Qu’est-ce que l’énergie solaire ?

L'énergie solaire exploite l'énergie du soleil qui atteint la surface de la Terre directement sous forme de chaleur ou la convertit en électricité via des cellules photovoltaïques. La cellule photovoltaïque standard constitue le moyen le plus efficace d’exploiter l’énergie solaire. Lorsque vous utilisez l'énergie solaire comme chaleur directement du soleil, un réflecteur de chaleur solaire concentre l'énergie thermique du soleil en un point. Il peut être utilisé pour faire tourner des turbines à vapeur afin de produire de l’électricité. L’énergie solaire est considérée comme l’une des sources d’énergie les plus propres. Au fil des années, l’exploitation de l’énergie solaire s’est développée pour accroître l’autosuffisance, réduire l’utilisation de combustibles fossiles et améliorer la durabilité de l’écosystème mondial. Comment fonctionne l'énergie solaire? Bases des cellules photovoltaïques Quelle est l’efficacité des panneaux solaires ? Bases de conception du système solaire photovoltaïque Énergie solaire-thermique concentrée Résumé Comment fonctionne l'énergie solaire? L'énergie solaire atteint la Terre en une heure et demie pour alimenter la Terre entière pendant un an. La technologie solaire est utilisée pour exploiter cette énergie et la convertir en une forme d’énergie utilisable. L’électricité solaire générée peut être stockée dans des batteries ou dans un stockage thermique. Toute l’énergie solaire provient du rayonnement solaire émis par le soleil. Même si chaque endroit sur Terre reçoit un peu de soleil, la quantité de rayonnement solaire dans le monde varie. La technologie solaire est utilisée pour transformer ce rayonnement en énergie utile. Il peut être exploité via des cellules photovoltaïques sur des convertisseurs solaires-thermiques. Bases des cellules photovoltaïques Les cellules photovoltaïques constituent la méthode la plus courante pour exploiter l’énergie solaire. Lorsque le soleil brille sur un panneau solaire, il est absorbé par les cellules photovoltaïques et transformé en électricité. Une seule cellule photovoltaïque peut générer environ 1 watt de puissance. Ces cellules sont généralement inférieures à l’épaisseur des cheveux humains. Ils sont placés entre un couvercle en verre et une base en plastique pour les rendre durables pour une utilisation en extérieur. Les cellules photovoltaïques sont combinées en chaîne pour former un seul panneau solaire. Ces panneaux peuvent être utilisés individuellement ou connectés pour former un panneau solaire. Un panneau solaire peut ensuite être connecté au réseau en tant que système photovoltaïque. Puisqu’il est modulaire, un système photovoltaïque peut être étendu pour répondre aux exigences de n’importe quelle maison, quelle que soit sa taille. Les panneaux photovoltaïques et les panneaux solaires font partie d'un système photovoltaïque. Un système complet comprendra des supports pour les panneaux et d'autres composants qui convertissent l'énergie solaire du courant continu en courant alternatif utilisé par les appareils électriques de la maison. Aux États-Unis, les plus grandes installations photovoltaïques se trouvent dans l’État de Californie. Cela est dû au fait que l’État bénéficie d’un ensoleillement suffisant et d’une politique favorable à l’énergie solaire. Par conséquent, le pays possède l’une des industries solaires les plus développées des États-Unis. Par exemple, la centrale photovoltaïque Solar Star de Californie produit 579 MW d'électricité, tandis que la ferme solaire Topaz produit 550 MW d'électricité. Quelle est l’efficacité des panneaux solaires ? L’efficacité d’une cellule photovoltaïque correspond à la quantité d’énergie solaire qu’elle peut convertir en énergie utilisable. Améliorer l’efficacité des cellules photovoltaïques est un objectif majeur des chercheurs du monde entier. Cela améliorera la compétitivité-coût de l’énergie solaire par rapport aux sources d’énergie conventionnelles. Plusieurs facteurs affectent l'efficacité des cellules solaires photovoltaïques. Ils sont: Longueur d'onde La lumière comprend des photons ; paquets d'énergie qui existent dans différentes longueurs d'onde. La lumière du soleil a différentes longueurs d'onde allant de l'UV au visible en passant par l'infrarouge. Lorsque la lumière atteint la surface d’une cellule solaire, certains photons la traversent tandis que d’autres sont réfléchis. Seule une partie des photons est absorbée pour créer de l'électricité. Recombinaison Le courant circule à travers les semi-conducteurs lorsque des électrons les traversent. Cependant, au sein d’un semi-conducteur, il existe des trous, qui sont l’absence d’électrons. Parfois, les trous et les électrons se rencontrent et s’annulent. Parfois, ils s’annulent et génèrent un photon, et parfois, ils rencontrent une impureté qui interfère avec le flux de courant, générant à la place de la chaleur. Température Les cellules solaires fonctionnent mieux à des températures plus basses. À haute température, les propriétés des semi-conducteurs changent, ce qui entraîne une légère augmentation du courant et une baisse de la tension. Des changements extrêmes de température peuvent endommager les cellules et d’autres matériaux. Réflexion Le silicium non traité reflète plus de 30 % de toute la lumière incidente. Une façon d’atténuer ce problème consiste à utiliser des revêtements antireflet et des surfaces texturées. Bases de conception du système solaire photovoltaïque Un système solaire photovoltaïque comprend plusieurs composants au-dessus des panneaux solaires. Ces composants sont : Structure de montage La structure de montage ou le support est l'endroit où les panneaux solaires sont placés. Il doit être stable, durable et léger pour pouvoir être facilement placé sur un toit. De plus, il doit être résistant à la corrosion et résister aux éléments pendant des décennies. Le rayonnage incline les panneaux solaires dans la direction la plus efficace pour maximiser la quantité d'énergie solaire qu'ils reçoivent. Divers calculs tels que l'élévation, la latitude, les exigences de charge et la topographie sont utilisés pour déterminer la direction optimale. Par exemple, dans l’hémisphère nord, les panneaux solaires sont orientés vers le sud pour maximiser l’énergie solaire reçue. Les panneaux solaires peuvent également être installés au sol. Lorsque le montage au sol est utilisé, un mécanisme de suivi peut être ajouté, qui fera pivoter les panneaux pour suivre le soleil dans le ciel, conduisant ainsi à une plus grande efficacité de l'ensemble du système. Il peut s’agir d’un tracker à un axe se déplaçant d’est en ouest ou d’un système à deux axes pointant directement vers le soleil à tout moment de la journée. Un système de suivi coûtera naturellement plus cher. Intégrer les systèmes solaires Un panneau solaire peut être intégré au bâtiment sans utiliser de rayonnage. Par exemple, il peut s’agir d’une partie de la toiture, des fenêtres ou de la façade d’un bâtiment. L’objectif est d’améliorer l’efficacité de la chaîne d’approvisionnement en utilisant les structures des bâtiments existants pour réduire les coûts. Un tel panneau solaire peut alimenter les lumières, les moteurs et les capteurs d’un bâtiment. Cependant, il existe encore des obstacles techniques et commerciaux à l’adoption généralisée de systèmes solaires intégrés. Onduleurs Les onduleurs convertissent le courant continu des panneaux solaires en courant alternatif utilisé pour la transmission locale. Le courant alternatif est également la puissance utilisée par la plupart des appareils électroménagers dans les maisons. Un système photovoltaïque peut avoir un seul onduleur qui convertit l'énergie du panneau solaire ou des micro-onduleurs sous chaque panneau solaire. Un seul onduleur coûte moins cher. Cependant, les micro-onduleurs peuvent être plus efficaces, surtout s'il existe un risque qu'un des panneaux solaires soit ombragé. Les invertis ont une durée de vie d'environ dix ans. Après cela, ils doivent être remplacés. Des onduleurs intelligents pour une communication bidirectionnelle entre les onduleurs et le fournisseur de services publics. Cela peut aider à équilibrer l'offre et la demande, en donnant aux services publics un aperçu de l'offre et de la demande de leurs clients. En conséquence, cela pourrait contribuer à renforcer la stabilité du réseau et à réduire le nombre de pannes de courant. Stockage Les batteries permettent de stocker l’énergie solaire photovoltaïque, afin que l’énergie puisse être utilisée à la maison lorsqu’il n’y a pas de soleil. Les services publics utilisent également des batteries pour stocker l’énergie. À mesure que les clients alimentent le réseau en énergie solaire, les batteries en stockent une partie pour la renvoyer plus tard aux clients. L’utilisation de batteries pourrait contribuer à stabiliser et moderniser les réseaux électriques. Énergie solaire-thermique concentrée L'énergie solaire thermique concentrée (CSP) est un système qui s'appuie sur des miroirs pour concentrer l'énergie solaire jusqu'à un point où elle est convertie en chaleur. La chaleur est utilisée pour produire de la vapeur qui peut entraîner des turbines pour produire de l'électricité. L’énergie solaire thermique peut être utilisée pour diverses applications industrielles en plus de la production d’électricité. Par exemple, il peut être utilisé pour le dessalement de l’eau, la récupération assistée du pétrole, la production chimique, le traitement des minéraux et la transformation des aliments. Les systèmes CSP sont utilisés pour produire de l’énergie pour des projets à l’échelle des services publics. Les usines peuvent être construites dans plusieurs configurations. La tour de puissance est le système le plus courant. Il s'agit de construire des miroirs autour d'une tour centrale, qui reçoit l'énergie solaire. Il existe également un système linéaire dans lequel les miroirs concentrent la chaleur sur des récepteurs à tubes parallèles situés au-dessus d'eux. Un petit système CSP peut également être installé là où l’énergie est nécessaire. Par exemple, une seule antenne parabolique peut produire jusqu'à 25 KW de puissance pour des applications distribuées. Résumé L’énergie solaire a gagné en popularité dans le monde entier ces dernières années. On estime que plus de 109 GW de capacité solaire sont installés aux États-Unis, ce qui peut alimenter 18,9 millions de foyers. Au cours de la dernière décennie, l’industrie solaire américaine a connu une croissance d’environ 42 % par an. Avec de plus en plus d’entreprises proposant des solutions d’énergie solaire aux foyers et aux entreprises, l’installation de l’énergie solaire n’a jamais été aussi simple et abordable.