qu'il fait nuit, la quantité d'énergie solaire disponible diminue considérablement. Cela peut entraîner une variation de la production d'électricité des systèmes solaires, ce qui peut poser des défis pour garantir une alimentation électrique stable en fonction des conditions météorologiques locales. Pour pallier à cette limitation, certains systèmes solaires sont équipés de batteries de stockage pour stocker l'énergie produite pendant les périodes ensoleillées et la libérer lorsque le soleil est moins présent.
Coûts initiaux élevés : Un autre inconvénient de l'énergie solaire est le coût initial élevé de l'installation des panneaux solaires. Bien que les coûts des panneaux solaires aient considérablement diminué au fil des ans, l'investissement initial peut être un frein pour de nombreux particuliers ou entreprises. Bien que des incitations financières et des subventions gouvernementales puissent réduire les coûts, ils restent souvent élevés, en particulier pour les grandes installations.
Quels sont les avantages et les inconvénients de l'énergie solaire ?
L'énergie solaire présente à la fois des avantages et des inconvénients. Voici une liste des principaux avantages et inconvénients de l'énergie solaire :
Avantages de l'énergie solaire :
Source d'énergie renouvelable : L'énergie solaire provient du soleil, une source d'énergie pratiquement inépuisable. Tant que le soleil brille, nous pouvons exploiter cette ressource pour produire de l'électricité et de la chaleur.
Énergie propre et respectueuse de l'environnement : La production d'énergie solaire ne génère pas de polluants atmosphériques, de gaz à effet de serre ou de déchets toxiques, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique et à la préservation de l'environnement.
Réduction des émissions de carbone : En utilisant l'énergie solaire au lieu des combustibles fossiles, nous pouvons considérablement réduire les émissions de CO2 et autres polluants nocifs, contribuant ainsi à améliorer la qualité de l'air et à lutter contre la pollution.
Faibles coûts d'exploitation : Une fois les panneaux solaires installés, les coûts d'exploitation sont relativement faibles car le soleil est une source d'énergie gratuite. De plus, les avancées technologiques et l'augmentation de l'efficacité des panneaux solaires réduisent continuellement les coûts.
Augmentation de l'indépendance énergétique : En utilisant l'énergie solaire, les individus et les communautés peuvent devenir plus indépendants sur le plan énergétique et moins dépendants des fournisseurs d'énergie traditionnels.
Inconvénients de l'énergie solaire :
Dépendance aux conditions météorologiques : L'un des principaux inconvénients de l'énergie solaire est sa dépendance aux conditions météorologiques et à l'ensoleillement. Lorsque le ciel est nuageux, pluvieux ou pendant la nuit, la production d'électricité diminue.
Coûts initiaux élevés : L'installation de systèmes solaires peut nécessiter un investissement initial important. Bien que les coûts des panneaux solaires aient diminué, ils restent souvent élevés, en particulier pour les grandes installations. Cependant, ces coûts peuvent être compensés par les économies d'énergie à long terme et les incitations financières disponibles.
Occupation de l'espace : Les installations solaires de grande envergure au sol peuvent occuper de vastes surfaces de terrain, ce qui peut poser des défis en termes d'utilisation de l'espace et de conflits d'utilisation des terres.
Intermittence : L'énergie solaire est intermittente et dépend des cycles quotidiens et saisonniers du soleil. Pour une alimentation électrique continue, il est souvent nécessaire de combiner l'énergie solaire avec d'autres sources d'énergie ou d'utiliser des systèmes de stockage d'énergie.
Impact sur la faune et la flore : Certaines grandes installations solaires peuvent avoir un impact sur la faune et la flore locales en perturbant les écosystèmes et en occupant des habitats naturels.
Que fait la France pour apporter plus d’énergie solaire sur le réseau électrique ?
La France a mis en place plusieurs mesures pour augmenter la production d'énergie solaire sur le réseau :
- Tarifs d'achat de l'énergie solaire : la France a mis en place un tarif d'achat garanti pour l'énergie solaire produite par les particuliers et les entreprises. Ce tarif est fixé par les autorités et est destiné à inciter les particuliers et les entreprises à installer des panneaux solaires et à produire de l'énergie solaire.
- Subventions et crédits d'impôts : la France a également mis en place des subventions et des crédits d'impôts pour aider les particuliers et les entreprises à financer l'installation de panneaux solaires.
- Incitations pour les projets de grande envergure : La France a lancé des appels d'offres pour encourager les projets de grande envergure qui visent à installer des centrales solaires de grande puissance.
- Obligation d'achat : La France a mis en place un système d'obligation d'achat qui oblige les fournisseurs d'énergie à acheter une partie de leur électricité auprès de producteurs d'énergie renouvelable.
- Développement de l'autoconsommation : La France a également mis en place des incitations pour l'autoconsommation, qui permet aux particuliers et aux entreprises de consommer l'énergie solaire qu'ils produisent eux-mêmes, plutôt que de la revendre au réseau.
Il est important de noter que cette liste n'est pas exhaustive et que les politiques et les incitations peuvent varier en fonction des années. Il est donc important de se tenir informé des dernières politiques pour obtenir des informations les plus précises possibles.