Solaire thermique

2007-10-20T21:13:47Z

189.169.26.51 : /* En pratique */

{{Se loger}}
Le '''solaire thermique''' consiste à transformer les rayonnements solaires en chaleur, et à la récupérer principalement par chauffage de l'eau.<br>

==Description==
Cette source d'[[énergie renouvelable]] commence à se developper sous nos latitudes dans les maisons individuelles. Son utilisation se fait principalement pour l'eau chaude sanitaire (couplé à une source annexe pour réguler), mais elle peut être utilisée comme complément pour le chauffage de la maison. Elle nécessite bien entendu un investissement de départ, mais peut être remboursée en quelques années, et peut être subventionnée.

Différents types de capteurs solaires thermiques existent. Le plus simple consiste à peindre en noir un ballon métalique contenant de l'[[eau]]. La couche noire absorbe l'énergie solaire et la transmet à l'eau.

Les panneaux solaires plus performants reprennent ce principe, mais la surface qui reçoit l'énergie solaire, appelée absorbeur, est enfermée dans une enceinte transparente et hermétique, provoquant un [[effet de serre]] et augmentant le rendement de l'ensemble. Ceci permet notamment un fonctionnement en hiver. L'extraction de la chaleur se fait grâce à la circulation d'un fluide caloporteur (eau par exemple) dans un conduit recevant l'énergie calorifique.

==En pratique==
Il existe ''deux grandes catégories de capteurs'' : les '''capteurs plans''' et les '''capteurs tubulaires'''. Les capteurs plans comportent une surface absorbant la chaleur plate, au dessus de laquelle est éventuellement (mais pas toujours) placée une vitre. Les capteurs tubulaires sont constitués de tubes en verre dans lesquels on a fait un vide d'air. La différence principale entre ces types de capteurs est la qualité d'isolation thermique obtenue : une forte isolation thermique limite les pertes du capteur vers l'air environnant.

[[Image:Maison solaire.jpg|thumb|L'introduction d'une vitre améliore l'isolation, mais renvoie une partie des rayons solaires en les réfléchissant.]]
Les capteurs les plus "haut de gamme" actuellement font partie de la catégorie tubulaire. La forme tubulaire permet de réaliser un vide d'air, au contraire de la forme plane, dont la vitre ne résisterait pas à la pression atmosphérique (on peut néanmoins penser à mettre un autre gaz, comme dans un double vitrage à haut rendement). Le vide d'air sert à l'isolation thermique entre l'absorbeur (le matériau qui capte la chaleur) et l'air ambiant. Les capteurs tubulaires sont ceux qui ont le meilleur rendement dans les moins bonnes conditions : énergie solaire relativement faible et/ou température extérieure basse : l'un et l'autre dégradent le rapport entre l'énergie entrante (le soleil) et l'énergie perdue par défaut d'isolation vis-a-vis de l'extérieur du capteur. Ces capteurs sont donc très bien adaptés au fonctionnement dans les régions à ensoleillement plutôt moyen, en particulier si on souhaite couvrir une large fraction de l'année (par exemple : le mois de février dans le Nord de la France ou la Belgique). En été, ces capteurs sont moins performants que certains capteurs plans, mais il s'agit plutôt d'un avantage si l'installation est destinée à couvrir une large partie de l'année : une telle installation est de toute façon sur-dimentionnée pendant l'été, donc avoir un rendement supérieur est inutile, et même domageable à cause de problèmes de surchauffe.

Les capteurs plans ont également leurs avantages. Généralement moins chers, certains ont en plus un rendement supérieur aux capteurs tubulaires dans les conditions faciles : fort ensoleillement et différence de température absorbeur - air ambiant modeste. Ce rendement supérieur s'explique par le fait que les rayons solaires atteignent plus facilement l'absorbeur de chaleur : le capteur le plus rudimentaire ne comporte aucune vitre, le soleil atteint directement la surface absorbant la chaleur (ces capteurs sont surtout destinés au chauffage de piscines, ou aux pays vraiment très ensoleillés). L'introduction d'une vitre améliore l'isolation, mais renvoie une partie des rayons solaires en les réfléchissant. Les capteurs à tubes sont généralement plus complexes, avec un peu plus d'énergie solaire perdue avant d'arriver à l'absorbeur : bien qu'il existe plusieurs systèmes, une forme de capteur répendue consiste en une double enveloppe de verre exactement comme une bouteille thermos.

Dans le nord de la France, une installation typique permet d'économiser environ 50% des besoins énergétiques nécessaires au chauffage de l'eau sanitaire d'une habitation. Mais la quantité d'énergie économisée dépend bien entendu de l'exposition et de la taille des capteurs.

Le choix d'un type de capteur dépend donc des conditions de fonctionnement (ensoleillement) et du budget. Un système très modeste, constituté d'une petite surface de capteurs plans et placé dans une région ensolleillée, est certainement rentable. A l'autre extrème, un système constitué de 15 m2 de capteurs tubulaires haut de gamme fournira l'eau chaude pendant les 3/4 de l'année et un appoint au chauffage des locaux dans les régions de montagnes (froides et ensoleillées) voire les régions moins ensoleillées (Nord).

=== Solaire «passif» ===
On peut aussi mentionner les développements du «solaire passif», c'est-à-dire de l'utilisation de l'énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, orientation, etc.). Les innovations techniques dans le domaine de l'isolation thermique et dans celui des vitrages jouent aussi un rôle important.

* Le [[capteur héliothermique|capteur plan]] ou [[chauffe-eau solaire]]
* Le [[four solaire]]
* Le [[frigo solaire]]
* Le [[séchoir solaire]]
* Le [[déssalinisateur solaire]]
* Le [[four à effet de serre]]
* Le [[four solaire pour cuisson]]

==Voir aussi==
===Liens internes===
* [[Énergie renouvelable]]
* [[Énergie solaire]]

===Liens externes===
* [http://www.ines-solaire.fr/ INES] : Institut National de l'Energie Solaire
* [http://www.portail-solaire.com/ Portail Solaire] : annuaire de l'énergie solaire en France
* Association [http://www.hespul.org/ Hespul] spécialisée dans les énergies renouvelables
* [http://www.canren.gc.ca/tech_appl/index_f.asp?CaID=5&PgID=435 ResSER]: réseau canadien des énergies renouvelables
* Association [http://www.outilssolaires.com/ Outils Solaires]
* [http://perso.orange.fr/f5zv/SOLAIRE/SM.html Une maison solaire] au pied des Vosges du Sud
* [http://www.ademe.fr/ ADEME] : Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie
* [http://www.sses.ch/indexfr.shtml Société Suisse pour l'Energie Solaire]

===Bibliographie===
{{Portail Se loger}}
[[Catégorie:Énergie solaire]]

2007-10-20T21:01:23Z

2007-10-20T20:55:38Z

189.169.26.51 : /* Énergie solaire thermique ou héliothermie */

{{Vivre ensemble}}
Le Soleil qui produit l''''énergie solaire''', est un très gros dissipateur d'énergie. Il rayonne comme toutes les étoiles une quantité phénoménale d'énergie, qui fini par se perdre dans l'immensité interstellaire. Sur le trajet, quelques planètes captent ces rayons. La Terre fait figure d'exception, elle en profite pour entretenir une vie végétale et animale.

== Description ==
Contrairement à ce que l'on pourrait croire, l'[[énergie lumineuse]] c'est pas nouveau, elle est à la base de la [[photosynthèse]] qui permet la croissance des plantes, la production du bois, grâce à la chaleur des rayons solaires, des masses d'air et d'[[eau]] sont mises constamment en mouvement, ce qui provoque le vent et le cycle de l'eau...
La seule énergie dont l'homme se serve depuis peu directement, c'est le nucléaire (et bien oui, dans le soleil c'est de l'énergie nucléaire) dont la production d'énergie ne remonte qu'à une cinquantaine d'années.

L'utilisation du [[feu]] remonte à environ 250 000 - 300 000 ans. L'utilisation du [[vent]] pour le déplacement des bateaux remonte à plusieurs millénaires.

== Histoire ==
* Socrate (470-399 av. J.-C.), philosophe grec qui a enseigné la construction bioclimatique (entre autres choses).
* Lorsque Syracuse fut assiégée par la flotte romaine, en 209 av. J.-C., pendant la deuxième guerre punique, on attribue à Archimède (en 287-212 av JC) l'invention d'un moyen d'incendier les navires ennemis en concentrant sur eux les rayons du soleil grâce à un jeu de miroirs.
* Antoine Becquerel (1788-1878) inventa la pile photovoltaïque en 1839.
* Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), chimiste, il inventa un four solaire utilisant des lentilles convergentes afin de fondre des métaux sans la [[pollution]] des combustibles.
* Horace Bénédicte de Saussure (1740-1799), physicien suisse, inventa la "boîte chaude" en 1767 afin de démontrer l'effet de serre. Il est considéré comme le précurseur du capteur solaire plan.
* Charles Vernon Boys (1855-1944), physicien anglais, inventa un capteur cylindro-parabolique, qui a été mis en oeuvre pour la première fois en 1912.
* Félix Trombe (1906-1985), chimiste français qui a fait construire des fours solaires à Mont Louis et à Odeillo dans les Pyrénées, comme laboratoires du CNRS. Il a développé les systèmes passifs de chauffage solaire et notamment le "mur Trombe".

== Techniques pour capter l'énergie solaire ==
Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont constamment améliorées. On peut distinguer principalement le «solaire photovoltaïque» et le «solaire thermique».

=== Énergie photovoltaïque ===
La conversion par photopiles est le seul moyen connu de convertir directement la lumière en [[énergie]] électrique. Le matériau de base des photopiles est le silicium, semi-conducteur. La lumière solaire transmet son [[énergie]] aux électrons contenus dans le silicium. Les électrons sont alors mis en mouvement, produisant ainsi un courant électrique. Les cellules au silicium cristallin (poly ou mono) sont actuellement celles qui permettent d'obtenir les meilleurs rendements sans perte dans le temps.

Un système photovoltaïque comprend, outre le panneau photovoltaïque la batterie pour le stockage de l'électricité, la diode anti-retour qui évite que la batterie se décharge dans les panneaux la nuit, le régulateur qui gère la charge de la batterie afin de lui éviter tout dommage irréversible (trop forte surcharge ou décharge complète), les récepteurs fonctionnant en courant continu, éventuellement un onduleur si vous souhaitez utiliser des appareils en 220V alternatif.

La technologie basée sur le silicium a un développement comparable à celui de l'informatique. De nombreuses sociétés actives dans ce domaine, comme Sharp, sont aussi actives dans l'électronique. Outre l'amélioration constante des produits à base de silicium, on peut citer deux technologies innovantes et sans doute promises à un bel avenir : les [[cellules photovoltaïques]] en plastique et les cellules de Graetzel.

Malheureusement, la fabrication de ces panneaux solaires demeure encore aujourd'hui trop polluante (utilisation de pétrole ou de fioul pour les machines permettant leur conception)

=== Énergie solaire thermique ou héliothermie ===

Le «solaire thermique» se décline de différentes façons:

L'énergie solaire directe se décline en deux grandes catégories: l'énergie solaire photovoltaïque (qui grâce aux capteurs solaires produit de l'électricité) et l'énergie solaire thermique (qui comme son nom l'indique produit de la chaleur, qui peut être soit directement utilisée -eau chaude domestique par ex.- ou transformée en un autre vecteur d'énergie -électricité par ex.-).

* [[Solaire à concentration photovoltaïque]] : concentration de l'énergie solaire vers des cellules photovoltaïque (production d'électricité)
* [[Solaire à concentration thermodynamique]] : concentration de l'énergie solaire pour produire de la vapeur qui entraine une turbine (production d'électricité) et/ou pour produire de la chaleur utilisable pour la désalinisation ou pour l'industrie. Il existe plusieurs types de systèmes collecteurs : CLFR, miroirs paraboliques, systèmes avec tour centrale etc.
* [[Solaire à concentration / moteur Stirling]] : concentration de l'énergie solaire vers un moteur Stirling couplé à un alternateur, production d'électricité )
* [[Photovoltaïque]] : simples cellules photovoltaïques , production d'électricité
* [[Solaire thermique]] : utilisé à l'échelle domestique pour chauffer l'eau etc

Les cuiseurs solaires sont très répandus en Chine et en Inde. Outre le cuiseur-boîte et le cuiseur à panneaux, des cuiseurs paraboliques ont été développés.

Dans le domaine de la recherche industrielle, certains systèmes permettent de concentrer l'énergie solaire en un point précis qui peut alors atteindre une température considérable. Une production électrique est alors possible via des turbines à vapeur.

Des collecteurs paraboliques chauffant un fluide caloporteur circulant dans des tuyaux placés au niveau de leur foyer géométrique ont aussi été développés.

La solution la plus réaliste économiquement à l'heure actuelle, pour la production d'électricité solaire à l'échelle industrielle, consiste à chauffer un fluide caloporteur (eau, sels fondus, huiles synthétiques, ou directement vapeur) en y concentrant le rayonnement solaire. L'irrégularité propre de l'énergie solaire peut être contournée, soit en stockant de la chaleur (avec un réservoir de fluide chaud) soit en hybridant les concentrateurs solaires avec une centrale thermique classique (la chaudière et la chaleur solaire nourrissant la même turbine à vapeur).

=== Les cellules solaires en plastique ===
Les cellules solaires en plastique ont un rendement compris entre 4 et 5% et elles restent encore très fragiles, car elles sont sensibles à l'oxygène et à l'humidité. La recherche vise à améliorer l'encapsulage et à en diminuer le prix (actuellement de l'ordre de 2 euros/watt-crête, c'est-à-dire le double de la technologie basée sur le silicium).

=== Les cellules de Graetzel ===
Les cellules de Graetzel (nom de l'inventeur de l'École polytechnique fédérale de Lausanne, Suisse) sont des cellules solaires nanocristallines à colorant. La résistance à la chaleur en était le point faible, mais fait l'objet de recherches intensives.
Ces cellules ne nécessitent pas une grande pureté des matériaux utilises. Elles sont inspirées de la photosynthèse et sont constituées d'un côté d'une couche de dioxyde de titane recouverte d'un colorant appelé « sensibilisateur » et de l'autre d'une solution électrolytique. Lorsqu'un rayon lumineux tombe sur le colorant, un électron est éjecté. Tous les électrons ainsi libérés traversent l'oxyde, sont collectés au bord de la cellule et ensuite dirigés vers un circuit externe.

=== Solaire «passif» ===
On peut aussi mentionner les développements du «solaire passif», c'est-à-dire de l'utilisation de l'énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, orientation, etc.). Les innovations techniques dans le domaine de l'isolation thermique et dans celui des vitrages jouent aussi un rôle important.

== Voir aussi ==
===Liens internes===
* [[Cellule photovoltaïque]]

===Liens externes===
* http://www.outilssolaires.com/ Information générale sur l'[[Énergies renouvelables|énergie]] solaire.
* [http://www.macoda.com/index.php/Maison:Solaire_Photovoltaique Description complète de l'installation d'un particulier], Application concrète
* [http://maison-solaire.chez.tiscali.fr Une maison solaire région Toulouse], Application concrète
* [http://perso.wanadoo.fr/f5zv/SOLAIRE/SM.html Une maison solaire au pied des Vosges du Sud], Application concrète

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[[Catégorie:Énergie]]

Énergie solaire

2007-10-20T20:54:23Z

189.169.26.51 : /* Techniques pour capter l'énergie solaire */

{{Vivre ensemble}}
Le Soleil qui produit l''''énergie solaire''', est un très gros dissipateur d'énergie. Il rayonne comme toutes les étoiles une quantité phénoménale d'énergie, qui fini par se perdre dans l'immensité interstellaire. Sur le trajet, quelques planètes captent ces rayons. La Terre fait figure d'exception, elle en profite pour entretenir une vie végétale et animale.

== Description ==
Contrairement à ce que l'on pourrait croire, l'[[énergie lumineuse]] c'est pas nouveau, elle est à la base de la [[photosynthèse]] qui permet la croissance des plantes, la production du bois, grâce à la chaleur des rayons solaires, des masses d'air et d'[[eau]] sont mises constamment en mouvement, ce qui provoque le vent et le cycle de l'eau...
La seule énergie dont l'homme se serve depuis peu directement, c'est le nucléaire (et bien oui, dans le soleil c'est de l'énergie nucléaire) dont la production d'énergie ne remonte qu'à une cinquantaine d'années.

L'utilisation du [[feu]] remonte à environ 250 000 - 300 000 ans. L'utilisation du [[vent]] pour le déplacement des bateaux remonte à plusieurs millénaires.

== Histoire ==
* Socrate (470-399 av. J.-C.), philosophe grec qui a enseigné la construction bioclimatique (entre autres choses).
* Lorsque Syracuse fut assiégée par la flotte romaine, en 209 av. J.-C., pendant la deuxième guerre punique, on attribue à Archimède (en 287-212 av JC) l'invention d'un moyen d'incendier les navires ennemis en concentrant sur eux les rayons du soleil grâce à un jeu de miroirs.
* Antoine Becquerel (1788-1878) inventa la pile photovoltaïque en 1839.
* Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), chimiste, il inventa un four solaire utilisant des lentilles convergentes afin de fondre des métaux sans la [[pollution]] des combustibles.
* Horace Bénédicte de Saussure (1740-1799), physicien suisse, inventa la "boîte chaude" en 1767 afin de démontrer l'effet de serre. Il est considéré comme le précurseur du capteur solaire plan.
* Charles Vernon Boys (1855-1944), physicien anglais, inventa un capteur cylindro-parabolique, qui a été mis en oeuvre pour la première fois en 1912.
* Félix Trombe (1906-1985), chimiste français qui a fait construire des fours solaires à Mont Louis et à Odeillo dans les Pyrénées, comme laboratoires du CNRS. Il a développé les systèmes passifs de chauffage solaire et notamment le "mur Trombe".

== Techniques pour capter l'énergie solaire ==
Les techniques pour capter directement une partie de cette énergie sont disponibles et sont constamment améliorées. On peut distinguer principalement le «solaire photovoltaïque» et le «solaire thermique».

=== Énergie photovoltaïque ===
La conversion par photopiles est le seul moyen connu de convertir directement la lumière en [[énergie]] électrique. Le matériau de base des photopiles est le silicium, semi-conducteur. La lumière solaire transmet son [[énergie]] aux électrons contenus dans le silicium. Les électrons sont alors mis en mouvement, produisant ainsi un courant électrique. Les cellules au silicium cristallin (poly ou mono) sont actuellement celles qui permettent d'obtenir les meilleurs rendements sans perte dans le temps.

Un système photovoltaïque comprend, outre le panneau photovoltaïque la batterie pour le stockage de l'électricité, la diode anti-retour qui évite que la batterie se décharge dans les panneaux la nuit, le régulateur qui gère la charge de la batterie afin de lui éviter tout dommage irréversible (trop forte surcharge ou décharge complète), les récepteurs fonctionnant en courant continu, éventuellement un onduleur si vous souhaitez utiliser des appareils en 220V alternatif.

La technologie basée sur le silicium a un développement comparable à celui de l'informatique. De nombreuses sociétés actives dans ce domaine, comme Sharp, sont aussi actives dans l'électronique. Outre l'amélioration constante des produits à base de silicium, on peut citer deux technologies innovantes et sans doute promises à un bel avenir : les [[cellules photovoltaïques]] en plastique et les cellules de Graetzel.

Malheureusement, la fabrication de ces panneaux solaires demeure encore aujourd'hui trop polluante (utilisation de pétrole ou de fioul pour les machines permettant leur conception)

=== Énergie solaire thermique ou héliothermie ===

Le «solaire thermique» se décline de différentes façons:

L'énergie solaire directe se décline en deux grandes catégories: l'énergie solaire photovoltaïque (qui grâce aux capteurs solaires produit de l'électricité) et l'énergie solaire thermique (qui comme son nom l'indique produit de la chaleur, qui peut être soit directement utilisée -eau chaude domestique par ex.- ou transformée en un autre vecteur d'énergie -électricité par ex.-).

* Solaire à concentration photovoltaïque : concentration de l'énergie solaire vers des cellules photovoltaïque (production d'électricité)
* Solaire à concentration thermodynamique : concentration de l'énergie solaire pour produire de la vapeur qui entraine une turbine (production d'électricité) et/ou pour produire de la chaleur utilisable pour la désalinisation ou pour l'industrie. Il existe plusieurs types de systèmes collecteurs : CLFR, miroirs paraboliques, systèmes avec tour centrale etc.
* Solaire à concentration / moteur Stirling : concentration de l'énergie solaire vers un moteur Stirling couplé à un alternateur, production d'électricité )
* Photovoltaïque : simples cellules photovoltaïques , production d'électricité
* Solaire thermique (Wikipédia) : utilisé à l'échelle domestique pour chauffer l'eau etc

* Le [[capteur héliothermique|capteur plan]] ou [[chauffe-eau solaire]]
* Le [[four solaire]]
* Le [[frigo solaire]]
* Le [[séchoir solaire]]
* Le [[déssalinisateur solaire]]
* Le [[four à effet de serre]]
* Le [[four solaire pour cuisson]]

Les cuiseurs solaires sont très répandus en Chine et en Inde. Outre le cuiseur-boîte et le cuiseur à panneaux, des cuiseurs paraboliques ont été développés.

Dans le domaine de la recherche industrielle, certains systèmes permettent de concentrer l'énergie solaire en un point précis qui peut alors atteindre une température considérable. Une production électrique est alors possible via des turbines à vapeur.

Des collecteurs paraboliques chauffant un fluide caloporteur circulant dans des tuyaux placés au niveau de leur foyer géométrique ont aussi été développés.

La solution la plus réaliste économiquement à l'heure actuelle, pour la production d'électricité solaire à l'échelle industrielle, consiste à chauffer un fluide caloporteur (eau, sels fondus, huiles synthétiques, ou directement vapeur) en y concentrant le rayonnement solaire. L'irrégularité propre de l'énergie solaire peut être contournée, soit en stockant de la chaleur (avec un réservoir de fluide chaud) soit en hybridant les concentrateurs solaires avec une centrale thermique classique (la chaudière et la chaleur solaire nourrissant la même turbine à vapeur).

=== Les cellules solaires en plastique ===
Les cellules solaires en plastique ont un rendement compris entre 4 et 5% et elles restent encore très fragiles, car elles sont sensibles à l'oxygène et à l'humidité. La recherche vise à améliorer l'encapsulage et à en diminuer le prix (actuellement de l'ordre de 2 euros/watt-crête, c'est-à-dire le double de la technologie basée sur le silicium).

=== Les cellules de Graetzel ===
Les cellules de Graetzel (nom de l'inventeur de l'École polytechnique fédérale de Lausanne, Suisse) sont des cellules solaires nanocristallines à colorant. La résistance à la chaleur en était le point faible, mais fait l'objet de recherches intensives.
Ces cellules ne nécessitent pas une grande pureté des matériaux utilises. Elles sont inspirées de la photosynthèse et sont constituées d'un côté d'une couche de dioxyde de titane recouverte d'un colorant appelé « sensibilisateur » et de l'autre d'une solution électrolytique. Lorsqu'un rayon lumineux tombe sur le colorant, un électron est éjecté. Tous les électrons ainsi libérés traversent l'oxyde, sont collectés au bord de la cellule et ensuite dirigés vers un circuit externe.

=== Solaire «passif» ===
On peut aussi mentionner les développements du «solaire passif», c'est-à-dire de l'utilisation de l'énergie solaire lors de la conception architecturale (façades doubles, orientation, etc.). Les innovations techniques dans le domaine de l'isolation thermique et dans celui des vitrages jouent aussi un rôle important.

== Voir aussi ==
===Liens internes===
* [[Cellule photovoltaïque]]

===Liens externes===
* http://www.outilssolaires.com/ Information générale sur l'[[Énergies renouvelables|énergie]] solaire.
* [http://www.macoda.com/index.php/Maison:Solaire_Photovoltaique Description complète de l'installation d'un particulier], Application concrète
* [http://maison-solaire.chez.tiscali.fr Une maison solaire région Toulouse], Application concrète
* [http://perso.wanadoo.fr/f5zv/SOLAIRE/SM.html Une maison solaire au pied des Vosges du Sud], Application concrète

{{Multi bandeau|Portail Énergie|Portail Vivre ensemble}}
[[Catégorie:Énergie]]