Panneau solaire

Un panneau solaire est un système conçu pour récupérer une partie de l'énergie du rayonnement solaire pour la convertir en une forme d'énergie (électrique ou thermique^[1]) utilisable par l'homme.

Le processus de fabrication des panneaux solaires est nocif en matière de réchauffement climatique, puisque cette fabrication nécessite l'utilisation de NF3, gaz 17 000 fois plus nocif que le CO2. La présence de ce gaz, non réglementé par le protocole de Kyoto, augmente de 11% par an (cf. lemonde. fr 23/12/2008).

Différentes méthodes

On peut distinguer deux types de panneaux solaires :

• les panneaux solaires thermiques, nommés capteurs solaires thermiques, qui convertissent la lumière en chaleur récupérée et utilisée sous forme d'eau chaude ;
• les panneaux solaires photovoltaïques, nommés modules photovoltaïques, qui convertissent la lumière en électricité. Le solaire photovoltaïque est couramment nommé PV.

Dans les deux cas, les panneaux sont généralement plats, d'une surface approchant plus ou moins le m² pour favoriser et optimiser la pose. Les panneaux solaires sont les composants de base de la majorité des équipements de production d'énergie solaire.

Les panneaux solaires thermiques sont aujourd'hui plus rentables économiquement que les modules photovoltaïques grâce à un rendement élevé avoisinant les 80 % (voir capteur solaire thermique), cependant, l'énergie récupérée est pour le moment utilisée principalement pour le chauffage de l'eau chaude sanitaire.

L'intérêt d'utiliser des panneaux solaires photovoltaïques apparaît vite quand on sait qu'une surface carrée de 344 km de côté (120 000 km²) pourrait couvrir la totalité des besoins mondiaux en électricité : le rendement d'une installation photovoltaïque étant estimé entre 15-17 % (en 2007 en Europe) soit 160 kWh/an/m² (ou 160 GWh/an/km²^[2]) avec des besoins mondiaux estimés à 19 000 TWh (chiffre 2006; 16 000 TWh en 2004^[3]). Dans le cas de l'Europe des 27 (3 000 TWh), une surface de 137 km de côté (19 000 km²) suffirait, alors que dans le cas de la France (500 TWh), il faudrait qu'elle ait 56 km de côté (3 100 km²).

En général, on considère que la totalité de la surface des toitures existantes correctement exposées et couvertes de panneaux pourrait suffire à satisfaire la totalité des besoins mondiaux en électricité.

Pour estimer le potentiel de l'énergie solaire, il faut savoir que l'énergie émise par le soleil et reçue par la terre en à peu près une heure devrait permettre, si elle était récupérée en totalité, de pourvoir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant un an.

Qu'est-ce qu'un capteur solaire ?

Un capteur solaire se compose d'un absorbeur avec un tuyau en forme de serpentin, le tout inséré dans un boîtier qui fait effet de serre. Voir schémas d'un capteurs en marche.

Le chauffe-eau solaire est la principale utilisation des panneaux solaires thermiques du fait de sa rentabilité et de la faible évolution saisonnière des besoins d'eau chaude, fréquemment aussi important en été qu'en hiver. Les économies procurées permettent d'amortir l'installation bien avant sa fin de vie qui va bien au delà de 30 ans.

Dans les régions chaudes, les capteurs solaires utilisés sont fréquemment rudimentaires : un réservoir peint de couleur sombre, un long tuyau déroulé sur un toit.

L'énergie solaire captée dans la journée est stockée sous forme d'eau chaude dans un ballon de quelques centaines de litres (pour une maison).

Sous la latitude de Paris, une autonomie de plusieurs jours, en été, est envisageable avec une surface de capteurs suffisante (1 à 2 m² par personne), et un volume du ballon de l'ordre de 80 à 100 litres par utilisateur. Une animation d'un Capteur solaire

Pour compenser les insuffisances d'ensoleillement, un appoint est indispensable. On utilise dans la majorité des cas, pour la production d'eau chaude sanitaire, une résistance électrique raccordée au réseau, avec une régulation adaptée. Dans la mise en place d'installations plus importantes, il est envisageable de chauffer une maison en basse température et associer cette installation à une pompe à chaleur de dimension appropriée. C'est aujourd'hui la meilleure solution et la plus écologique si elle est combinée à une bonne isolation du bâtiment

Panneaux solaires thermiques : les capteurs solaires

Il existe deux types de panneaux solaires thermiques : les capteurs à eau et les capteurs à air.

• Dans les capteurs thermiques «à eau», l'eau ou plus fréquemment un liquide caloporteur, (cf chauffe-eau solaire) circule dans des tubes pourvus d'ailettes en circuit fermé. Pour obtenir un meilleur rendement, la totalité est positionné dans une boîte vitrée isolante afin d'obtenir un effet de serre. Avec un ensoleillement important, et si les besoins en eau chaude sont modérés, un simple réseau de tubes à ailettes peut suffire. Les ailettes, qui forment ce qu'on nomme l'absorbeur, sont chauffées par le rayonnement solaire et transmettent leur chaleur au liquide caloporteur qui circule dans les tubes. Les capteurs solaires à eau sont utilisés pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) dans un chauffe eau solaire individuel (CESI). C'est aujourd'hui la solution la plus rentable en termes de solaire. Les dispositifs solaires combinés (SSC) commencent à se développer. Ils ont pour objectif de produire de l'eau chaude sanitaire et de l'eau chaude conçue pour participer au chauffage du logement. Ces dispositifs permettent d'économiser de l'ordre de 350 kWh par an et par m² de capteurs ^[4].

• Dans les capteurs thermiques «à air», de l'air circule et s'échauffe au contact des absorbeurs. L'air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans les habitats pour le chauffage ou dans des hangars agricoles pour le séchage des productions.

En France le «Plan Soleil», lancé en 2000 par l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) pour les chauffe-eau solaires et la production de chaleur, incite les particuliers à s'équiper en solaire grâce à des aides incitatives de l'État, des Régions, de certains Départements et de certains regroupements communaux^[5].

Panneaux solaires photovoltaïques

Les panneaux solaires photovoltaïques regroupent des cellules photovoltaïques reliées entre elles en série et en parallèle.

Ils peuvent s'installer sur des supports fixes au sol ou sur des dispositifs mobiles de poursuite du soleil nommés trackers, dans ce dernier cas la production électrique augmente d'environ 30 % comparé à une installation fixe. La majorité des installations fixes se font aujourd'hui plutôt sur les toîts des logements ou des bâtiments, soit en intégration de toîture, soit en surimposition. En ville, on commence à poser des panneaux verticaux en façade d'immeuble, cette inclinaison n'est pas optimum pour la production d'électricité, mais comme ces panneaux remplacent le revêtement de façade, l'économie réalisée sur le revêtement compense une production plus faible.

Les détracteurs de l'énergie photovoltaique disent qu'un panneau solaire photovoltaïque met entre 2 à 3 ans pour produire tout autant d'énergie qu'il en a fallu pour le construire en tenant compte de la chaîne complète depuis l'extraction des matières premières jusqu'à la fabrication, le transport et la pose. Cependant, ce chiffre ne semble pas étayé par un calcul scientifique. En 2004, le département Américain de l'Energie estimait cette durée à 4 ans maximum ^[6]. Du point de vue du bilan en CO², sur un cycle de vie de 20 ans, l'émission en gaz carbonique par Wh produit par un panneau photovoltaïque pourrait représenter 72% des émissions par Wh produit par une centrale thermique. ^[7]

Notes et références

Voir aussi

• Centrale solaire photovoltaïque
• Cellule photovoltaïque
• Tenerrdis

Liens externes

• (fr) Académie de Nantes : La maison solaire
• (fr) Énergies alternatives : Comment utiliser l'énergie solaire

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