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Energie solaire

 
Les panneaux solaires une source d'énergie pour demain?  

 

1) Les avantages de l'énergie solaire

 

Les avantages sur le plan écologique

    Le principal avantage de l’énergie solaire est qu’elle permet de se passer des énergies fossiles, c'est-à-dire du charbon, du pétrole ou du gaz. Non seulement ces énergies n’existent qu’en quantité limitée sur la planète, ce qui fait que leur production diminue et que leur prix augmente à mesure que les réserves se tarissent, mais en plus leur combustion provoque la libération dans l’atmosphère de dioxyde de carbone, ce qui est à l’origine de l’accroissement de l’effet de serre.
A l’inverse, les panneaux solaires ne rejettent aucun gaz à effet de serre, ni aucun déchet toxique ou radioactif. Cela représente un avantage considérable sachant qu'en France, 85.7% de l'énergie provient du nucléaire. L'énergie solaire est donc non polluante et, de ce fait, permet d'importantes économies d'énergie. En outre, l'énergie produite par les panneaux solaires provient des rayons du soleil, elle est par conséquent inépuisable et accessible à tous. Les énergies fossiles, en revanche, sont disponibles en quantités limitées, mais elles sont pour le moment plus utilisées que le solaire. 
La fabrication des cellules photovoltaïques nécessite une grande quantité d’énergie. En effet, le silicium utilisé pour la fabrication des cellules doit subir de nombreux traitements et être purifié. L’énergie nécessaire à la fabrication et à la production des panneaux solaires photovoltaïques est appelée énergie grise. Cette quantité d’énergie considérable dans la production des panneaux fait parfois l’objet d’une controverse de l’énergie solaire, car l’on se figure parfois, à tort, qu’un panneau solaire utilise plus d’énergie lors de sa fabrication qu’il n’en produira par la suite. Mais il s’agit là d’une idée fausse. On estime en effet qu’une cellule photovoltaïque produira en deux ou trois ans environ la quantité d’énergie qui a été utilisée lors de sa fabrication, sachant que sa durée de vie est en moyenne de 25 ans. Le bilan énergétique des panneaux solaires est donc tout à fait intéressant. 

 

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Bilan énergétique d’une cellule photovoltaïque

  

 En outre, l’énergie solaire peut se développer davantage grâce à la possibilité récente de recycler le silicium, composant essentiellement présent dans les cellules photovoltaïques. En effet, en novembre 2007, la société multinationale américaine International Business Machines Corporation (IBM) a déclaré avoir développé un procédé de recyclage des galettes de silicium (appelées « wafers ») qu’elle utilisait dans la fabrication des microprocesseurs, et qu’elle serait prête à vendre ce silicium aux fabricants de systèmes photovoltaïques. En effet, 3.3% des 250 000 wafers de ce genre fabriquées chaque jour à travers le monde sont jetées : si le silicium était récupéré, cela représenterait un potentiel de 13.5 MW d’énergie solaire.

 

 

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Photographie d’une galette de silicium, ou « wafer »

 

Les avantages économiques

     Mais les avantages de l'énergie solaire ne concernent pas uniquement l'environnement.
En effet, les panneaux solaires permettent l'autonomie des installations de petite taille ou des sites isolés en évitant leur raccord au réseau de l'Électricité De France (EDF). Cette autonomie est avantageuse car le raccord d'un site au réseau EDF est onéreux (de l'ordre de 30000 euros/km). L’énergie solaire est également subventionnée par l’État, qui peut rembourser jusqu’à 60% du coût de l’installation du panneau solaire dans le cas d’une installation domestique. De plus, la présence d’une installation solaire augmente la valeur du bâtiment sur-lequel elle se trouve.

 

L'aspect pratique des panneaux solaires

    Accessoirement, les panneaux solaires ne nécessitent que très peu d’entretien dès lors qu’ils sont installés, car l’énergie est produite sans intervention extérieure. Les capteurs solaires ne nécessitent aucun entretien particulier. Les panneaux thermiques ont uniquement besoin de la visite annuelle d'un chauffagiste afin de vérifier la pression des fluides, ainsi que de s'assurer que le système ne comporte pas de fuites. En ce qui concerne les panneaux photovoltaïques, il suffit de changer les ondulateurs une fois tous les dix ans. La production d’énergie par les panneaux solaires est également parfaitement silencieuse.
Enfin, les panneaux solaires sont pour le moment très peu utilisés et l’on peut s’attendre à ce qu’ils évoluent positivement et se perfectionnent encore. En outre, les énergies fossiles étant une ressource limitée, leur prix devrait augmenter dans les prochaines années, ce qui assurerait l’avenir de l’énergie solaire.

 

2) Les inconvénients de l'énergie solaire

 

La relativement faible efficacité des panneaux solaires

     Les panneaux solaires, cependant, présentent un certain nombre d'inconvénients, à commencer par leur efficacité limitée.
En effet, leur rendement est faible : en ce qui concerne les modules photovoltaïques, le rendement de conversion du rayonnement solaire en énergie est limitée à environ 28% pour une cellule au silicium cristallin. L'énergie solaire est donc, pour le solaire thermique comme pour le solaire photovoltaïque, une énergie diffuse, peu puissante, ce qui compromet son utilisation dans les grands ensembles, dont les besoins en énergie sont importants. Par conséquent, pour subvenir pleinement aux besoins en électricité et en chaleur, une grande surface de panneaux solaires est nécessaire.
Ainsi, la taille des installations solaires est un obstacle à leur développement. L'énergie solaire ne sera pas suffisante pour remplacer toutes les énergies fossiles, car cela nécessiterait la disponibilité d'immenses surfaces pour y installer les systèmes solaires.
En outre, la durée de vie d'un panneau solaire est limitée. Au-delà d'un certain temps d'utilisation, les rendements en énergie diminuent rapidement, l'efficacité du panneau décroît puis devient peu à peu insignifiante. En moyenne, un panneau solaire est efficace durant une période de 25 ans.

 

Le coût élevé des panneaux solaires

    L'installation des panneaux solaires reste relativement onéreuse : en fonction du type de matériau utilisé, le prix de l'installation d'un système photovoltaïque couvrant une surface de 10 m² varie entre 5000 et 9000 euros. En effet, un module photovoltaïque est un système de haute technologie, d'où son prix élevé. De même, le prix d'installation d'une système thermique est d’environ 1200 euros/m² TTC. En outre, en ce qui concerne le solaire photovoltaïque, le prix du raccord à l’EDF (Électricité de France) est d’environ 18000 euros pour 20 m² raccordés à l’EDF.
Par conséquent, du point de vue financier, l’énergie solaire est loin d’être la plus avantageuse. L’énergie nucléaire, par exemple, est nettement plus rentable. L’énergie solaire n’est donc pas compétitive concernant la production de grandes quantités d’énergie, elle ne peut pas couvrir les besoins énergétiques du monde entier.
De plus, le coût élevé des panneaux solaires ne concerne pas uniquement leur installation. La production d’électricité ou de chaleur par les panneaux solaires est irrégulière car elle varie en fonction de la météo et n’a lieu que pendant la journée, il est donc nécessaire de stocker une partie de l’énergie produite. Des moyens de stockage de cette énergie existent, sous forme de batterie, mais leur prix est très élevé. Ces batteries de stockage fonctionnent au plomb, et certaines d’entre elles fonctionnent désormais à l’hydrogène. Elles appartiennent à l’EDF et doivent être renouvelées tous les 5 à 10 ans. Cela dit, si la batterie de stockage et les composants de régulation de l’énergie produite qui lui sont associés sont bien installés et convenablement choisis, leur efficacité est satisfaisante.

 

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Installation solaire équipée d’un système de stockage

 

 

    Les panneaux solaires sont donc onéreux et nécessitent pour le moment des subventions du gouvernement afin d’être accessibles aux particuliers.

 

La difficulté du choix de dimension des panneaux

    Lors de l’installation des systèmes solaires, un problème se pose. La dimension des panneaux dépend des besoins de l’habitat en énergie, qui eux-mêmes dépendent de plusieurs facteurs. En effet, selon l’ensoleillement du lieu, le rendement des panneaux solaires sera plus ou moins efficace. En outre, les besoins en chaleur seront moins importants si le climat est doux que si le climat est froid. D’où ce problème : les besoins d’énergie en été sont largement inférieurs aux besoins d’énergie en hiver, alors que l’irradiation solaire est bien moins importante en hiver qu’en été. Par conséquent, il faut augmenter de manière importante la taille des capteurs solaires par rapport aux besoins d’énergie moyens, afin de subvenir pleinement aux besoins d’énergie en hiver. Malheureusement, cela est à l’origine d’une augmentation excessive de la température pendant l’été, lorsque les besoins sont faibles. De plus, augmenter la taille des panneaux solaires augmente considérablement le coût de l’installation. On ne peut donc obtenir de taux d’économie élevés.
Pour la majeure partie des installations solaires, la dimension des capteurs solaires est en moyenne de 1 m² de capteurs solaires installé pour 10 m² de surface chauffée.
En outre, une étude de l’ADEME effectuée sur plusieurs dizaines de sites montre que les besoins d’un habitat en chauffage sont relativement élevés (la moitié des maisons dans lesquelles a eu lieu l’étude ont un besoin supérieur à 80 kWh/m².an en chauffage). En revanche, les besoins en eau chaude sanitaires sont très faibles : le chiffre habituellement retenu dans les calculs réglementaires concernant l’eau chaude est de 21 kWh/m².an, et pourtant, dans la quasi-totalité des habitats dans lesquelles a été réalisée l’étude, les besoins sont inférieurs à ce chiffre et dans la moitié d’entre eux, il est même deux fois moins important.

 

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Besoins annuels de chauffage pour chaque installation étudiée par l’ADEME

 

 

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Besoins annuels en eau chaude sanitaire pour chaque installation étudiée par l’ADEME

 

    Les besoins en énergie de l’habitat concernant le chauffage et l’eau chaude sanitaires sont donc déséquilibrés, ce qui ne facilite pas le choix de la dimension des capteurs solaires.

 

 

3) Les résultats de l'énergie solaire

 

Les économies d'énergie   


Bien que l'énergie solaire ne soit encore que peu développée, des résultats sont néanmoins visibles. Une étude de l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie), réalisée dans différentes régions, montre que les panneaux solaires permettent en moyenne l'économie de 350 kWh/m².an (voir schéma ci-dessous). Ce gain d'énergie n'est pas négligeable : dans une région moyennement ensoleillée, la pose de panneaux solaires pour une surface de 15 m² de capteurs solaires, cela représente une économie annuelle de plus de 5000 kWh. Par conséquent, dans des conditions climatiques favorables, c'est à dire idéalement dans un site ensoleillé au climat de montagne, les économies d'énergie peuvent être nettement supérieures à cette moyenne. Mais les économies potentiellement réalisables varient énormément entre les différentes régions, en raison des différences climatiques.

 

 

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Source : ADEME

 

 

Le développement du solaire thermique


Le solaire thermique, en constante amélioration depuis une vingtaine d'années, est désormais arrivé à maturité. De plus, tout le territoire reçoit une quantité suffisante de rayonnements solaires pour pouvoir utiliser cette ressource inépuisable.
Un des objectifs de l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie) est de permettre le développement du solaire thermique en France à des fins environnementaux. Ainsi, en 1999, l'ADEME a lancé le Plan Soleil afin d'améliorer la diffusion des systèmes de production d'eau chaude sanitaire à usage individuel et collectif par l'usage des panneaux solaires thermiques.
L'action de l'ADEME a été progressive, mais les résultats sont très nets. En effet, en l'espace de quatre ans, la surface de capteurs solaires installés chez des individuels est passé de 6350 m² en 2000 à 55340 m² en 2004 (voir tableau ci-dessous).

 

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    Pour le moment, le développement du solaire thermique concernant l'eau chaude sanitaire collective est moins avancé que celui des particuliers (seulement 7767 m² de capteurs installés en 2004).

 

graphique
Cela dit, le potentiel du chauffage collectif par les panneaux solaires thermiques est immense. L'utilisation du solaire thermique par les centaines de milliers de chambres d'hôtels présentes en France, ainsi que par les millions de logements en collectif, assurerait une baisse significative des besoins d'énergie dans le secteur du bâtiment. De plus, choisir l'énergie solaire pour l'eau chaude sanitaire dans les 140000 appartements construits chaque année permettrait un gain de 15 à 20% d'efficacité énergétique. L'utilisation de l'énergie solaire dans la collectivité est donc très prometteuse.