Comment utiliser l’énergie solaire ?

Présente autour de nous, naturelle et inépuisable, l’énergie solaire est une formidable source d’énergie que nous pouvons utiliser pour notre usage domestique en installant des panneaux solaires. Une manière écologique et économique de produire sa propre électricité. Vous pensez tout savoir sur les panneaux solaires ? Nous revenons pour vous sur les fondamentaux de l’énergie solaire, la source qui permet aux panneaux solaires de fonctionner !

Comment fonctionne l’énergie solaire ?

Vous comprenez à peu près le fonctionnement d’un panneau solaire mais savez-vous exactement ce qu’est l’énergie solaire, comment elle fonctionne et comment nous arrivons à l’exploiter ensuite pour produire de l’électricité ? Pour cela, il faut bien comprendre plusieurs concepts comme celui de l’irradiation. D’autres éléments interviennent ensuite, qui vont conditionner le rendement de vos panneaux solaires. Explications.

Le principe d’irradiation

L’énergie solaire est quantifiée grâce au concept d’irradiation (aussi appelée rayonnement solaire). C’est la quantité d’énergie solaire qui atteint la Terre sur une surface donnée. Elle est mesurée en Wh/m². Le rayonnement solaire au niveau de la Terre est en moyenne de 1 361 W/m². On perd ensuite une grande partie de l’énergie dans les couches de l’atmosphère.

Enfin, on observe la quantité d’énergie arrivant sur une surface au sol sur une période de temps donnée : soit sur une année. C’est l’irradiation globale horizontale, qui a des valeurs entre 1 200 et 2 000 kWh/m² par an en France. Pour utiliser ensuite l’énergie reçue, plusieurs autres facteurs vont intervenir et ils détermineront le rendement de vos panneaux solaires.

L’exposition de vos panneaux solaires

Tous les panneaux solaires ne vont pas produire la même quantité d’électricité. Cela dépendra de plusieurs facteurs auxquels vous aurez bien veillé avant la pose de vos panneaux solaires. En effet, la situation de votre toiture, son inclinaison et son orientation vont jouer un rôle majeur dans la collecte de l’énergie solaire. Les conditions optimales d’exposition de vos panneaux solaires quand vous habitez en France métropolitaine sont :

• une inclinaison de 35°
• une orientation Sud

Fort heureusement, ces conditions ne sont pas les seules envisageables pour la pose de panneaux solaires ! Vous pouvez tout à fait obtenir un bon ensoleillement dans des conditions diverses. Il faut savoir que l’exposition de vos panneaux solaires risque de générer des pertes. Il faut donc bien garder à l’esprit que l’inclinaison et l’orientation sont deux éléments intimement liés qui vont faire varier le taux d’énergie solaire reçue. Ce schéma reprend l’importance de l’exposition selon différentes situations (le flux lumineux représente l’exposition).

Le rendement du module

Tout comme l’exposition de vos panneaux solaires, tous les panneaux solaires ne se valent pas ! Il existe aujourd’hui plusieurs technologies de panneaux (polycristallin, monocristallin…) qui permettent des rendements différents. Le rendement de vos panneaux solaires correspond à la quantité d’énergie restituée en sortie du panneau. Théoriquement, le rendement maximum est de 33,7%. Cela signifie qu’un peu plus d’un tiers de la quantité totale d’énergie arrivant sur le panneau pourrait être restitué en électricité.

Pour calculer la quantité d’énergie totale à sa sortie du panneau solaire, l’opération est la suivante :

Irradiation x Coefficient de pertes générées par l’exposition x Surface totale des panneaux solaires x Rendement

Le performance ratio

Le performance ratio est un élément qui vous permet de calculer votre taux de production. Le Performance Ratio est le ratio entre la valeur de production théorique et la valeur réelle. C’est-à-dire qu’il existe des éléments qui vont faire varier la production réelle. Les éléments qui peuvent jouer sur la production réelle sont :

• La température (extérieure mais aussi du fait des réactions différentes selon les panneaux à une forte chaleur et le type d’intégration dans la toiture qui a un effet sur les variations de température)
• Les pertes dues à des masques d’ombrage
• Les pertes dues à la réflectivité ou à un trop faible ensoleillement  
• Les pertes du système lui-même (par effet Joule)

À titre d’exemple, pour une valeur classique sans masque d’ombrage : panneaux ventilés (surimposé) on trouve entre 0,8 et 0,85 comme Performance Ratio. Pour des panneaux intégrés au bâti, non ventilés, on pourra trouver entre 0,75 et 0,8 comme Performance Ratio sur des installations plus anciennes.

Pour obtenir la production réelle de vos panneaux solaires voici le calcul à retenir :

Energie produite = Irradiation x Coefficient de pertes générées par l’exposition x Surface installation x Rendement x Performance Ratio

Si par exemple vous habitez Arcachon, dans une maison avec un toit orienté Sud-Ouest qui a une inclinaison de 30° et pas d’ombres projetées et que vous décidez d’installer 10 panneaux standards (1m x 1m60) dont le rendement est de 18,75%.

L’irradiation sera de 1 760 kWh/m²/an.

On peut voir sur le schéma plus haut que le coefficient de pertes générées par l’exposition sera de 95%. La surface utile de l’installation sera égale à 16 m². Le rendement est 18,75%. En faisant le calcul pour un panneau, multiplier la surface du panneau par son rendement renverra sa puissance nominale en Wc :

1,6 m² x 18,75% = 300 Wc

Enfin le performance ratio est décomposé ainsi :

• pertes dues à la température et à la faible exposition : 9,3% ;
• pertes dues à la réflectivité : 2,7% ;
• pertes du système : 10%.

PR = 0,907 x 0,973 x 0,9 = 79,4%

L’énergie produite par les 10 panneaux sera de :

1760 x 0,95 x 16 x 0,1875 x 0,794 = 3983 kWh/an

Comment utiliser l’énergie solaire ?

L’énergie solaire c’est de la lumière visible, de l’infrarouge (donc de la chaleur) et des ultra violets. Il y a donc plusieurs utilisations de l’énergie solaire. En ce qui concerne les panneaux solaires, deux utilisations peuvent être faites de l’énergie solaire. Alors que le photovoltaïque a besoin de lumière donc de photons pour fonctionner, le solaire thermique exploite la chaleur donc les infrarouges. Voici les différences notables entre les deux :

• L’installation photovoltaïque : requiert du matériel hautement technologique (donc difficile à produire). Sa pose ne nécessite pas beaucoup de connaissances, il existe même des kit-solaires pour poser soi-même des panneaux photovoltaïques
• L’installation solaire thermique : matériel low tech (on peut en créer soi-même, les panneaux DIY avec les cannettes peintes en noir). L’installation requiert un bon niveau de connaissance et ne peut pas être réalisé par des bricoleurs amateurs (la plomberie est un métier : il faut savoir installer un système efficient minimisant les pertes de chaleur et qui tient dans le temps)

Selon votre situation personnelle, vous pouvez vous orienter vers l’une de ces solutions solaires. Pour être sûre de faire le bon choix, vous pouvez demander l’aide d’un professionnel afin qu’il établisse pour vous un devis solaire.

Vous pouvez également réduire la consommation d’énergie de votre logement grâce à l’ensoleillement naturel ! En plus de l’aspect bien-être qu’il apporte, le soleil permet également de chauffer naturellement un logement en fonction de son exposition. Mais ne vous méprenez pas en pensant que seuls les logements orientés plein sud en bénéficient !

Un appartement orienté plein Est recevra du soleil le matin, plein Sud à midi et plein Ouest l’après-midi. De cette manière, des économies d’énergie sont envisageables sur la réduction des températures du chauffage, quelle que soit l’exposition du bien. A cela s’ajoute la luminosité d’un logement, qui permet d’éclairer de manière naturelle sans avoir besoin de lumière artificielle. 

Il existe maintenant des méthodes pour calculer  l’ensoleillement et la luminosité naturelle d’un logement. Lors de l’acquisition de votre prochain bien, demandez un certificat de luminosité aux experts du secteur.

Les avantages et les enjeux de l’énergie solaire

L’énergie solaire, un enjeu historique

L’énergie solaire est une énergie précieuse, elle est virtuellement inépuisable et promet encore quelques milliards d’années de production. Nous avons donc tout intérêt à nous y intéresser de près et à la chérir ! Historiquement, si l’on remonte suffisamment loin, toute l’énergie consommée sur Terre nous vient du soleil, hormis le nucléaire.

La vie est apparue grâce au soleil et a permis l’apparition des animaux et des plantes. Cette biomasse finit par former avec le temps du pétrole et du charbon. Le vent qui alimente les éoliennes est dû aux écarts de température et de pression qui sont eux-mêmes dus au soleil. Seul l’uranium qui sert de combustible nucléaire est issu de la fusion d’atomes plus légers au sein d’une étoile antérieure au soleil.

On devrait par ailleurs maîtriser de mieux en mieux l’énergie que nous envoie le soleil. En théorie, la quantité d’énergie reçue en une heure par la Terre suffirait à alimenter les besoins de l’humanité pendant 1 an si on pouvait l’exploiter (et la stocker). Les grands enjeux de l’énergie solaire concernent donc son intermittence et son stockage.

Quelle exploitation de l’énergie solaire pour le futur ?

Aujourd’hui, on constate que les panneaux solaires se démocratisent de plus en plus pour les particuliers. La filière commence à devenir rentable et les prix baissent. D’autres perspectives à une échelle plus grande sont envisagées pour l’exploitation de l’énergie solaire, avec les centrales thermodynamiques à concentration. Passage en revue de ces différents projets solaires.

Qu’est-ce qu’une centrale thermodynamique à concentration ?

Une centrale à concentration thermodynamique exploite les rayons du soleil en utilisant des miroirs qui vont orienter son flux de photons. Cette installation permet d’obtenir des niveaux de températures très élevés et nettement supérieurs aux systèmes thermiques classiques.

Quelques exemples de centrales à concentration

Il existe aujourd’hui plusieurs centrales thermodynamiques dans le monde. Les plus grandes étant situées aux Etats-Unis (les cinq premières) puis en Espagne (la centrale Solaben) et au Maroc (la centrale Noor).

La centrale espagnole Solaben

En Espagne, l’énergie solaire a été hautement exploitée, dès 2004 grâce, notamment à des politiques de soutien à la filière. Comme en France ce fort taux d’installation a été ralenti un moment pour reprendre depuis 2017. La centrale solaire Solaben à Logrosán est actuellement active en partie. D’autres parties de cette centrale sont également en construction. Cette centrale permettrait de “stocker” l’eau chaude et ainsi d’avoir une inertie pour la production d’électricité qui lui permet de produire toute la journée et toute la nuit.

La centrale marocaine Noor

Depuis février 2016, la première tranche d’une centrale solaire géante baptisée Noor 1 a vu le jour près de Ouarzazate au Maroc. Ce grand projet a pour ambition avec Noor 2 et Noor 3 de fournir de l’électricité à un million de foyers marocains. Un défi de taille rendu possible grâce à l’installation de miroirs qui orientent les rayons du soleil vers des tubes qui vont ensuite chauffer le liquide caloporteur. Après transformation, l’énergie produite est injectée dans le réseau national.  Ce projet permet aux marocains de prendre le cap des énergies renouvelables, eux qui importaient 94% de leur énergie dans le passé.

Et la France dans tout ça ?

En 1983, et ce jusqu’à 1986, la centrale solaire thermodynamique de Thémis (dans les Pyrénées-Orientales) a fonctionné pour alimenter le réseau d’EDF. Cette centrale est depuis 2004 devenue la Thémis Solaire Innovation, un centre de recherche consacré à l’énergie solaire. Y sont organisées de nombreuses visites et ateliers de sensibilisation à l’énergie solaire. Dans la région ont également vu le jour plusieurs autres centrales comme la centrale solaire à concentration de Llo sur le plateau cerdan dans les Pyrénées-Orientales. Cette centrale est la première à but commercial, elle fonctionne depuis quelques jours.