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Tout comprendre sur l'énergie solaire

Vattenfall - tout comprendre sur

Série

#ToutComprendreSur

Engagé pour une vie sans énergie fossile d’ici une génération, Vattenfall vous accompagne chaque jour dans la transition énergétique. Les changements qu’elle implique dans notre quotidien nécessitent de bien comprendre les enjeux que nous devons relever tous ensemble, et les solutions qui sont déjà à notre disposition. Aujourd’hui, notre série « Tout comprendre sur… » vous emmène à la découverte de l’énergie solaire.

Vattenfall - hydroélectricité

Chaque année, la Terre reçoit un rayonnement solaire estimé à 173 pétawatts (c’est-à-dire 173 milliards de mégawatts), soit une moyenne d’environ 340 watts par m2 (l’équivalent d’un radiateur sèche-serviette par exemple).

La part exploitable de ce rayonnement serait à même de couvrir plus de 20 fois les besoins énergétiques mondiaux actuels. Et pourtant, l’énergie solaire ne représente encore que 1 à 2% des capacités de production électrique mondiales.

Comment ça marche ?

Issue des réactions de fusion nucléaire qui animent le Soleil, l’énergie solaire est diffusée jusqu’à la Terre par effet de rayonnement via les différents vecteurs que sont les ondes radio, les rayons gamma ou encore la lumière visible, tous constitués de particules élémentaires : les photons.

Il existe actuellement trois moyens d’exploiter ces photons :

  • le solaire thermique qui transforme directement le rayonnement solaire en chaleur — sans produire d’électricité ;
  • le solaire thermodynamique, variante du solaire thermique, qui utilise l’énergie thermique du soleil pour générer de l’électricité ;
  • le solaire photovoltaïque qui transforme directement le rayonnement solaire en électricité.

Quel que soit le moyen d’exploitation, l’énergie solaire reçue est dépendante du niveau d’ensoleillement, qui varie selon un certain nombre de paramètres comme la latitude, la saison, l’heure et la couverture nuageuse.

Consultez l’Atlas solaire interactif de la Banque Mondiale : https://globalsolaratlas.info

Les différents systèmes d’exploitation
de l’énergie solaire

1

Le solaire
thermique

Un capteur thermique absorbe les photons solaires et les transforme en chaleur. Celle-ci est ensuite transmise à un liquide ou à un gaz qui la transporte vers un réservoir de stockage de chaleur. L’énergie solaire thermique est essentiellement utilisée pour dans des applications de type chauffe-eau, chauffages solaires, cuisinières… Elle ne produit pas d’électricité.

Exemple de chauffe-eau solaire utilisant l’énergie solaire thermique
2

Le solaire
thermodynamique

Bien plus puissant que le solaire thermique, le solaire thermodynamique utilise le principe de concentration :

  1. des miroirs captent et renvoient le rayonnement solaire en un même point, générant ainsi des températures très élevées, de l’ordre de 400 à 1.000 °C ;
  2. la chaleur obtenue transforme de l’eau en vapeur d’eau;
  3. la vapeur sous pression fait tourner une turbine qui entraîne un alternateur ;
  4. 4. l’alternateur produit de l’électricité.

Ce type d’installation est surtout exploité en Espagne et aux États-Unis qui détiennent, à eux deux, 80 % de la puissance mondiale. Il n’en existe pas en France.

Située dans le désert de Mojave à 64km de Las Vegas, la centrale solaire d’Ivanpah totalise une puissance de 392 MW. Avec ses 173.500 miroirs héliostat (qui suivent la course du Soleil tout au long de la journée) et ses 3 générateurs de vapeur, elle couvre les besoins annuels en électricité de 140.000 foyers.

3

Le solaire
photovoltaïque (PV)

La conversion de l’énergie solaire en énergie électrique résulte d’un phénomène découvert par le physicien français Alexandre Edmond Becquerel en 1839. L’intérêt de cette technique est de convertir directement l’énergie du Soleil en électricité :

  1. les photons issus du rayonnement solaire sont captés par une cellule photovoltaïque, dont les matériaux semi-conducteurs très purs (principalement composés de silicium, d’indium ou de sélénium), mettent en mouvement des électrons.
  2. ce mouvement de charges positives et négatives permet de produire un courant électrique.

Pouvant fonctionner avec ou sans raccordement à un réseau, cette énergie peut être utilisée :

  • de manière centralisée avec des grandes centrales solaires au sol ;
  • de manière dite « décentralisée », sur le toit d’une maison, sur des ombrières de parking ou sur des bâtiments industriels. Elle peut répondre aux besoins électriques d’une maison comme d’une industrie.

Le solaire photovoltaïque est le seul type d’installation solaire qui produise de l’électricité en France.

Exemple d’utilisation photovoltaïque : ombrière de parking

Exemple d’utilisation photovoltaïque : centrale solaire au sol

Pourquoi miser sur l’énergie solaire photovoltaïque pour produire de l’électricité ?

Ressource disponible gratuitement, renouvelable et potentiellement inépuisable à l’échelle humaine, l’énergie solaire offre un potentiel considérable dans un contexte de réduction des émissions de CO2 et de préservation des ressources fossiles.

Le solaire photovoltaïque en France

Le mix électrique renouvelable français

En France, il occupe la 3ème place des énergies renouvelables, derrière l’hydraulique et l’éolien terrestre, avec un parc solaire d’une puissance de 8,7GW ayant produit 11 TWh en 2018 (soit 2,3% de l’électricité consommée en année glissante).

Source : Panorama de l’électricité renouvelable au 31 mars 2019

Les avantages et les limites du solaire photovoltaïque

Vattenfall - avantages centrale hydraulique

Les avantages

Polyvalence
Très modulaires, les panneaux rendent possible la conception d’installations de toutes tailles dans des environnements très variés :

  • du petit système décentralisé en site isolé à des fins domestiques…
  • …aux plus grands dispositifs à des fins de production énergétique industrielle ou au sol.

Durabilité

  • En phase d’exploitation, la production d’électricité photovoltaïque n’émet pas de CO2.
  • Très abondant, le silicium n’est pas toxique.
  • Presque intégralement recyclables, les panneaux solaires ont une durée de vie de 20 à plus de 30 ans.
Vattenfall - inconvénients centrale hydraulique

Les limites

L’intermittence
La nature intermittente de cette énergie en limite son utilisation : selon l’installation et sa qualité, un panneau solaire fonctionne réellement entre 6 et 18% du temps. En effet, le solaire PV ne fonctionne pas la nuit, par exemple. Il est donc nécessaire de trouver des solutions de stockage à moyen/long terme pour en bénéficier sur des plages horaires plus étendues.

La disponibilité d’espace suffisant
Une grande centrale au sol requiert de vastes espaces (souvent plus de 1 hectare par MW installé), qui peuvent entrer en concurrence avec les espaces agricoles.